第八章 高温耐蚀涂层
耐高温涂层的研制_PPT课件
• 有机硅耐高温涂料由有机硅树脂 和耐热颜料、填料配制而成。有 机硅在400℃～500℃受热大量分 解，有机硅侧链的有机基及部分
主链被破坏，硅氧键断裂的地方
形成活性中心，可进一步与硅酸 盐和氧化物相互作用形成比C-C键 或C-O键更稳定的Si-O键。
2、实验内容
耐高温涂层
混合搅拌
有机树脂
混合溶剂
调节纳米 SiO2的量
5.助剂的选择
本实验原则上应尽可能少用涂料助剂，因为助剂 在高温条件下的分解将给涂膜带来性能的下降。 因此只选用了异辛醇作为消泡剂。加入量为涂料 总质量的0.5wt%
6.不同硅烷偶联剂用量的确定（KH570)
通过调节偶联剂（KH570)用量0.5wt%、1wt%、 3wt%、5wt% 观察干燥时间以及表面状况确定最 佳的偶联剂用量。
耐高温涂层的研制
姓名：申小兰 指导老师：高延敏
目录
1 研究背景与意义
2 科研思路与实验内容
3
结果与讨论
4 总结
5ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
研究背景与意义
耐高温涂料：一般是指能长期承受200℃以上
温度，并能保持一定物理化学性能，使被保护对 象在高温环境中能正常发挥作用的特种功能性涂 料。
施工方便 成本低
耐温性能良好 效果显著
一般是指能长期承受200以上温度并能保持一定物理化学性能使被保护对象在高温环境中能正常发挥作用的特种功能性涂施工方便成本低耐温性能良好效果显著耐高温涂层无机耐温涂层有机无机复合有机耐高温涂层漆膜较脆对底漆膜较脆对底材附着力差易操作低成本大规模生产耐温性好耐温性不高实验设计思路与内容1实验原理有机硅高聚物中si原子上连接的烃基受热氧化后生成的是高度交联的更加稳定的siosi键这就是有机硅耐热涂料具有较好的耐热性的直接原因
火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀及防护
火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀及防护火电厂锅炉是供应电力的主要装备，其正常运行与维护对于电力行业至关重要。
而锅炉的水冷壁是其重要的结构部分，它承受着锅炉内高温高压、强腐蚀性气体和化学物质的侵蚀，一旦发生故障将会危及锅炉及整个电厂的安全。
因此，如何有效地防护锅炉水冷壁从而保证其长期稳定安全运行，一直是锅炉技术工作者及研究者需要深入探讨的问题。
1. 高温腐蚀机理高温腐蚀是指在高温（>500℃）高压下的金属与环境气体中发生的氧化、硫化、酸化、盐辉等反应。
对于火电厂锅炉水冷壁，其高温腐蚀主要分为三类：氧化腐蚀、硫化腐蚀和盐辉腐蚀。
（1）氧化腐蚀锅炉内氧化气体会与水冷壁表面的金属发生反应，形成金属氧化物产物。
金属氧化物膜密封性差，会使得金属表面不断被氧化，形成更多的氧化物。
氧化腐蚀会导致水冷壁表面变薄，疏松、孔洞、开裂等现象，进而影响水冷壁的机械强度和冷却效果。
（2）硫化腐蚀当锅炉燃烧含硫燃料时，燃料中的硫得不到完全燃烧，就会形成硫化物。
硫化物与水冷壁表面的金属反应，形成硫化物和硫化氢。
