如何選擇熱噴涂耐高溫涂層材料

　　金屬高溫結構材料不僅要有足夠的力學性能和適宜的加工制造性能，而且要有優良的化學穩定性。高溫高溫合金在腐蝕性氣體環境中具有嚴重的氧化和熱腐蝕，已成為限制其應用的主要因素。解決方法如下：首先，調整合金的成分和結構，提高其抗高溫氧化和熱腐蝕的能力。在這方面已經取得了一些進展，但由于提高合金耐高溫腐蝕性能的合金元素添加量有限，當添加量稍多時，會顯著降低合金的力學性能，反之，矛盾也沒有得到解決；另一種方法是在高溫合金表面涂覆保護涂層，既能提高合金的高溫抗氧化性和熱腐蝕性，又能使合金的力學性能保持在允許的范圍內。在這方面取得了令人滿意的進展，在工程中得到了廣泛的應用。

 

　　耐高溫涂層材料一般具有耐高溫氧化性、耐高溫腐蝕性和耐高溫磨損性。
 

 

　　高溫抗氧化涂層一般用于550℃以上的氧化腐蝕環境。目前常用的材料有鐵基、鈷基和鎳基合金。一些氧化物陶瓷也可用于高溫氧化環境。這種涂層主要采用常壓或低壓等離子噴涂，涂層的密度非常重要。合金涂層除耐高溫氧化和腐蝕外，主要用于功能陶瓷涂層的中間結合層，以及燃氣輪機導葉、閥座、活塞桿、密封室、軸承、軸套等磨損部位的修復。在選擇耐高溫涂層材料時，應綜合考慮涂層的使用條件、基體和涂層，以獲得良好的綜合性能。

 

 

　　1、 具有足夠高熔點的涂層材料的熔點越高，可使用的最高溫度越高。

 

　　2、高溫化學穩定材料本身在高溫下不會分解、升華或有害材料的微觀結構轉變性能。

 

　　3、 在冷熱交變熱疲勞條件下，基體材料與涂層材料的熱膨脹系數、導熱系數等熱物理性能應匹配。若差異過大，應采用梯度涂層設計過渡，否則會造成涂層剝離失效。在高溫熱循環過程中，基體或涂層材料發生相變。如果體積變化是由相變引起的，則會產生體積變化應力，從而導致涂層開裂或剝落。例如，在高溫下，二氧化鈷晶體將經歷體積變化為7%的相變。因此，在應用耐高溫涂料時，應使材料穩定。

 

　　4、高溫抗氧化合金應含有高氧親和力的合金元素和高氧親和力的元素，如鉻、鋁、硅、鈦、釔等，這些元素與氧結合形成化學性質穩定的致密氧化物。此外，氧化物的體積比金屬原子大，因此可以有效地包覆金屬基體以防止進一步氧化。金屬氧化物分解壓力越低，金屬元素對氧的親和力越大，金屬氧化物膜越穩定。

 

　　5、高溫合金的顯微組織一般有一定的要求，高溫合金選用具有面心立方特征的母材相，既可以用高熔點難熔金屬元素的原子進行凝固和強化，也可以用合金元素相互作用形成相同的相具有母相的晶格結構，可以對母相產生沉淀加速作用，也可以形成高熔點的金屬間化合物，對母相起晶界強化和彌散強化作用。

 

 

　　Talboom于1970年首次報道了用電子束物理方法制備co-cr-al-y型涂層在鈷基導葉發上制備抗熱腐蝕的Co-Cr-Al-Y型涂層，研究了鉻含量在20%~40%和鋁含量在12%~20%及釔在0.5范圍的涂層熱腐蝕性能，確定Co-25Cr-14Al-0.5Y為抗腐蝕最佳涂層。

 

　　對M-Cr-Al-X（M為Ni、Co或NiCo；X為對氧反應活性元素如Y、Hf、Ta、Si、RE等）體系涂層的抗氧化、熱腐蝕及塑性研究表明，鎳基Ni-Cr-Al-Y型涂層具有優良的高溫抗氧化性能，鈷基Co-Cr-Al-Y型涂層則更具高溫抗熱腐蝕性。目前已發展成系列的涂層體系，收集于C&HTC數據庫中，部分M-Cr-Al-X型高溫涂層材料見表1。

 

 

　　METCO：45C、45VF、70C、81、81VF、430，PRAXAIR：NiCr-Cr3C2（1375VM等），CoCrAlTaY+Al2O3；（LCO-17），其他：NiAlW+紅寶石，堆焊高溫合金（無縫鋼管頂頭、導衛用等）。