Введение: когда температура превосходит предел органических веществ — неорганический скачок покрытия
Органические покрытия (эпоксидные/ПУ/акриловые) имеют предельную температуру около 200-300°C
——при превышении смола разлагается——покрытие «сгорает». В высокотемпературной среде >600°C (выхлопные системы/котлы/печи пиролиза нефтехимии/металлургия)——требуется «неорганическое» покрытие
——его смоляная основа——(1) органосиликаты (при >400°C——органические боковые цепи (метильные/фенильные) разлагаются——остаётся каркас Si-O-Si——в итоге превращается в «керамику SiO₂»
——защита этого слоя SiO₂ подобна «керамике»——стойкость >800°C); (2) чисто неорганические (силика-золь/алюмофосфат «нулевой углерод»/полностью неорганические——стойкость >1500°C); (3) фосфаты (реагируют со стальной основой——образуют межфазный слой FePO₄
«покрытие/сталь как единое целое» стойкость >1200°C). Три основных технологических столпа высокотемпературных покрытий термостойкая основа + согласование теплового расширения (CTE/α≈10×10⁻⁶/°C) + антиокислительные пигменты (Al-порошок——при высокой температуре окисляется——плотный слой Al₂O₃——препятствует диффузии O₂)
.
I. Сравнение трёх видов высокотемпературных основных связующих
| Основа | Термостойкость (°C) | Механизм | КТР (×10⁻⁶/°C) | Адгезия (сталь/МПа) | Стоимость |
|---|---|---|---|---|---|
| Органосиликон (метилфенил) | 400-800 | Органосиликон→SiO₂-керамика (органическое→неорганическое превращение) | 30-50 (высокий/требует компенсации) | 3-5 | Средняя (базовая) |
| Силикозоль/неорганическая керамика | 800-1500 | Чистая сеть SiO₂ «нулевой углерод» неорганическая | 5-10 (низкий/высокая хрупкость) | 1-3 (слабая——требуется аппретирование) | Низкая-средняя |
| Алюмофосфат/хромфосфат | 600-1200 | Фосфаты——реакция на границе с металлическим основанием——слой FePO₄ «монолитность» | 10-15 (средний/хорошо согласован) | 4-8 (отличная——химическое связывание) | Средняя-высокая (хромфосфат > алюмофосфат) |
Часто задаваемые вопросы
Q1: «Тройная функция» алюминиевого пигмента (Aluminum Pigment/чешуйчатый) в высокотемпературных покрытиях?
(1)Компенсация КТР — КТР Al (23×10⁻⁶/°C) > силикона (30-50) — алюминиевый пигмент при высокой температуре размягчается + окисляется (Al→Al₂O₃/объёмное расширение >28%)
Расширяющийся Al₂O₃ «заполняет» пустоты, образующиеся при усадке силиконовой смолы (разложение органических боковых цепей/усадка объёма >20%)
— компенсирует усадку — уменьшает внутренние напряжения — предотвращает растрескивание; (2)Отражение инфракрасного тепла — ориентация чешуйчатого алюминиевого пигмента обеспечивает высокое отражение ИК-излучения (>2 мкм) (>80%)
— «отражает обратно» лучистое тепло, снижая температуру подложки под покрытием (>20-40°C); (3)Плотный оксидный слой Al₂O₃ — антиокислительная защита
— при >800°C — на поверхности Al образуется слой Al₂O₃ (<1 мкм/плотный — чрезвычайно низкий коэффициент диффузии O₂) — покрывает поверхность слоя — препятствует проникновению O₂ внутрь покрытия, «химическое самоуплотнение пор».
Q2: Превращение силиконового покрытия «органическое вещество → неорганическая керамика» — почему оно «необратимое»?
(1) При >400°C/в присутствии кислорода — боковые цепи силикона (метильная -CH₃/фенильная -C₆H₅) подвергаются термоокислению — постепенно превращаются в CO₂+H₂O (газообразные продукты — улетучиваются из покрытия)
;(2) Остающийся каркас Si-O-Si
(чистый SiO₂/неорганическая керамика) — без какого-либо органического углерода — это превращение необратимо
— покрытие из «силиконовой смолы» становится «чистой SiO₂-керамикой» по свойствам — твердость↑/хрупкость↑/адгезия↓ (чистый SiO₂ слабо сцепляется со сталью). После этого превращения покрытие нельзя «восстановить» — высокотемпературное покрытие одноразовое — при повреждении необходимо полностью удалить — заново нанести (без «локального ремонта»).
См. также / Похожие материалы
Резюме
Три типа связующих для высокотемпературных покрытий — органосиликаты (400–800 °C / переход от органических к неорганическим), чисто неорганические (золь кремнезёма / алюмофосфат — свыше 1500 °C) и фосфаты (химическая связь на границе раздела / согласование КТР). Компенсация КТР и антиокислительная защита алюминиевого порошка являются ключевыми технологиями рецептур высокотемпературных покрытий. Кэсинь Новые Материалы предоставляет клиентам полный ассортимент высокотемпературных покрытий и поддержку в инженерном применении.