硫化腐蚀会使水冷壁表面形成硫酸盐产物，加速水冷壁的腐蚀。
同时产生的氢氧化物，与水冷壁上的钠、钾离子结合形成高温颗粒，风冷管道中的高温颗粒对锅炉腐蚀性极大。
（3）盐辉腐蚀盐辉腐蚀主要是指锅炉中氯、氧和水蒸气形成氧化物时，产生的氯化物和氢氧化物，随着水蒸气进入水冷壁表面，遇到高温部位会被分解生成氯化氢和氧化铁，并形成毒性腐蚀性很强的酸性环境，形成盐辉腐蚀。
2. 防护技术措施针对锅炉水冷壁高温腐蚀，目前有以下技术措施可供选择。
（1）金属材料选择提高材料抗腐蚀性能是有效的防腐技术。
一般情况下，Cr、Mo等合金元素能够增强金属材料的耐点蚀性、进一步提高耐氧化性和耐腐蚀性能，而镍、钴等合金元素则能够增加材料的耐腐蚀性。
（2）防锈涂层针对氧化腐蚀，涂覆高温耐蚀涂层是防护措施之一。
涂层材料应具有良好的耐高温性和耐腐蚀性能，且对稳定性好。
目前研究的高温耐蚀涂层材料主要包括：高铝氧化物涂层、高温硅酸盐涂层等。
第八章 搪瓷工艺及品质要求
第八章搪瓷工艺及品质要求搪瓷，它其实是将无机玻璃质材料通过熔融凝于基体金属上并与金属牢固结合在一起的一种复合材料。
它主要有两个组成部分：搪瓷用的金属材料和瓷釉（无机玻璃质材料）。
1、搪瓷用的金属材料搪瓷用的金属材料主要有钢材、铸铁、铝材、铜材和不锈钢。
搪瓷用钢材（主要是钢板）一般是指低碳钢钢板，即含碳量较底的钢板（一般≤0.08%），这是用于容积式热水器内胆的主要材料。
由于它的化学组成成分、内部微观组织结构（金相结构）、表面状况及力学性能对搪瓷的质量起着重要的作用，因此，目前市场上较大的热水器生产厂家均采用宝钢或武钢生产的搪瓷用钢板，以保证内胆的搪瓷质量。
搪瓷用铸铁是指含碳量在2.11%以上的铁碳合金（小于2.11%的铁碳合金叫钢），它主要用于生产卫生洁具（浴缸）、化学器械、炊具、下水管道等。
用于搪瓷的铝材主要是纯铝和铝镁合金。
用于搪瓷的铜材主要有紫铜（即纯铜）、黄铜（铜-锌合金）和青铜（铜-锡合金），其中以紫铜和黄铜应用最为广泛，比较有代表性的铜搪瓷制品—景泰蓝就是以紫铜为基材制成的铜搪瓷制品。
不锈钢，一般都能进行涂搪，但由于不锈钢抗氧化的能力较强，所以需要用特殊的搪瓷瓷釉，同时因加工成本较高，现在较少采用此种方案。
2、瓷釉（无机玻璃质材料）用于搪瓷的瓷釉原料中主要包括三大类：矿物原料、化工原料和色素原料。
矿物原料，是瓷釉的主要成分，占有较大比重的含量（因国内外不同的生产厂家而不同）。
它主要包括：石英（主要成分是二氧化硅－SiO2）、长石（碱金属或碱土金属的硅酸盐，常用钾长石－K2OAl2O36SiO2 ）、粘土（含水的铝硅盐矿物，主要为Al2O36SiO2 和结晶水）。
化工原料是瓷釉的辅助组成部分，它主要包括：硼砂（Na2B4O710H2O）、硝酸钠（NaN O3）、纯碱（Na2CO3）、碳酸锂（Li2CO3）、碳酸钙（CaCO3）、氧化镁（MgO）、氧化锌（ZnO）、二氧化钛（TiO2）、氧化锑（Sb2O3）、二氧化锆（ZrO2）、氧化钴（CoO）、氧化镍（NiO）、二氧化锰（MnO2）、氧化铁（Fe2O3）等等。
2010版-镀层的腐蚀与防蚀
高电流区的穿孔腐蚀
4.第四项为镀层身处的环境。
