跟隨美揚(yáng)涂界-解密耐高溫涂料(一)

1、跟隨美揚(yáng)涂界 解密耐高溫涂料（一）近年來(lái)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(diǎn)，越來(lái)越受到人們的重視，成為一個(gè)極具工業(yè)價(jià)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(lái)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(yùn)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(huì)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(dòng)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(yáng)能

2、熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)以及試驗(yàn)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(gè)渦輪機(jī)，它以為燃?xì)夂驼羝麥u輪機(jī)提供動(dòng)力而聞名。例如，在噴氣式發(fā)動(dòng)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(diǎn)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(lái)。進(jìn)而渦輪機(jī)通過連接的軸，迫使壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，壓縮進(jìn)入的空氣。排出的廢氣產(chǎn)生推進(jìn)力。現(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）。現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)中的壓縮系統(tǒng)被設(shè)計(jì)成在更高的壓力比下運(yùn)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(yùn)行溫度更高。耐高溫涂層不僅使在極端環(huán)境下運(yùn)行的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的許多材料和組件的設(shè)計(jì)成為可能，它們也成為一個(gè)篩選和性能評(píng)估以及測(cè)試這些材料的耐久性的試驗(yàn)平臺(tái)。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(yùn)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(lái)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(lái)產(chǎn)生蒸汽，蒸汽又被送入渦輪機(jī)，渦輪機(jī)的軸帶動(dòng)

4、相連的發(fā)電機(jī)運(yùn)作，產(chǎn)生電力。許多涂層已經(jīng)被評(píng)估在核聚變反應(yīng)堆中有潛在應(yīng)用價(jià)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(yùn)行過程中，單個(gè)零件的結(jié)構(gòu)材料會(huì)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(huì)經(jīng)歷氧化、腐蝕和腐蝕磨損。對(duì)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(diǎn)的對(duì)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?gòu)?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(gè)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(huì)加速腐蝕。熱損傷：如前所述，高溫暴露的兩個(gè)結(jié)果是為氧化和腐蝕。在存在波動(dòng)應(yīng)力的高溫下，熱疲勞過程造成的額外損害。對(duì)熱損傷的整體保護(hù)需要對(duì)金屬材料進(jìn)行表面處理。對(duì)于氧化和腐蝕來(lái)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(lái)提高環(huán)境忍耐力。綜上，高溫環(huán)境對(duì)金屬材料會(huì)產(chǎn)生很大的傷害，