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    如何選擇熱噴涂耐高溫涂層材料

    發布時間:2020-04-15 18:43  信息來源:雷锘特新材料(蘇州)有限公司

      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。
     
    如何選擇熱噴涂耐高溫涂層材料
     
      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。
     

      一、耐高溫涂料選擇的基本原則

     
      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。
     

      2、M-cr-al-y高溫涂層材料

     
      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。
     

      3、常見的抗高溫涂層材料

     
      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)。
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