再小的、再少的孔隙度之镀层，再厚之镀层，若遇上 恶劣的环境 (湿气、高温、游离酸雾等 ) ，一样抵挡不了腐蚀。
也就是为什么每 年3~10月份，镀层的腐蚀会特别严重，因为气温高、湿气重(夹带酸气)、CO2高。
5.第五项为电位差(电池效应)。
当二层金属电位差非常大时，其腐蚀效应会加速的
盐雾试验72H
四. 连接器电镀的腐蚀：(以下为镀层无污染情形下)
在连接器的电镀经常见到的电镀腐蚀：
黄铜、磷青铜 ) ／镀镍：铜合金会先腐蚀(黑色、绿色物)。
黄铜、磷青铜 ) ／镀镍／镀金：初期镍先腐蚀(白色、绿色物)，最终为 铜合金腐蚀(黑色、绿色物)。
脱脂不良的针孔
B.保护好素材，避免素材被腐蚀而产生腐蚀物。
一旦发现素材有腐蚀物，又无法 使用活化酸去除时，必须使用抛光液进行去除腐蚀物，否则残留腐蚀物将来一 定会扩散至镀层上。
3.控制金镀液的杂质：
A.尽量避免镍带入金槽，建议金槽中总硬化剂含量(包含钴、镍、铁)，不要超过
金含量的30%以上，特别是薄金槽。
该项管制主要是防范单纯的金层腐蚀。
下图 剥金前 剥金后
磺酸雾的金层腐蚀
D.储存、检验电镀品的环境，应随时保持恒温、低湿度、干净的空气。
装设空调 、除湿机，防止灰尘进入。
因为灰尘中含有大量的碳，容易吸收空气中之二氧 化硫等酸气，而造成加速腐蚀。
E.电镀完成品最好再使用塑料袋包装，可以的话使用抽真空包装。
特别是出口走 海运时，务必一定要做抽真空包装，以避免海上的高温、高湿、高盐份。
中科院兰州化物所科技成果——高温防粘自润滑抗烧蚀涂层
中科院兰州化物所科技成果——高温防粘自润滑抗
烧蚀涂层
成果简介
高温防粘自润滑抗烧蚀涂层由离子掺杂改性无机粘结剂、复合固体润滑剂、耐高温无机材料、纳米陶瓷、金属粉末等等组成，采用空气动力喷涂和热处理技术形成涂层。
该材料涂层技术（专利ZL201510789406.7）具有高温自润滑、防粘焊/抗烧蚀等特性，使用温度为室温到900℃，用于煤化工、核电、航空发动机、武器装备等领域重载高温装置的铰接、回转传动机构等的部件表面高温微动防粘焊抗烧蚀防护，以及发动机高温高压涡轮导向器、紧锁机构的高温防粘焊和解锁。
主要技术指标
涂层厚度：5-40μm；
涂层附着力：≥30 MPa；
涂层耐温：900℃；
承载能力：不小于30 MPa；
涂层抗烧蚀性能：900℃，无烧蚀、剥落；
高温微动耐磨寿命：800℃，摩擦系数μ≤0.5，往复循环≥10000次；
耐盐雾：连续喷雾100小时，涂层不起泡、不生锈。
成熟程度
目前已完成小试、中试生产。
技术成熟度5级
应用领域
本技术产品的生产，适合于复合材料、涂料、油漆、油墨等精细化工领域。
本产品广泛应用能源化工、钢铁、海洋机械、舰船、航天航空等领域的高温机械部件的高温自润滑、防粘焊防护。
2019年3月，本产品已实际服役于陕煤集团60万吨/年粉煤热解回转反应炉高温连杆表面。
合作方式
技术转让、成果推广、技术入股、产品代理。
电子教案与课件：《表面处理技术概论》第八章 热浸镀
图8-7 铝液中锌含量对合金层强度(1) 显 微硬度(2) 和厚度 (3)的影响
热浸镀铝
• 8.2.5 热浸镀铝钢的性能和应用 • 热浸镀铝层有良好的耐热性、耐蚀性及对光和热的良
