石墨材料抗高温氧化涂层的研究
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涂层材料在高温环境下的抗氧化性研究高温环境下的抗氧化性是涂层材料研究中的一个重要课题。
高温环境中,氧气的活性增加,容易引起氧化反应,从而损害材料的性能。
因此,研究如何提高涂层材料在高温环境中的抗氧化性具有重要意义。
首先,了解涂层材料的基本原理是研究抗氧化性的关键。
涂层材料主要由基材和涂层组成,涂层可以分为多层结构。
基材通常选择具有良好耐高温性能的材料,如金属合金。
涂层的主要功能是隔绝基材与高温环境之间的接触,防止氧气进入基材内部,从而保护基材的性能。
涂层的抗氧化性通过控制涂层的化学成分和微观结构来实现。
其次,研究涂层材料在高温环境中的抗氧化性需要考虑多个因素。
首先,涂层的化学成分是影响抗氧化性的关键因素。
常用的涂层材料有氧化铝、氧化硅、碳化硅等。
这些材料具有良好的耐高温性能和化学稳定性,可以有效阻止氧气进入基材内部并形成氧化物膜,起到保护作用。
其次,涂层的微观结构也对抗氧化性有一定影响。
例如,涂层材料中的晶粒尺寸、晶界结构、孔隙度等微观特征都会对抗氧化性产生影响。
此外,涂层的厚度和质量也是影响抗氧化性的重要因素。
较厚的涂层可以提供更好的氧气隔离效果,而较高质量的涂层则可以提供更好的抗氧化性能。
另外,表面处理也是提高涂层材料抗氧化性的重要手段之一。
例如,通过表面溶液处理、物理处理(如喷砂)等方式可以提高涂层的粗糙度,增加与基材的结合力,提升抗氧化性能。
此外,还可以采用激光熔覆、等离子熔覆等技术,将涂层材料与基材直接熔接,形成更加牢固的涂层结构,提高抗氧化性。
在研究涂层材料的抗氧化性时,不同的实验方法和评价指标也需要考虑。
常用的实验方法包括热重分析、扫描电子显微镜等。
热重分析可用于定量分析材料的氧化速率和稳定性,扫描电子显微镜可用于观察材料表面的氧化程度和微观结构。
评价指标可以包括氧化速率、氧化物膜的厚度和质量损失率等。
这些方法和指标可以为研究抗氧化性提供客观的数据。
综上所述,涂层材料在高温环境下的抗氧化性研究是一个复杂的课题。
高温氧化防护涂层的制备及其性能研究随着人类工业化的不断发展,高温工况下的材料热稳定性和寿命成为了重要的研究方向。
高温氧化防护涂层是一种功能性涂层,其主要作用是保护基底材料不受高温氧化的侵蚀和损伤,提高材料的使用寿命和安全性。
本文将针对高温氧化防护涂层的制备和性能进行探讨。
一、高温氧化防护涂层的制备方法目前,高温氧化防护涂层的制备方法主要有热喷涂、物理气相沉积、化学气相沉积、离子束沉积等。
其中,热喷涂技术是最常用的涂层制备方法之一。
热喷涂技术可分为火焰喷涂、等离子喷涂、HVOF高速火焰喷涂、熔喷涂等多种类型,其特点是生产成本低、能够实现大面积涂覆及涂层修复。
二、高温氧化防护涂层的性能高温氧化防护涂层具有多种功能性能,如高温稳定性、高耐磨性、高氧化防护性、高温抗裂能力、高温抗热疲劳性等。
(1)高温稳定性高温稳定性是高温氧化防护涂层的最基本性能之一。
以NiCrAl型高温合金作为基底材料,经过温度为1100℃的高温氧化试验,热喷涂涂层表现出极好的高温稳定性,没有发生明显的氧化和剥离现象。
(2)高耐磨性高温氧化防护涂层在实际应用中,经常会遭受机械刮擦、摩擦磨损等不同形式的力学磨损,因此高温氧化防护涂层的高耐磨性是非常关键的一个指标。
