耐高温热障涂层

热喷涂耐高温涂层体系是保护关键部件在极端热环境下可靠工作的核心技术。这类涂层通过自身承受高温下的化学物理分解与腐蚀，有效改善基体材料的工作条件，使其能够胜任高温氧化、腐蚀气体、粒子冲蚀或极端热负荷等恶劣工况。

耐高温涂层主要根据其防护功能分为以下几个类型：

耐大气氧化涂层主要用于防止基体金属在高温空气中的氧化损坏。其核心要求是涂层材料的熔点高于工作温度，且在高温下具有低蒸气压以保持稳定。典型的涂层材料包括镍铬合金（如NiCr）和铝（Al），它们常以复合粉末（如NiCr/Al）的形式，通过火焰喷涂（丝材或粉末）或等离子喷涂工艺制备，能在表面形成致密的氧化保护膜。

耐气体腐蚀涂层用于抵抗高温腐蚀性气体（如含硫、氯的燃气）的侵蚀。选择材料时必须重点考虑其与气体的化学相容性，防止反应生成有害的脆性相或导致涂层被穿透。此类涂层同样不要求承受机械载荷。常用的材料与耐大气氧化涂层类似，主要为镍铬合金及铝基复合材料，通过火焰喷涂或等离子喷涂施涂。

耐高温冲蚀涂层（850℃以上）需要同时耐受高温和高速固体粒子的冲击磨损。其性能要求与冲蚀角度直接相关：当冲蚀角度小于45°时，粒子以切削作用为主，要求涂层具有高硬度（如采用氧化铝、氧化锆等陶瓷）；当冲蚀角度大于45°时，垂直冲击导致变形与剥落成为主因，则要求涂层具有更高的韧性。此类高性能涂层主要采用等离子喷涂工艺制备氧化锆（ZrO₂）、白色氧化铝（Al₂O₃）或镁锆酸盐（MgZrO₃）等陶瓷材料。

热障涂层的核心功能是凭借其极低的热导率，在高温部件（如燃气轮机叶片）表面形成高效隔热屏障，防止金属基体过热，并能转移辐射热。目前最经典和高效的材料是氧化钇部分稳定的氧化锆（YSZ）。为了确保陶瓷层与金属基体之间的牢固结合并缓解热应力，通常需要先喷涂一层金属粘结层（如NiCrAlY）。这类复杂涂层体系主要依靠大气等离子喷涂（APS）或电子束物理气相沉积（EB-PVD）等先进工艺制备。

除了上述耐高温涂层，还有专门应对特殊工况的耐熔融金属侵蚀涂层。 这类涂层用于接触熔融金属的部件（如锌锅、连铸辊），要求能抵抗特定熔融金属（锌、铝、钢、铜等）的化学腐蚀与溶解，并且表面不易被熔融金属润湿，以减少粘附。选材高度专一，例如对抗熔融锌或铝，常选用氧化铝（Al₂O₃）或镁锆酸盐（MgZrO₃）等陶瓷；而对熔融钢、铁或铜，则可选用钼（Mo）、钨（W）等高熔点金属或前述陶瓷。这些涂层可根据材料特性，选用火焰喷涂或等离子喷涂工艺制备。

总结而言，成功选择耐高温涂层是一个系统性的决策过程： 始于对服役温度、气氛、应力类型及是否存在熔融金属等环境的精确诊断；进而根据核心失效机制（氧化、热腐蚀、冲蚀、热疲劳）匹配材料的关键特性（熔点、化学惰性、热导率、热膨胀系数、韧性或硬度）；最后，依据材料性质、涂层性能要求和成本，选择最合适的喷涂工艺（如等离子喷涂适用于高熔点陶瓷，火焰喷涂适用于金属合金）。通过这一严谨流程，才能确保涂层在极端环境下实现长效、稳定的防护。

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