好反射性 1)耐热性(抗高温氧化性)。镀铝钢材在大气中在450℃以
森吉米尔(Sendzimir)法 改良森吉米尔法
美国钢铁公司法(同日本川崎法) 赛拉斯(Selas)法 莎伦(Sharon)法
热浸镀锌
(2) 钢管热镀锌 钢管主要采用熔剂预处理的热镀锌法和用氢还原的连 续热镀锌森吉米尔法。 森吉米尔法钢管热镀锌的工艺流程为：微氧化预热→ 还原→冷却→热镀锌→镀层检测→冷却→镀后处理。 (3) 结构零部件热镀锌 制造结构零部件通常采用烘干熔剂预处理的热镀锌工 艺方法。工艺过程包括预处理应用 镀铝钢板分为纯铝镀层钢板和铝 硅镀层钢板。前者的耐蚀性好，常用于耐蚀条件；后 者的耐热性好，通常用于耐热条件。耐热方面的用途 有汽车排气系统材料，例如消音器与排气管、烘烤炉 和食品烤箱、粮食烘干设备、烟筒等。耐蚀方面的用 途，主要以大型建筑物的屋顶板和侧壁、瓦垅板、通 风管道、汽车底板和驾驶室、包装用材、水槽、冷藏 设备等。
第八章 热浸镀
主要内容：
热浸镀锌
热浸镀锌基本原理 热浸镀锌层形成过程 热浸镀锌生产工艺 影响热浸镀锌的因素 热浸镀锌的应用
热浸镀铝
热浸镀铝的基本原理 热浸镀铝层的形成过程 热浸镀铝生产工艺 影响热浸镀铝的因素 热浸镀铝钢的性能和应用
热浸镀锡
热浸镀锡基本原理 热浸镀锡工艺 热浸镀锡层的性能及应用
热浸镀技术介绍，应用及现状： 热浸镀产品
材料保护-第8章 耐蚀非金属覆盖层
钛白粉加氧化锌，提高耐晒粉化。钛白粉是一种遮盖力和着色 力最为优良的白色颜料。耐光，耐热，耐稀酸、稀碱，耐硫的 腐蚀。
锌钡白——又称为立德粉，是硫化锌和硫酸钡的混合物， 内含ZnS 28-30%，BaSO4 72-70％，遮盖力强，中性颜料。缺点 是不耐气候曝晒，在大气中易粉化，遇稀酸分解。
偏硼酸钡——分子式Ba(BO2)2H2O，白色结晶粉，是一种 新型防锈颜料。无毒、防霉、防污、抗粉化、耐燃。用于防锈 漆、防霉漆、耐热漆、水溶漆。
云母氧化铁——是一种天然矿物，呈α-Fe2O3鳞片状晶体， 既具有氧化铁红的性能，又具有片状颜料的特性。用云母氧化 铁制的底漆具有吸水低，抗紫外线，化学性能稳定，机械强度 高，附着力好，弹性好，易施工，无毒不裂，不褪色不粉化， 高温1100℃稳定，电阻好等优点。用于底漆、防锈漆、磷化底 漆、电泳漆中。
锶黄——是SrCrO4铬酸锶，柠檬黄色，500℃稳定，用于铝、 镁合金防锈，也用于磷化底漆中代替四盐基锌铬黄，降低磷酸 用量。
锶钙黄——(SrCa)CrO4黄色棒状结晶，耐热500℃，产生钝 化作用，用于电泳漆中。
钡钾铬黄——是一种新的淡黄色防锈颜料，分子式为 BaK2(CrO4)2，耐光极强，耐腐蚀，防锈能力强，可作钢铁及 轻金属打底防锈之用。
着色颜料
黄色颜料 红色颜料 蓝色颜料 白色颜料 黑色颜料 绿色颜料 紫色颜料 金属颜料
无机——铅铬黄、锑黄、镉黄、锶黄、铁黄等 有机——汉沙黄、联苯胺黄 无机——银朱、镉红、钼红、锑红、铁红等 有机——甲苯胺红、立索尔红、对位红等 无机——铁蓝、群青、钴蓝 有机——酞菁蓝、孔雀蓝 无机——氧化锌、锌钡白、钛白、锑白、铅白等 有机——无 无机——炭黑、松烟、石墨等 有机——苯胺黑、磺化苯胺黑 无机——铬绿、锌绿、钴绿、铁绿等 有机——孔雀石绿、维多利绿、亮绿 无机——群黄紫、钴紫、锰紫、亚铁氰化铜 有机——甲基紫、苄基紫 ——铝粉、铜粉
