舰船用高温防护涂层

舰船上存在大量的高温部件，尤其是动力系统的高温部件，长期处于高腐蚀性海洋大气环境中，一旦发生腐蚀破坏，会对舰船的安全造成严重威胁。由此，对高温防护涂层提出了迫切需求。舰船用高温防护涂层必须在高温下具有良好的组织稳定性，并与基体结合良好，涂层与基体之间有相近的热膨胀系数，在高温下不发生开裂而保持完整。同时，涂层还必须具有优良的耐高温氧化和热腐蚀性能及优良的耐盐雾腐蚀性能。
一，金属陶瓷复合涂层构成热障涂层：这种涂层是由陶瓷隔热面层和金属粘结底层组成的复合涂层。金属粘接底层的作用是改善陶瓷面层和基体合金的物理相容性，提高抗氧化性以保护基体。由于陶瓷层导热性差，在陶瓷层内形成热阻，形成较大的温度梯度，降低了基体表面的温度。为避免由于膨胀系数的差异产生热应力从而导致涂层开裂，常采用成分或结构连续过渡的梯度涂层来保证涂层寿命。热障涂层可采用等离子喷涂制备；激光熔覆技术可用来改善热障涂层的性能。据报道，等离子喷涂制备的由NiCrAlY过渡层和ZrO2+Y2O3陶瓷热障层组成的梯度涂层可用于钛合金表面的隔热和耐高温氧化；采用等离子喷涂制备的ZrO2涂层经激光熔覆工艺处理后，形成的涂层具有良好的隔热、耐高温氧化性能。
二、通过表面改性构成耐高温氧化涂层：在基体表面喷涂热障涂层能够提高基体的耐高温氧化性能，对基体的表面改性也能实现这一目的。用离子注入法可对表面成分及结构进行改性。通过选择适当的注入元素及注入工艺可以用离子注入法在材料表面很薄的注入区域内(约0.05~0.2微米)形成一层成分结构与基体不同的防护层，从而显著地改善材料的抗氧化性能。例如，在Ti合金中注入O可以在合金表面形成TiO2和Al2O3,提高基体的耐高温氧化能力；注入Nb和Ta也可有效改善钛合金的耐高温氧化性能。另外，采用激光表面重熔、高能脉冲表面处理、表面喷丸等技术可以使合金表面微米或纳米化，不改变合金表面的成分，仅改变组织结构，在基体表面形成晶粒细化到微米或纳米级的耐高温氧化保护膜。研究证明，晶粒的超细化可大大提高表面氧化膜的黏附性和基体合金的抗循环氧化性能。例如，磁控溅射Ni基高温合金K38G纳米晶涂层表现出优异的耐氧化性能。也可以采用磁控溅射等方法在合金表面沉积相同成分的微晶或纳米晶涂层来实现这一目的。
三，用渗铝涂层构成抗高温腐蚀涂层：零件渗铝后，铝与表层合金元素形成铝化物，这些铝化物在高温氧化时生成致密的Al2O3膜，可以有效地阻碍高温氧化继续进行，并起防盐雾腐蚀的作用。研究表明，渗铝涂层具有良好的抗高温氧化和耐海水腐蚀性能;普通低合金钢16Mn渗铝后抗氧化及耐高温海水交替作用的能力比高温合金GH140还要好。(钢研）