热喷涂涂层的硬度和耐磨性高,同时也具有较好的冲击强度,因此它可以有效防止材料在高温高压工况下发生磨损和月削。
(3)高氧化防护性高温环境下,材料很容易遭受氧化侵蚀,造成材料性能的损伤和降低。
高温氧化防护涂层的高氧化防护性就是能够有效防止基底材料受到氧化侵蚀,提高材料使用寿命。
试验结果表明,高温氧化防护涂层能够有效防止700℃下的氧化侵蚀。
(4)高温抗裂能力高温环境下,材料受到的热应力非常大,在连续使用一段时间后,很容易发生裂纹,降低材料的强度和使用寿命。
高温氧化防护涂层的高温抗裂能力主要取决于涂层的抗拉强度、模量和屈服强度。
现有研究表明,高温氧化防护涂层能够很好地抵抗高温高应力环境下的裂纹扩展现象。
第31卷第1期原子能科学技术V o l.31,N o.1 1997年1月A tom ic Energy Science and T echno logy Jan.1997石墨在高纯氦中的高温氧化研究3白新德 蔡 俊 甘东文 陈鹤鸣 尤嘉辉(清华大学材料科学与工程系,北京,100084)研究了石墨在高纯氦中的氧化动力学行为。
氧化后的样品用扫描电子显微镜进行分析,对可能的氧化机制进行了讨论。
实验结果表明:高纯度、高强度、高密度石墨,即“三高”石墨在800℃高纯氦中的氧化速率最低,等静压石墨次之,010石墨最高。
关键词 石墨 高温氧化 核反应堆石墨具有优良的热力学性能和核性能。
譬如,中子慢化性能好,热中子吸收截面小。
通常被用作核反应堆的反射层和慢化材料,尤其是可用作高温气冷堆的结构材料[1]。
国产堆用石墨的抗氧化性能研究,对反应堆的寿命与安全运行有重要的意义。
本工作对3种国产石墨:010石墨、等静压石墨、“三高”(高纯度、高强度、高密度)石墨在高纯氦中的氧化曲线进行测定,并用扫描电镜观察氧化前后石墨表面微观组织的变化,讨论石墨在高纯氦中高温氧化机制。
1 试验111 国产石墨的生产工艺试验材料为国产的010石墨、等静压石墨和“三高”石墨。
它们的生产工艺如下。
1)010石墨原料(010油焦)→预碎→煅烧→破碎→筛分→配料(加入煤沥青)→压型(成棒料毛坯)→一次焙烧→一次浸溶→二次焙烧→二次浸溶→三次焙烧→石墨化(通以氯气与氟利昂提纯)→机加工。
样品密度为11725g c m3。
各向异性因子为113。
2)等静压石墨石油焦原料→预碎→高温煅烧→破碎→研细粉→混捏→加热搅拌→立度+熔融煤沥青→加热混合→塑性糊料→双辊炼焦桶轧成片状→再冷却破碎细粉→等静压→成坯→一次焙烧→浸渍→二次焙烧→半成品→石墨化处理。
3冶金工业部腐蚀2磨蚀与表面技术开放实验室和清华大学实验室基金资助课题收稿日期:1996203204 收到修改稿日期:1996204209 样品密度为1174g c m 3,各向异性因子为113。
高温抗氧化涂料在LF炉石墨电极的运用初探作者:牛进才来源:《科学与财富》2019年第29期摘要:现阶段,石墨电极在LF炉得到了有效的运用,围绕着石墨电极展开的讨论,也变得更加全面、具体。
文章首先介绍了石墨电极的常见损耗,并分析了被损耗的原因,然后以作用机制、使用方案和价值为切入点,围绕着高温抗氧化涂料的具体运用展开了讨论,希望可以在某些方面给相关企业及个人以启发。
关键词:LF精炼炉;石墨电极;抗氧化涂料前言:LF精炼炉的功能主要是成分微调、去除夹杂,因此,利用耐介质、导电性良好的石墨对电极进行制作,具有十分重要的作用,但是加热LF炉会导致电极被消耗,从而出现断裂、氧化等问题,合理应用抗氧化、耐高温的涂料,可以延长石墨电极的使用寿命、提高其使用价值,本文所探究内容的意义不言而喻。
