高温环境

        近年来随着高端制造的发展，耐高温涂料由于具有能在高温这种恶劣环境下使用、保护材料、应用面广、节能高效等特点，越来越受到人们的重视，成为一个极具工业价值和广阔前景的涂料品类。在正式讨论耐高温涂料之前，首先我们来了解一下高温环境。 

        大量的工业生产过程及其产品是在非常恶劣的环境中运行的，其特征是高温、温度变化大、且常伴随着高压和周期性的应力变化，这会导致零部件氧化和腐蚀。下图显示了这类过程的一些典型例子。

        机器和发电厂都有着上述的环境，包括飞机发动机、汽轮机、工业燃气轮机、高超音速飞行器、火箭燃烧室、高温燃料电池；涉及煤转换过程、石油炼制和核电站的系统；废物焚烧和太阳能热能转换系统以及试验设施。产生大量的热量、相关的高温组分和热通常存在于所有这些过程的核心中。许多电力系统和过程的核心是一个涡轮机，它以为燃气和蒸汽涡轮机提供动力而闻名。

        例如，在喷气式发动机的涡轮机中，燃料与通过压缩机进入的高压压缩空气混合后被点燃。由于燃烧过程，热量被释放，膨胀的空气作用于叶片上，使涡轮旋转起来。

        进而涡轮机通过连接的轴，迫使压缩机转动，压缩进入的空气。排出的废气产生推进力。现代燃气轮机的燃气温度在涡轮机部分可以远远超过1650℃（3000℉），冷却部分的温度可以高达1200℃（2200℉）。现代发动机中的压缩系统被设计成在更高的压力比下运行。即使没有任何热源，在绝热的环境中，压缩机的最后阶段运行温度更高。 

        耐高温涂层不仅使在极端环境下运行的燃气轮机发动机的许多材料和组件的设计成为可能，它们也成为一个筛选和性能评估以及测试这些材料的耐久性的试验平台。在煤气炉中，煤在高温下与蒸汽发生反应，转化为可用的气体，这种气体可通过管道运输，并直接输送到加工厂。

        工艺温度可高达1650°C（3000℉），组件温度可达到1090°C（2000℉）。石油精炼和核能发电的工艺温度也很高。在石油炼制过程中，原油在高温下被催化裂解，并被分馏成可用的石油产品，如液化石油气、汽油、煤油、柴油、重油、沥青和焦炭。在核电站中，来自浓缩铀和钍等燃料元素的可控裂变产生的热量被用来产生蒸汽，蒸汽又被送入涡轮机，涡轮机的轴带动相连的发电机运作，产生电力。许多涂层已经被评估在核聚变反应堆中有潜在应用价值。
  

        所有这些工艺都需要具有高温负载能力的结构的材料，以满足性能、耐久性、重量、成本和环境忍受力的要求。在运行过程中，单个零件的结构材料会降解，除了结构负载部件的疲劳和蠕变损伤外，材料还会经历氧化、腐蚀和腐蚀磨损。对一些工业工艺中的典型温度和一些基本结构材料的熔点的对比如下图所示。

        用于耐高温过程的几种材料的强度范围随温度的变化关系见下图。

        许多这些工程材料的性能，如拉伸、蠕变和疲劳强度，通常被优化以达到最大的承载能力，而较少强调环境忍受力。例如，常见的金属材料铝，它参与强化沉淀物的形成并且提供抗氧化性能。虽然较高的铝含量提高了高温抗氧化性，但铝含量仍保持在6%以下，以保持最高的蠕变强度。如果这些裸露的金属材料暴露高温高压环境中，它们将在以下几个过程中快速降解。

 氧化：这些金属材料中铝和铬等关键元素含量不够，这些元素可以使零件在使用期间具有抗氧化性。因此，增加Al含量是提高抗氧化性的合理解决方案。 

 高温腐蚀：材料在高温下也会加速腐蚀。

 热损伤：如前所述，高温暴露的两个结果是为氧化和腐蚀。在存在波动应力的高温下，热疲劳过程造成的额外损害。对热损伤的整体保护需要对金属材料进行表面处理。对于氧化和腐蚀来说，用耐高温涂料做表面处理是唯一的选择。涂层是金属材料与外环境之间的屏障，可以通过增加涂层中的铝和铬含量来提高环境忍耐力。 

        综上，高温环境对金属材料会产生很大的伤害，使用耐高温涂料是最好的解决办法，低熔点玻璃粉是耐高温涂料中重要组分，再搭配铝粉，滑石粉，云母粉等材料制成的耐高温涂料，可有效保证金属材料在高温环境中的正常使用。