航天/能源
預(yù)計(jì)到2035年航天與能源領(lǐng)域在熱噴涂工業(yè)中占60%以上，其中又以熱障涂層最為重要，熱障涂層主要由兩個(gè)涂層組合而成，分別為鍵結(jié)層(Bond Coating)和頂層(Top Coating)。而這兩種涂層所使用的熱噴涂工藝也不相同，以鍵結(jié)層而言，目前常見的工藝有低壓等離子噴涂(LPPS)、高壓高速火焰(HVOF、HVAF)以及目前較新的技術(shù)冷氣動(dòng)力噴涂(Cold Spray)。以上三種工藝各有其優(yōu)缺點(diǎn)，但最終目標(biāo)都是為了追求涂層的低孔隙率、低氧化物含量與高鍵結(jié)強(qiáng)度。在鍵結(jié)層中所使用的材料為MCrAlY(M= Ni, Co, NiCo, CoNi)，此材料在高溫有較佳的抗熱腐蝕的能力，并且與頂層材料有良好的親和性。在頂層的工藝中目前主流為使用大氣等離子噴涂(APS)，近幾年有相當(dāng)多的國內(nèi)外科研單位與制造商使用大氣漿料等離子噴涂(ASPS)來進(jìn)行頂層的制作，和電子束-物理氣相沉積法(EB-PVD)技術(shù)相比，采用ASPS技術(shù)可以大幅降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，且使用此工藝可以得到類似于(EB-PVD)的柱狀結(jié)構(gòu)。而在頂層所使用的材料為8 mol%氧化釔安定氧化鋯(8YSZ)，該材料的特色為低熱傳導(dǎo)系數(shù)與價(jià)格便宜。
但近年來由于燃?xì)廨喰实奶嵘约皣?yán)重的空氣污染，造成現(xiàn)有的涂層壽命縮短，許多設(shè)備商與材料供應(yīng)商提出新的解決方案來延長共建壽命，以熱障涂層的新材料來說，除了漿料的技術(shù)在快速發(fā)展以外(目前商用漿料搭配Mettech Axial III可以將堆積效率提升至60%以上，涂層孔隙率在1%以下，可形成柱狀結(jié)構(gòu))，新材料的開發(fā)也得到突破性的進(jìn)展，有廠商開發(fā)出低密度8YSZ粉末使涂層的熱傳導(dǎo)系數(shù)更低，延長工件的壽命。其他的材料像是氧化鋯參雜釓(GDZ)和高氧化釔含量的YSZ粉末，這些材料對于抵抗CMAS(鈣鎂鋁矽酸鹽類)有極佳的效果，可有效提升涂層的壽命。
應(yīng)用領(lǐng)域： 發(fā)動(dòng)機(jī)熱障涂層
使用材料： MCrAlY, YSZ
使用制程：鍵結(jié)層： 高壓高速火焰, 冷氣動(dòng)力噴涂
頂層 ：大氣等離子噴涂, 漿料等離子噴涂
涂層應(yīng)用：熱障涂層
利用大氣漿料等離子噴涂法所制備的渦輪葉片剖面圖，傳統(tǒng)大氣等離子噴涂所制備的熱障涂層其鍵結(jié)強(qiáng)度約在20-40 Mpa，熱傳導(dǎo)系數(shù)在0.9-1.5 W/mK，而使用大氣漿料等離子噴涂所制備的熱障涂層圖可以將鍵結(jié)強(qiáng)度提升至50-82 Mpa，熱傳導(dǎo)系數(shù)在1-2 W/mK。
其他在航天領(lǐng)域的應(yīng)用像是可磨耗密封涂層與耐磨耗涂層，而可磨耗密封涂層是指壓縮氣體在旋轉(zhuǎn)工件(渦輪葉片)與渦輪機(jī)內(nèi)壁之間提供理想的流動(dòng)間隙，其主要用于航空的壓縮機(jī)、渦輪的間隙控制，達(dá)到提高整機(jī)效率、降低耗能、延長使用壽命的目的。耐磨耗涂層材料有、Al2O3/TiO2、WC/Co、Cr2O3/NiCr、Cr2O3，陶瓷材料主要使用大氣等離子噴涂，金屬碳化物材料則使用高壓高速火焰噴涂，氧乙炔火焰噴涂則制備鎳基或鈷基自熔性涂層
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材料 |
工藝 |
適用溫度 |
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Al-Si-石墨 |
APS、火焰 |
400 |
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Ni-石墨 |
APS、火焰 |
550 |
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Ni-Cr-Fe-Al-氮化硼 |
APS、火焰 |
800 |
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Ni-Cr-硅藻土 |
APS、火焰 |
850 |
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Ni-Cr-Al-硅藻土 |
APS、火焰 |
1000 |
此為陸地用渦輪機(jī)的回?zé)岫稳~片，使用碳化鉻-鎳鉻材料噴涂在葉片刄部。原始設(shè)計(jì)是在刃部加上一層稱為EPRI的涂層。EPRI是一種鈷鎳鉻鋁釔系列的超合金材料，以熱處理擴(kuò)散滲透方式將EPRI與底材產(chǎn)生冶金式鍵結(jié)。通常滲透層會(huì)深入底材約150microns。在這種滲透深度下，無法在不嚴(yán)重破壞底材的條件下對工件進(jìn)行徹底噴砂。之所以采用EPRI的原因，是因?yàn)樵跍u輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的高溫下，EPRI表層會(huì)生成一層堅(jiān)韌的氧化皮膜，藉以抵抗熱沖蝕。
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應(yīng)用領(lǐng)域：渦輪機(jī)回?zé)岫稳~片 應(yīng)用材料：鈷鎳鉻鋁釔超合金 使用工藝：HVOF 涂層應(yīng)用：耐磨耗
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