1石墨电极被损耗的原因作为现实炼钢生产的工具,LF精炼炉在生产高效、优质、低消耗、多品种特殊钢的方面,具有重要的作用。
生产过程中,LF炉的消耗以电耗、辅料消耗、耐材消耗和电极消耗为主,只有对电极消耗加以控制,才能降低生产成本,提高企业竞争力,下文主要分析了LF炉所使用石墨电极被消耗的原因,供相关人员参考。
1.1尖端消耗电极尖端消耗的形式,包括热剥落、电极蒸发和钢水吸收,尖端消耗带来的影响略低于氧化消耗,约占总消耗量的25%~35%,需要工作人员引起重视。
1.2折断消耗LF精炼炉在运行的过程中,存在电极突然断裂的可能,导致该问题出现的原因,主要是电磁力、热应力、机械应力和外力作用之和,超出电极能够承受的强度。
1.3侧面氧化侧面损耗的出现,主要是因为石墨电极和炉内氧气发生化学反应,产生大量CO、CO2。
研究表明,一旦运行温度达到450℃,石墨电极就会出现氧化的情况,如果温度不断升高,电极氧化的情况也会变得更加严重[1]。
一般情况下,石墨电极都具有较高的表面温度,另外,炉门、电极孔的存在,为氧气的进入提供了方便,氧化的情况难以避免。
石墨转子抗氧化处理石墨转子是一种常用于高温、高速环境下的机械部件,其表面的抗氧化处理是保证其稳定工作的重要步骤。
本文将从石墨转子的特性、抗氧化处理的必要性、抗氧化处理的方法以及抗氧化处理后的效果等方面展开阐述。
石墨转子作为一种高性能材料,具有优异的化学稳定性、导热性和耐磨性等特点,因此在高温、高速环境下广泛应用于航空航天、电力、石油化工等领域。
然而,由于石墨本身具有易氧化的特性,长期暴露在高温氧化环境中会导致转子表面氧化膜的生成,进而影响其性能和寿命。
因此,对石墨转子进行抗氧化处理是非常必要的。
抗氧化处理是指在石墨转子表面形成一层抗氧化膜,以防止氧气和高温环境对其的腐蚀。
常用的抗氧化处理方法包括化学法、物理法和涂层法等。
其中,化学法主要通过在石墨转子表面形成氧化物膜来实现抗氧化的目的。
物理法则是采用高温热处理或电弧氧化等手段,使石墨表面形成致密的氧化膜。
而涂层法则是在石墨转子表面涂覆一层具有抗氧化性能的材料,以起到隔离氧气的作用。
抗氧化处理后的石墨转子具有较好的抗氧化性能和稳定性。
首先,抗氧化膜能够有效隔离氧气和高温环境,防止氧化反应的发生。
其次,抗氧化膜能够改善石墨表面的润滑性能,减少磨损和摩擦,延长转子的使用寿命。
此外,抗氧化处理还能够提高石墨转子的导热性能,使其能够更好地承受高温环境下的热量传导。
石墨转子的抗氧化处理是保证其稳定工作的重要步骤。
通过采用化学法、物理法或涂层法等方法,能够在石墨转子表面形成抗氧化膜,有效防止氧化反应的发生。
抗氧化处理后的石墨转子具有较好的抗氧化性能、润滑性能和导热性能,能够延长其使用寿命,提高工作效率。
在实际应用中,应根据具体情况选择合适的抗氧化处理方法,并严格控制处理工艺,以确保石墨转子的质量和性能。
’8· 。 影,石 , 涂料工业
;挈彦, 才屯 b ,
1994伍 性的影响.在单体中增加了丙烯酸口一羟丙酯, 从而在聚合物分子结构中引入了一()H。结 粜如表4。 表3 不同固体含量的树脂溶液中 触变剂的最低加量
固体含量, 34 40 48 56 气卡日 0 最低 1-O3 0.83 0.73 0.65 6口 .
