跟隨美揚涂界-解密耐高溫涂料(一)

1、跟隨美揚涂界 解密耐高溫涂料（一）近年來隨著高端制造的發(fā)展，耐高溫涂料由于具有能在高溫這種惡劣環(huán)境下使用、保護(hù)材料、應(yīng)用面廣、節(jié)能高效等特點，越來越受到人們的重視，成為一個極具工業(yè)價值和廣闊前景的涂料品類。在正式討論耐高溫涂料之前，首先我們來了解一下高溫環(huán)境。大量的工業(yè)生產(chǎn)過程及其產(chǎn)品是在非常惡劣的環(huán)境中運行的，其特征是高溫、溫度變化大、且常伴隨著高壓和周期性的應(yīng)力變化，這會導(dǎo)致零部件氧化和腐蝕。下圖顯示了這類過程的一些典型例子。機(jī)器和發(fā)電廠都有著上述的環(huán)境，包括飛機(jī)發(fā)動機(jī)、汽輪機(jī)、工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)、高超音速飛行器、火箭燃燒室、高溫燃料電池；涉及煤轉(zhuǎn)換過程、石油煉制和核電站的系統(tǒng)；廢物焚燒和太陽能

2、熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)以及試驗設(shè)施。產(chǎn)生大量的熱量、相關(guān)的高溫組分和熱通常存在于所有這些過程的核心中。許多電力系統(tǒng)和過程的核心是一個渦輪機(jī)，它以為燃?xì)夂驼羝麥u輪機(jī)提供動力而聞名。例如，在噴氣式發(fā)動機(jī)的渦輪機(jī)中，燃料與通過壓縮機(jī)進(jìn)入的高壓壓縮空氣混合后被點燃。由于燃燒過程，熱量被釋放，膨脹的空氣作用于葉片上，使渦輪旋轉(zhuǎn)起來。進(jìn)而渦輪機(jī)通過連接的軸，迫使壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動，壓縮進(jìn)入的空氣。排出的廢氣產(chǎn)生推進(jìn)力?，F(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)鉁囟仍跍u輪機(jī)部分可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過1650（3000），冷卻部分的溫度可以高達(dá)1200（2200）?，F(xiàn)代發(fā)動機(jī)中的壓縮系統(tǒng)被設(shè)計成在更高的壓力比下運行。即使沒有任何熱源，在絕熱的環(huán)境中，壓縮機(jī)的最

3、后階段運行溫度更高。耐高溫涂層不僅使在極端環(huán)境下運行的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動機(jī)的許多材料和組件的設(shè)計成為可能，它們也成為一個篩選和性能評估以及測試這些材料的耐久性的試驗平臺。在煤氣爐中，煤在高溫下與蒸汽發(fā)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為可用的氣體，這種氣體可通過管道運輸，并直接輸送到加工廠。工藝溫度可高達(dá)1650C（3000），組件溫度可達(dá)到1090C（2000）。石油精煉和核能發(fā)電的工藝溫度也很高。在石油煉制過程中，原油在高溫下被催化裂解，并被分餾成可用的石油產(chǎn)品，如液化石油氣、汽油、煤油、柴油、重油、瀝青和焦炭。在核電站中，來自濃縮鈾和釷等燃料元素的可控裂變產(chǎn)生的熱量被用來產(chǎn)生蒸汽，蒸汽又被送入渦輪機(jī)，渦輪機(jī)的軸帶動

4、相連的發(fā)電機(jī)運作，產(chǎn)生電力。許多涂層已經(jīng)被評估在核聚變反應(yīng)堆中有潛在應(yīng)用價值。所有這些工藝都需要具有高溫負(fù)載能力的結(jié)構(gòu)的材料，以滿足性能、耐久性、重量、成本和環(huán)境忍受力的要求。在運行過程中，單個零件的結(jié)構(gòu)材料會下降，除了結(jié)構(gòu)負(fù)載部件的疲勞和蠕變損傷外，材料還會經(jīng)歷氧化、腐蝕和腐蝕磨損。對一些工業(yè)工藝中的典型溫度和一些基本結(jié)構(gòu)材料的熔點的對比如下圖所示。用于耐高溫過程的幾種材料的強(qiáng)度范圍隨溫度的變化關(guān)系見下圖：許多這些工程材料的性能，如拉伸、蠕變和疲勞強(qiáng)度，通常被優(yōu)化以達(dá)到最大的承載能力，而較少強(qiáng)調(diào)環(huán)境忍受力。例如，常見的金屬材料鋁，它參與強(qiáng)化沉淀物的形成并且提供抗氧化性能。雖然較高的鋁含量提高

5、了高溫抗氧化性，但鋁含量仍保持在6%以下，以保持最高的蠕變強(qiáng)度。如果這些裸露的金屬材料暴露高溫高壓環(huán)境中，它們的性能將在以下幾個過程中快速下降。氧化：這些金屬材料中鋁和鉻等關(guān)鍵元素含量不夠，這些元素可以使零件在使用期間具有抗氧化性。因此，增加Al含量是提高抗氧化性的合理解決方案。高溫腐蝕：材料在高溫下也會加速腐蝕。熱損傷：如前所述，高溫暴露的兩個結(jié)果是為氧化和腐蝕。在存在波動應(yīng)力的高溫下，熱疲勞過程造成的額外損害。對熱損傷的整體保護(hù)需要對金屬材料進(jìn)行表面處理。對于氧化和腐蝕來說，用耐高溫涂料做表面處理是唯一的選擇。涂層是金屬材料與外環(huán)境之間的屏障，可以通過增加涂層中的鋁和鉻含量來提高環(huán)境忍耐力。綜上，高溫環(huán)境對金屬材料會產(chǎn)生很大的傷害，