[耐高温涂料] 高温合金保护涂层原理

超合金是特别设计用于要求高水平的耐升高的温度下，拉伸强度，和应用而设计的金属耐腐蚀。这些合金通常分为三种可能的类型：钴基、镍基和镍铁基。高温合金常用于化学转化工厂、工业涡轮机和航空涡轮机。虽然它们具有高电阻特性，但一些超级合金可能需要额外的保护涂层来保持性能水平，特别是如果它们在接近初始熔点的温度下或在极端承载条件下使用。

大多数耐高温涂料用于保护组件免受潜在有害环境影响和应力的影响，重点是提高在高达 1,850 华氏度 (F) 及更高温度下工作的材料的耐热性和结构完整性。保护涂层是一层材料，可阻挡或抑制基材与破坏性环境条件之间的相互作用。这种损坏的形式可能是氧化和腐蚀造成的金属浪费，或者污染物高温扩散到基材中造成的机械性能损失。大多数保护涂层旨在保护高温合金基材免受这些影响。

涂层相容性

大多数应用于高温合金的涂层并非设计为与基材处于平衡状态，这意味着它们不是惰性涂层，其化学和物理特性与它们所保护的材料不同。通过铝和铬与环境氧之间的反应，高温合金涂层会产生致密、紧密结合的氧化皮，阻止污染物(如氮或硫)扩散到基材中。涂层需要含有足够的活性铝、铬和硅以连续形成保护垢，但它们也必须与基材适度相容。

为了兼容性，重要的是使用涂层材料和应用方法，以减少涂层和基材之间发生不需要的反应以及涂层元素扩散到基体表面的可能性。这些问题会导致材料缺陷，例如开裂、剥落或空隙形成，从而破坏高温合金的机械性能。热膨胀率的差异也会影响相容性，因此具有一定延展性的涂层通常是有效的。

氧化作用

与热腐蚀一起，氧化是高温合金涂层旨在防止的两种基本劣化影响类型之一。氧反应是合金材料最常见的环境威胁之一，需要耐高温抗氧化涂料,尽管高温合金在低于 1,600 F 的温度下继续以低风险运行，但在较高温度下，氧化会严重降低材料质量和性能，特别是对于镍基和钴基高温合金。在较低的温度水平下，铬含量是防止氧气反应的主要防御措施，而在较高的温度(高于 1,800 F)，铝变得更加重要，因为它是形成保护性氧化皮的化合物的基础。

当高温合金的铝含量不足以防止氧化时，可以使用保护涂层通过防止晶界和表面碳化物的选择性氧化以及抑制内部氧化来维持使用寿命。铬有时会降低高温机械强度，因此许多超级合金包含较低的铬含量以保持抗拉强度，但这会降低其抗热腐蚀性能，因此需要热腐蚀保护涂层以保持性能水平。

热腐蚀效应

热腐蚀是最常见的加速氧化过程之一，通常由环境污染物引起，例如盐或燃料中的硫。尽管大多数钴基和镍铁基高温合金中的铬含量通常足以阻止热腐蚀，但一些镍基品种容易受到这种恶化影响，特别是那些在较高温度下具有提高的断裂强度的合金。保护涂层，尤其是覆盖涂层，有时可能需要环境抑制剂来屏蔽高强度镍基高温合金。

涂层材料会向内扩散到母材中，这可能会导致金属的初熔温度降低。一旦高温合金被加热到超过其初始熔点，就会导致晶界强度和延展性下降，并且这些特性无法通过热处理恢复。氧化和热腐蚀的程度通常决定了高温合金的温度上限，而用于低温应用的锻造合金，如旋转密封件或涡轮盘，通常可以在没有保护涂层的情况下运行。