『l 1.6】 】.34 1.18 1.23
表4 羟基对触变性的影响 6 12 3O 60 lt 晴含量, 。
0 200 1 46 lO2. 82 2.44 5 116 86.7 69.5 62.8 1.8 10 87.5 87.1 77.5 75.8 1.1 20 75 75.4 74 7,5.2 ≈1 羟l 酯含量指 烯酸 羟丙酯占混合单体的 重 分比
如上所述,涂料的触变效果取决于体系 中网状结构的数量。由于在聚合物分子结构 中引入了oH,可能使siOH之间的氢键产 f 了饱和,H状结构减少,触变效果变差。 限} 窑验条件,无法给出lgr~lg 7图。 牯度一转速罔见阿4,可粗略观察到触变环。
/
针述 r ) 凿4拈炷转速篷 样品固体音量48 ;气相SiO 2 0.73 {T—I 8[ 综上所述,触变剂加墩增大,触变性增 强;触变剂分散越充分,触变效果越好;树脂 固体含量越高,所需触变剂量越少;树脂巾引 入羟基,会使触变效果变差。
参考文献 [1 涂料添加荆的棚法,配可覆开发》、上海科学技术文献 出收社.1 989 [2]《雨烯畦树脂覆涂料主集》,化工部潦料情报中心站蝙 [3]C涂料配亏、原理和实例》.上海科学技术主越出版社. 1988 ]J.Macromo]Sci Phys 1987,B26(d),41l~425 _5]Patton,T.C(美)著、郫隽奎等详《毋料流动扣稿料分 散》.化学工业出扳牡,l 988
石墨材料抗高温氧化涂层的研究 (空军勤鲁学院六系) 厶研究了f1聚碳硅烷树脂溶液浸涂的石墨试样,经固化和烧成等处理,在其表面形成一层 sic 涂I 提高抗氧化性。讨论T浸静溶禳浓度、浸涂时间和浸撩次数对抗氧化性的影响,并通过红外 光谱、扫描电镜和能谱仪分析石墨表面涂层。试验结果表明,在石墨表面形成1.2 mm厚p C涂 甚. 墨曲比重山1.64提高到1.73.氧化失重率下降3~5倍,可在700C下长期使用。
维普资讯 http://www.cqvip.com 第2期 涂料工业 ·9· 前言 石 材料是冶金、化工、电子和核工业等 部门不可缺少的重要导电材料和结构材料 特别是随着宇航工业的飞速发展,对各种石 罨材料提出r更高的要求。但是,石墨材料抗 高温氧化性差,降低了使用寿命,限制了其使 硐范围 因此,目前许多国家竞相开展了石墨 村料表面抗氧化涂层的研究,一般采用化学 气相沉积法(CVD法),在石墨表面涂覆涂层 (如SiC、ZrC)_1 ] 这种耐高温涂层在1000 2000 C温度下,经还原、分解等反应在石墨 表面沉积一层抗氧化物质,可较明显改善其 抗氧化、耐腐蚀、耐摩擦、耐烧蚀等性能 但 是.CVD法工艺设备复杂,成本高,除特殊部 fj外.实际应用相当困难。 笔者在前人工作基础上,采用新型的聚 碳硅烷树脂溶液浸涂石墨材料表面,经1000 2000C高温.使聚碳硅烷树脂涂膜变成无 机13-SiC涂层 这样不仅可获得高抗氧化性 的石墨,而且克服了CVD法存在的缺陷。 二、实验部分 1.石墨试样和浸涂溶液的制备 石墨试样由国防科技大学应用物理系提 供,假比重1.64,尺寸35×35×8 Inrn。石墨 表面用蒸馏水清洗后,再用酒精活化处理,最 后放入烘箱烘干,以备使用。 浸涂溶液为聚碳硅烷树脂溶液,由国防 科技大学505研究室提供【5 。将其分别配制 成3O 、4O ;50 、55 、6O 和7O 浓度 的六种溶液,溶剂为二甲苯 2.