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如何选择热喷涂耐高温涂层材料

发布时间:2020-04-15 18:43  信息来源:太阳网集团8722

  金属高温结构材料不仅要有足够的力学性能和适宜的加工制造性能,而且要有优良的化学稳定性。高温高温合金在腐蚀性气体环境中具有严重的氧化和热腐蚀,已成为限制其应用的主要因素。解决方法如下:首先,调整合金的成分和结构,提高其抗高温氧化和热腐蚀的能力。在这方面已经取得了一些进展,但由于提高合金耐高温腐蚀性能的合金元素添加量有限,当添加量稍多时,会显着降低合金的力学性能,反之,矛盾也没有得到解决;另一种方法是在高温合金表面涂覆保护涂层,既能提高合金的高温抗氧化性和热腐蚀性,又能使合金的力学性能保持在允许的范围内。在这方面取得了令人满意的进展,在工程中得到了广泛的应用。
 
  耐高温涂层材料一般具有耐高温氧化性、耐高温腐蚀性和耐高温磨损性。
 
如何选择热喷涂耐高温涂层材料
 
  高温抗氧化涂层一般用于550℃以上的氧化腐蚀环境。目前常用的材料有铁基、钴基和镍基合金。一些氧化物陶瓷也可用于高温氧化环境。这种涂层主要采用常压或低压等离子喷涂,涂层的密度非常重要。合金涂层除耐高温氧化和腐蚀外,主要用于功能陶瓷涂层的中间结合层,以及燃气轮机导叶、阀座、活塞杆、密封室、轴承、轴套等磨损部位的修复。在选择耐高温涂层材料时,应综合考虑涂层的使用条件、基体和涂层,以获得良好的综合性能。
 

  一、耐高温涂料选择的基本原则

 
  1、 具有足够高熔点的涂层材料的熔点越高,可使用的最高温度越高。
 
  2、高温化学稳定材料本身在高温下不会分解、升华或有害材料的微观结构转变性能。
 
  3、 在冷热交变热疲劳条件下,基体材料与涂层材料的热膨胀系数、导热系数等热物理性能应匹配。若差异过大,应采用梯度涂层设计过渡,否则会造成涂层剥离失效。在高温热循环过程中,基体或涂层材料发生相变。如果体积变化是由相变引起的,则会产生体积变化应力,从而导致涂层开裂或剥落。例如,在高温下,二氧化钴晶体将经历体积变化为7%的相变。因此,在应用耐高温涂料时,应使材料稳定。
 
  4、高温抗氧化合金应含有高氧亲和力的合金元素和高氧亲和力的元素,如铬、铝、硅、钛、钇等,这些元素与氧结合形成化学性质稳定的致密氧化物。此外,氧化物的体积比金属原子大,因此可以有效地包覆金属基体以防止进一步氧化。金属氧化物分解压力越低,金属元素对氧的亲和力越大,金属氧化物膜越稳定。
 
  5、高温合金的显微组织一般有一定的要求,高温合金选用具有面心立方特征的母材相,既可以用高熔点难熔金属元素的原子进行凝固和强化,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结构,可以对母相产生沉淀加速作用,也可以形成高熔点的金属间化合物,对母相起晶界强化和弥散强化作用。
 

  2、M-cr-al-y高温涂层材料

 
  Talboom于1970年首次报道了用电子束物理方法制备co-cr-al-y型涂层在钴基导叶发上制备抗热腐蚀的Co-Cr-Al-Y型涂层,研究了铬含量在20%~40%和铝含量在12%~20%及钇在0.5范围的涂层热腐蚀性能,确定Co-25Cr-14Al-0.5Y为抗腐蚀最佳涂层。
 
  对M-Cr-Al-X(M为Ni、Co或NiCo;X为对氧反应活性元素如Y、Hf、Ta、Si、RE等)体系涂层的抗氧化、热腐蚀及塑性研究表明,镍基Ni-Cr-Al-Y型涂层具有优良的高温抗氧化性能,钴基Co-Cr-Al-Y型涂层则更具高温抗热腐蚀性。目前已发展成系列的涂层体系,收集于C&HTC数据库中,部分M-Cr-Al-X型高温涂层材料见表1。
 

  3、常见的抗高温涂层材料

 
  METCO:45C、45VF、70C、81、81VF、430,PRAXAIR:NiCr-Cr3C2(1375VM等),CoCrAlTaY+Al2O3;(LCO-17),其他:NiAlW+红宝石,堆焊高温合金(无缝钢管顶头、导卫用等)。
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