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不同类型的耐高温涂层的优缺点

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陶瓷涂层 优点 耐高温性能卓越:像碳化硅(SiC)、氮化硅(SiN)等陶瓷材料制成的涂层,能耐受极高的温度,通常可在 1000℃以上甚至更高温度环境下长时间稳定工作,例如在航空发动机高温部件、陶瓷窑炉内衬等场景中发挥关键的高温防护作用。 化学稳定性好:具有很强的抗氧化能力以及耐腐蚀性,在高温、强氧化性气氛以及存在各种腐蚀性介质(如高温燃气中的硫、氯等成分)的环境中,依然能保持自身结构稳定,有效保护基体材料不被侵蚀。 隔热性能优良:陶瓷材料本身热导率相对较低,能够起到较好的隔热效果,可减少热量向基体传递,在航天飞行器热防护、高温工业炉隔热等方面应用广泛,有助于降低能耗、保护周围部件不受高温影响。 缺点 与基体结合力弱:陶瓷材料与大多数金属基体在物理和化学性质上差异较大,热膨胀系数不匹配问题明显,容易因温度变化产生内应力,导致涂层剥落、开裂等,往往需要采用诸如制备过渡层、对基体进行特殊预处理等复杂手段来增强结合力,但效果有时仍不理想。 脆性较大:陶瓷本身质地较脆,在受到外力冲击,如机械碰撞、高速气流中颗粒冲刷等情况时,容易出现破损,影响其防护功能,需要额外采取增强韧性的措施来提高其耐冲击性能。 成本相对较高:陶瓷材料的制备工艺复杂,例如一些高性能陶瓷需要高温烧结等特殊工艺,而且原料成本也不低,使得陶瓷涂层整体造价偏高,限制了其在一些对成本敏感的大规模应用场景中的应用。 金属涂层 优点 良好的结合性能:金属涂层与金属基体材料往往具有较好的亲和性,在合适的工艺条件下(如热喷涂工艺中的电弧喷涂等),能够实现较为牢固的结合,不易出现因结合力不足而剥落的情况,例如在一些金属结构的高温防护中,同材质的金属涂层能很好地附着在基体上。 一定的耐高温和耐磨损能力:像镍基、钴基等高温合金涂层,自身能承受较高温度,并且在高温环境下具备一定的强度和耐磨性能,可用于高温下有相对运动、摩擦的部件表面,如燃气轮机叶片的部分防护,能在高温工况下减少磨损,延长部件使用寿命。 可修复性较好:若涂层出现局部损坏,相对容易通过焊接、补涂等常规修复手段进行修复,操作较为便捷,成本也相对可控,与一些其他较难修复的涂层类型相比有一定优势。 缺点 抗氧化能力有限:虽然金属涂层本身能耐受一定高温,但在长时间高温、强氧化性环境下,容易发生氧化反应,导致涂层性能下降甚至失效,往往需要配合抗氧化剂或者表面再处理等方式来增强其抗氧化能力,单独使用时在极端高温氧化环境中的防护效果欠佳。 隔热性能较差:金属材料通常热导率较高,相比陶瓷涂层等,其隔热效果不佳,难以有效阻挡热量传递,在一些需要隔热的高温应用场景中,不太能满足需求,可能需要额外搭配隔热材料来实现隔热目的。 有机涂层(耐高温有机涂料形成的涂层) 优点 施工方便:可采用刷涂、喷涂等常规施工方法,操作相对简单,对施工设备和环境要求不像一些陶瓷涂层、金属涂层的制备工艺那么苛刻,便于在各种形状、大小的基体表面进行涂覆,例如在一些小型高温设备或者形状复杂的部件表面能较容易地进行施工。 成本较低:耐高温有机涂料的原料成本通常比陶瓷材料、高温合金材料要低,而且生产工艺相对简单,所以整体造价相对便宜,适用于对成本较为敏感、对耐高温性能要求不是极高(一般耐受几百度高温)的应用场景,比如普通工业炉的外层防护等。 柔韧性较好:有机涂层具有一定的柔韧性,相比陶瓷涂层等,在受到较小外力冲击、温度变化产生的轻微应力时,不太容易出现开裂等情况,能较好地适应基体表面的轻微变形。 缺点 耐高温极限较低:相较于陶瓷涂层和金属涂层中的一些高性能产品,有机涂层能承受的最高温度相对有限,一般在几百摄氏度以内,难以应用于超高温(如 1000℃以上)的极端高温环境,应用范围受到一定限制。 化学稳定性欠佳:在高温且存在强氧化性物质或者腐蚀性物质的环境中,有机涂层的化学稳定性不如陶瓷涂层,容易发生分解、氧化、被腐蚀等情况,导致其防护功能丧失较快,需要定期进行维护和重新涂覆。 耐磨损能力弱:有机涂层的硬度和耐磨性能通常较差,在高温下有摩擦、冲刷等情况的应用场景中,容易被磨损掉,无法长期有效地保护基体材料,往往需要配合其他耐磨措施来使用。
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