石墨试样浸涂及后处理 把上述的石墨试样放入密闭容器中,抽 真空30 thin至740 mrnHg柱左右。注入浸涂 溶液,按不同浸涂时间,取出烘干,使溶剂挥 发。浸涂后的试样在低温氧化性气氛中进行 固化 。最后经高温烧成,升温速度100 200C/h,保护气体为氦气,可获得致密的 SiC涂层 一。 3.氧化试验 将石墨原样与涂覆SiC的石墨试样一同 置于SRJX一4—13高温箱式电阻炉(长沙实验 电炉厂生产)进行高温氧化对比试验 。 4.假比重测定 采用称量法测定石墨试样的假比重, 衡量石墨试样的宏观组织结构的致密程度。 假比重(g/era )一试样重量/试样体积 5.仪器 用日本岛津ZR一450型红外光谱仪红外 分析聚碳硅烷树脂和石墨试样,比较二者某 些结构的规律性变化;用上海产TSM一2型 电子显微镜观察石墨试样浸涂前后表面形态 的变化,以考察不同浓度浸涂溶液对石器试 样的影响;用日本日立H800能谱仪测定石 墨试样横截面的si相对含量(即SiC相对含 量)。
三、结果与讨论 1.聚碳硅烷树脂的选择 聚碳硅烷树脂(简称PC)具有独特的 si—c链结构,可转化为SiC涂层。在高温下 聚碳硅烷树脂转化成 SiC的红外光谱圉见 图1。
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图1 高温下显骧硅烷错脂转化成 sic虹外谱囤
维普资讯 http://www.cqvip.com ·1O· 涂料工业 l994年 由图1可见,常温下聚碳硅烷树脂具有 普通有机高聚物所带的基团,如CH 、CH 、 si—cH 、si—cH 一si等基团。经高温处理 至700"C以上时,这些基团基本上已全部消 失,只剩下si—c和少量 一。吸收峰(1000 ~1200 cm_。宽峰吸收),此时已转化为SiC 涂层。因而在研究石墨抗氧化涂层时,可考虑 降低转化温度,在性能提高幅度变化不大的 前提下,通过降低转化温度和缩短转化时间 来达到节能的目的。 众所周知,高聚物的分子量必然影响树 脂的性能。我们根据浸涂用的聚碳硅烷树脂 分子量大小来衡量其在高温转化过程中残留 量。软化点分别为3l8~330℃、220 ̄230℃、 180~1 95℃、l35~148℃的四种聚碳硅烷树 脂A、B、c、D热失重曲线见图2。显然,如选 用树脂A,残留量很大,烧成后涂层致密度达 最佳值,但树脂A分子量太高,以致部分A 树脂不溶于二甲苯溶液中,因此采用软化点 l90 ̄230℃的聚碳硅烷树脂。
求 蕞
囤2不同曩蕞硅烷树脂热是重曲线 2.浸涂溶液浓度的选择 石墨材料的孔率一般达25~30 左右, 显然,浸涂溶液浓度对石墨性能有影响。从表 l石墨浸涂试验结果可见,在900℃空气介质 中处理3 h后,未浸涂的石墨试样失重率达 50.6%,而浸涂的石墨试样,其抗氧化性明显 提高,且随着浸涂溶液浓度的增大,氧化失重 逐渐减小,浓度为7O 以上时,抗氧化性有 下降趋势。
衰1 石墨浸涂试验结果 浓度, 石墨样重,g 浸涂后重,g 饶戚后重,g 氧化后重,g 浸涂增重, 烧成增重, 氧化失重, 0 13.9906 6.9114 — — 50.6 30 19.0836 19.9426 19.7520 14.4869 4.5 3.5 26.6 40 19.6909 20.9023 2O.2028 l5.1706 6.2 2.6 24.9 50 17.1924 18.7506 17.8772 13.9778 9.1 4.0 21.8 60 l7.3324 20.3470 18.1543 14.6990 l7.4 4.7 l9.0 70 l8.0001 19.4567 18.7456 14.3048 8.1 4.1 23.8 注:氧化试验条件;900℃,3 h;浸涂试验条件:抽真空30 rain,浸涂30 rain。 