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第八章 高温耐蚀涂层
2.对高温耐蚀涂层的要求
根据发动机热端部件的工作环境，高温涂层应尽可能 满足以下要求：
（1）优良的抗高温腐蚀性能。 （2）涂层与基体有很好的结合力。 （3）较长的保护寿命。 （4）一定的延性。 （5）较好的抗磨蚀－氧化和磨蚀－热腐蚀性能 （6）涂层薄、均匀、重量轻。 （7）工艺简单、重现性好、成本低。
1、β- NiAl（富Al）→β- NiAl（富Ni） 2、3β- NiAl（富Ni）＋3/2O2→γ′- Ni3Al+ Al2O3
Al2O3的生成不断剥落，导致涂层中Al的浓度急剧下降， 导致NiO·Al2O3型氧化物产生，即
3、2Ni3Al＋ 2O2 → NiO·Al2O3＋6Ni（富Al）
第八章 高温耐蚀涂层
5.1扩散型涂层—渗铝涂层 外层：Ni+Al→NiAl Ni来源于合金，Al来源于渗剂， 形成富Al的NiAl。 内层：Ni → NiAl(富镍)＋沉淀
镍基合金向外生长型涂层结构示意图
特点：
1.原始界面位于渗层中间 2.不易形成Kirkendall孔洞 3.填料颗粒Al2O3只镶嵌在外层
第八章 高温耐蚀涂层
第八章 高温耐蚀涂层
3.高温耐蚀涂层的分类
（1）按涂层形成工艺划分则可分为
固渗、热浸、电镀、热喷涂、气相沉积等。
（2）按涂层--基体互扩散程度，则可分为
渗铝层 第一代
扩散涂层
渗铝层改型Al-Cr，Al-Si，Al-Pt 第二代
包覆涂层
MCrAlX系
第三代
隔热涂层 （或称热障涂层）
陶瓷+பைடு நூலகம்间连接层 第四代
的孔洞 3.填料颗粒Al2O3会镶嵌到NiAl
相中
★ Ni基合金表面渗铝
第八章 高温耐蚀涂层
外层：来自渗剂的Al与 来自基体的Ni，在高温 下形成NiAl相， 即Ni+Al→β- NiAl
内层：基体中Ni向外扩散， 造成Al浓度升高同时导致 Ni浓度下降，而形成富Ni 的NiAl相。
第八章 高温耐蚀涂层
Ni3Al向γ-Ni（富Al）转变 γ′-Ni3Al ＋Ni→4γ-Ni（富Al）
第八章 高温耐蚀涂层
4.涂层系统原理
4.1 涂层系统分析 高温合金的防护涂层有五种类型：
温度高于900℃时 转化为CrO3 易挥发。
1、形成致密氧化膜的金属间化合物
高温合金铝化物涂层：NiAl和CoAl → Al2O3 富铬化合物涂层 → Cr2O3
2、形成玻璃质氧化物层的金属间化合物 难熔合金（钼、钨、铌等）与硅生成的化合物
Mo、W、Nb + Si → MoSi → SiO2（使用于较低温度）
第八章 高温耐蚀涂层
高温合金的防护涂层有五种类型：
3、形成致密氧化膜的合金涂层 抗氧化的镍基和钴基合金为基础形成致密氧化物
（NiCr2O4、CoCr2O4），以及MCrAlY合金涂层。 4、不与周围介质反应或者反应极慢，形成挥发性氧化物的贵 金属与合金
第八章 高温耐蚀涂层
第八章 高温耐蚀涂层
