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在各种工业环境中,对所使用高温合金的性能的要求也不同。有些情况下需要其高温强度,有些则需要其耐高温腐蚀性,并且根据高温环境腐蚀介质的不同,还可能要求材料具有抗氧化、抗硫化、抗碳化或抗热腐蚀性能等。据资料介绍,20世纪40年代,高温合金的使用温度大约为800℃左右,此后以每10年提高50℃左右的速度发展。到目前,高温合金的使用温度可达到1100℃左右。在这些材料耐高温性进步的背后,除了材料基体通过合金元素的加入获得固溶强化、沉淀强化等强化手段改善性能外,还离不开防护涂层技术的进步。高温防护涂层体系的研究为实现提高现有的高温合金的使用温度开辟了另一条路径,下面将简要归纳几种高温合金防护涂层的分类及制备技术。
一、高温防护涂层的分类防护涂层主要起着保护基体合金免受高温氧化的作用,涂层材料本身必须具有优良的抗高温氧化性能。一般将高温防护涂层分成两类:扩散涂层和覆盖(包覆)涂层。扩散涂层是指通过与基体接触并与其内确定元素反应从而改变了基体外层形成的涂层。典型代表是在镍基、钴基合金上热扩散渗铝,分别获得NiAl、CoAl涂层。在铝和钨上热扩散渗硅,分别得到MoSi2和WSi2涂层。覆盖涂层是一类在基体表面沉积含保护性金属元素的涂层。它是利用各种物理的或化学的沉积手段在合金表面直接制备一层保护性薄膜,这层薄膜就是包覆涂层。
图4 陶瓷涂层产品
这类涂层的制备方法有:EB-PVD、反应溅射、射频溅射、等离子喷涂、化学气相沉积(CVD)、溶胶-凝胶法(Sol-Gel法)、自蔓燃(SHS)、微弧氧化法等。EB-PVD制备涂层的过程包括三个步骤:(1)用电子束来蒸发、汽化涂层材料;(2)通过稀薄气氛把蒸汽从靶输送到基体上;(3)涂层材料蒸汽在基材上冷凝形成涂层。
制备包覆涂层时,应用最广的是PVD,与其他制膜方法相比,PVD可制备各种金属、合金、氧化物、氮化物、碳化物等涂层,也能制备金属、化合物的多层或复合涂层;涂层附着力强;工艺温度低,工件一般无受热变形或材料变质问题;涂层纯度高,组织致密;工艺过程主要由电参数控制,易于调节和控制;对环境无污染。但存在设备较复杂,一次投资较大,涂层生产成本高等不足。
三、结语随着科学技术的不断发展,对材料性能的要求也越来越高。通过在低级材料表面施加防护涂层可达到高级材料的功效,从而大大节约成本。相信在不久的将来,高温合金材料由于防护涂层技术的进步,其将适用于更高的温度范围和更宽广的领域。