上述结果可由图3、图4进一步分析。图 只有在石墨表面形成SiC涂层,才能有 3、图4曲线变化趋势清晰表明,浓度60 的 效地防止石墨在高温下氧化 我们用扫描电 浸涂液浸涂石墨试样,可获得较高的浸涂增 镜观察不同浓度浸涂溶液浸涂的石墨试样表 重和烧成增重,并且其氧化失重也最低 上述 面形态。石墨材料本身是由微细的颗粒堆积 试验结果表明,提高浸涂溶液浓度,在相同的 而成,用聚碳硅烷溶液浸涂后,经高温转化处 浸涂条件下,石墨试样表面涂覆的树脂量也 理,可在石墨表面形成一层SiC涂层。在一定 随着增多。但是,浸涂溶液浓度超过6o 时, 范围内提高浸涂溶液浓度,形成的SiC涂层 由于体系粘度较大,使得大分子链难以迁移, 越致密,其抗氧化性能越强 但是,浸涂溶液 结果浸涂量反而下降,仅在石墨表面形成一 的浓度增大到6o 以上时,其表面出现明显 层较厚树脂层 在烧成过程中,由于热膨胀系 的剥落现象,浓度越大,剥落越严重 根据扫 数的差异,表面涂层剥落而降低抗氧化性。 描电镜和氧化失重试验结果综合考虑,浸涂
维普资讯 http://www.cqvip.com 第2期 涂料工业 溶液浓度50 ̄60 为宜,我们选用55%浸涂 溶液 3.浸涂时间的确定
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用55 浸涂溶液,以不同的时问浸涂石 墨试样,其试验结果见表2。
求 侵潦棒灌浓廑(%) 浸踩藩藏澈度(%)
盈3浸夺和烧成增重与浸潦溶液幕度关帛 囤4 氧化虫重与浸案溶液采度关系 表2 石墨试样浸涂不同时间试验结果
浸涂时间,rain 石墨样重,g 浸涂后重,g 烧成后重,g 氧化后重,g 浸涂增重, 烧成增重, 氧化失重, 0 l3 6214 7.2235 — — 47 0 30 15.7959 17.4948 16.638O l4.3265 10.7 5.3 13.9 50 15 5404 17.0811 16.3049 14.6883 9.9 4.9 0.9 120 16 8240 18.5433 17.6425 15 5540 1O.2 .8 11.8
表2结果表明,浸涂增重和烧成增重与 浸涂时间基本上无关。这可能是由于浸涂溶 液浓度仍较大,体系较粘稠,聚碳硅烷大分子 只能迁移至石墨表层,如继续经内部迁移,所 受阻力将大大增加。因此,尽管延长浸涂时 间,在石墨试样涂覆的树脂量并未增加(见图 孽 瓣 授蒲时问(min) 嘲 鍪 橱 瑶 囤5浸潦和烧成增重与浸毋时闻关豪 4.浸涂次数的确定 用55 浸涂溶液浸涂石墨试样,每次浸 5) 但是,氧化失重与浸涂时间关系(见图6) 表明,浸涂60 min后的石墨试样之氧化失重 最低。观察烧成后的石墨试样,表面平整光 滑,没有涂层剥落现象。然而浸涂90 min后 的石墨试样,烧成后表面有少量裂纹,原因尚 不太清楚。浸涂时间1 h较为适宜。
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囤6置化走重与浸潦时间差束 涂30 mln,然后烘干再浸涂,试验结果见表 3。