热腐蚀（沉积物腐蚀） 1、NaCl+ S +2/3O2+H2O →Na2SO4+HCl
NaCl来自空气 以及燃油的污染物
2、S→内渗（扩散) 与Cr →形成CrS，叶片表面因贫Cr而形成 Ni、Cr混合氧化物，抗氧化能力远远低于Al2O3。
第八章 高温耐蚀涂层
主要是铂和铌，用于防护难熔金属材料、钛合金（机械隔离）
5、本身起机械阻挡层作用的稳定氧化物 保护原理：扩散离子扩散路程最大，易开裂和剥落
第八章 高温耐蚀涂层
4.2 涂层性能的限制因素 1.涂层与基体互反应
涂层中元素 损失的途径
涂层/介质界面：向外 扩散，生成腐蚀产物。
涂层/基体界面：向合 金内扩散。
使用过程中: 边缘裂纹、裂缝、组成变化、界面分离。
3、氧化膜、涂层和基体力学性能的差异 基体 → 涂层 → 氧化膜 塑性↓ 脆性↑ 强度↓ 热膨胀系数↓
第八章 高温耐蚀涂层
5.高温涂层的形成机理 5.1 扩散型涂层—渗铝涂层
溶质金属粉末 （Al粉或铝铁粉）
填充料:Al2O3（防 止金属粉末产生烧
结成块）。
5.1扩散型涂层—渗铝涂层 （3）铝化物涂层的相变失效
在涂/介质界面上，铝化物涂层的失效本质：
★ 形成过程可以归纳为： β- NiAl（富Al）→β-NiAl（富Ni）→γ′-Ni3Al→γ-Ni（富Al）
第八章 高温耐蚀涂层
5.1扩散型涂层—渗铝涂层
（3）铝化物涂层的相变失效 ★ 在涂/基界面上，靠近涂层一侧将产生以下转变 β- NiAl＋2Ni→γ′- Ni3Al Ni在长时间高温的条件下，不断向外扩散，即导致γ′-
5.1扩散型涂层—渗铝涂层 （2）向内生长型（镍基合金表面）
第一阶段： 3Ni+6Al→δ- Ni2Al3+ε-NiAl3
第八章 高温耐蚀涂层
5.1扩散型涂层—渗铝涂层 （2）向内生长型
第二阶段：δ- Ni2Al3 +Ni →3β- NiAl
第八章 高温耐蚀涂层
5.1扩散型涂层—渗铝涂层
（3）铝化物涂层的相变失效 在高温氧化性介质中，涂/介界面上将发生以下变化
涂层与基体的互扩散性能与涂层和基体中元素有密切关系。以NiAl相铝化物 涂层为例，镍基合金的NiAl相涂层与基体的交界处将产生CrNi相沉淀，它起 到阻碍NiAl相与基体互扩散的作用，称为扩散障。
第八章 高温耐蚀涂层
4.2 涂层性能的限制因素
2、涂层缺陷
涂层 缺陷 产生
制备过程中: 金属间夹杂、孔洞、砂粒、内部疏松。
1.发动机热端部件延长寿命改善性能的途径 ☆ 提采用冷却技术（可使工件表面温度最大降低230℃） ☆ 提高材料的高温强度（W和Mo%↑，Cr%↓） ☆ 使用涂层技术—热障涂层，
有一定的隔热作用，可以降低基 体合金的表面温度，接近采用冷 却技术的效果而不消耗空气。
高性能航空发动机高压涡轮叶片技术的三大关键技术—— 热障涂层技术、高温结构材料、高效叶片冷却技术
活化剂：一般是NH4+的卤化物。 常用NH4Cl，加速被渗元素的 扩散速度。
工艺过程：
1. NH4Cl高温分解出Cl 2. Cl与铝形成AlCl3和AlCl 3. 3AlCl AlCl3＋Al
第八章 高温耐蚀涂层
（1）向外生长型 ★ 在纯Ni表面渗铝
特点： 1.原始界面对应NiAl/Ni界面 2.镍侧产生Kirkendall效应留下