耐高溫涂層材料簡介

耐高溫隔熱保溫涂料是太空節(jié)能隔熱保溫的一種(太空節(jié)能隔熱保溫涂料包括高溫型和常溫型)，為世界首創(chuàng)，涂料為無機(jī)單組分，采用特制志盛威華溶液無任何異味。 耐溫幅度（-80—1800℃）， 導(dǎo)熱系數(shù)都只有0.03W/m.K，能有效抑制并屏蔽紅外線的輻射熱和熱量的傳導(dǎo)，隔熱抑制效率可達(dá)90%左右，可抑制高溫物體的熱輻射和熱量的散失，對低溫物體可有效保冷并能抑制環(huán)境輻射熱而引起的冷量損失，也可以防止物體冷凝的發(fā)生。耐高溫涂料亦可做耐高溫粘接劑，該種涂料可以耐1800℃甚至更高的溫度，可以作為陶瓷、玻璃、金屬等涂層材料，也可以作為陶瓷、玻璃、金屬等粘合劑，廣泛用于冶金、石油工業(yè)、天然氣開采、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域。常溫涂抹在金屬等物體表面，低溫烘干或者常溫自干，與金屬的附著力非常好，非常堅硬，用刀片都刮不下來，高溫煅燒后強(qiáng)度更加顯具，而且不開裂，耐1800度高溫，可以用在金屬鐵，鋼，鋁，陶瓷，玻璃等表面。耐高溫涂料是一種重要的涂料，自從四十年代有機(jī)硅工業(yè)化生產(chǎn)以來，用其產(chǎn)品所配制的耐高溫涂料，在高溫電機(jī)，電器絕緣方面得到了廣泛應(yīng)用。例如有機(jī)硅鋁粉漆用于飛機(jī)發(fā)動機(jī)的耐高溫防腐涂料，取得了巨大成就，有機(jī)硅陶瓷玻璃涂料，滿足了更高溫度防腐的要求。但是由于有機(jī)硅本身機(jī)械性能差，附著力。耐磨性，耐溶劑性低，越來越不能滿足現(xiàn)代電機(jī)、電器、宇航以及耐特種介質(zhì)的要求，從而出現(xiàn)了一系列雜環(huán)聚合物。該聚合物己成功地應(yīng)用于特種耐高溫工程塑料、模塑料、薄膜、層壓材料、粘臺劑及涂料中。除對純硅氧主鏈進(jìn)行改造，在主鏈中引入N、Ti、P、B等外，還用有機(jī)樹脂改性，使之耐熱、耐輻射，耐油、耐水解、耐磨。盡管如此，這些新型高聚物在高溫涂料中還未能得到廣泛的應(yīng)用，絕大部分產(chǎn)品仍處于研制階段。

按性質(zhì)分：目前市場上的耐高溫涂料主要可分為有機(jī)耐高溫涂料和無機(jī)耐高溫涂料兩大類。其中，無機(jī)耐高溫涂料主要有陶瓷涂料、硅酸鹽類涂料、磷酸鹽類涂料和富鋅底漆等，有機(jī)耐高溫涂料主要有氟樹脂涂料、雜環(huán)聚合物涂料和有機(jī)硅耐高溫涂料。

無機(jī)耐高溫度涂料

無機(jī)耐高溫涂料的硬度高，耐熱可達(dá)400～1000℃甚至更高，但漆膜較脆，未完全固化前耐水性不好，對基材表面處理要求嚴(yán)格。

有機(jī)耐高溫涂料

有機(jī)耐高溫涂料包括雜環(huán)聚合物涂料（聚酰亞胺類、聚酰胺、酰亞胺類、聚苯硫醚類和聚醚砜類）和元素有機(jī)聚合物涂料（有機(jī)硅類、有機(jī)氟類和有機(jī)鈦類）。其中，雜環(huán)類耐高溫涂料在國內(nèi)外已應(yīng)用多年，主要用于高溫絕緣方面，價格昂貴，貯存性差，對顏料要求嚴(yán)格；有機(jī)氟涂料雖然高溫防腐性能優(yōu)越，但不易溶解于溶劑中，即使溶解，其固體含量低，成膜薄，施工不方便，而且有機(jī)氟涂料機(jī)械性能不太理想。有機(jī)鈦涂料發(fā)展較晚，制備復(fù)雜，應(yīng)用范圍還不廣泛。有機(jī)硅聚合物自20世紀(jì)40年代初實(shí)現(xiàn)工業(yè)化以后，有機(jī)硅耐高溫涂料開始發(fā)展，目前已發(fā)展成為最常用的有機(jī)類高防腐涂料。

按用途分為：民用耐高溫涂料和工業(yè)耐高溫涂料。

涂層材料須具有硬度高、耐磨性好、化學(xué)性能穩(wěn)定、不與工件材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、耐熱耐氧化、摩擦因數(shù)低，以及與基體附著牢固等要求。顯然，單一的涂層材料很難滿足上述各項(xiàng)要求。所以硬質(zhì)涂層材料已由最初只能涂單一的TiC、TiN、Al₂O₃，進(jìn)入到開發(fā)厚膜、復(fù)合和多元涂層的新階段。新開發(fā)的TiCN、TiAlN、TiAlN多元、超薄、超多層涂層與TiC、TiN、Al₂O₃等涂層的復(fù)合，加上新型的抗塑性變形基體，在改善涂層的韌性、涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度、提高涂層耐磨性方面有了重大進(jìn)展。又突破了在硬質(zhì)合金基體上涂覆金剛石薄膜技術(shù)，全面提高了刀具的性能。

工藝最成熟和應(yīng)用最廣泛的硬質(zhì)涂層材料是TiN，但TiN與基體結(jié)合強(qiáng)度不及TiC涂層，涂層易剝落，且硬度也不如TiC高，在切削溫度較高時膜層易氧化而被燒蝕。TiC涂層有較高的硬度與耐磨性，抗氧化性也好，但其性脆，不耐沖擊。TiCN兼有TiC和TiN兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，它在涂覆過程中可通過連續(xù)改變C、N的成份控制TiCN性質(zhì)，并形成不同成份的多層結(jié)構(gòu)，可降低涂層的內(nèi)應(yīng)力，提高韌性，增加涂層的厚度，阻止裂紋的擴(kuò)展，減少崩刃。所以，生產(chǎn)的一些刀片，如瑞典Sandvik公司推薦用于加工鋼料的GC4000系列刀片、中國株洲硬質(zhì)合金廠生產(chǎn)的CN系列刀片、日本東芝公司的T715X和T725X涂層刀片中均有TiCN涂層成份。TiCN基涂層適于加工普通鋼、合金鋼、不銹鋼和耐磨鑄鐵等材料，用它加工工件時的材料切除率可提高2~3倍。

涂層刀具硬質(zhì)涂層

TiAlN、CrN、TiAlCrN是開發(fā)的硬質(zhì)涂層新材料。TiAlN涂層刀片已商品化。它的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化磨損性能好，用其加工高合金鋼、不銹鋼、鈦合金和鎳合金時的刀具壽命可比TiN涂層高3~4倍。此外，TiAlN涂層中如果有合適的鋁濃度，切削時在刀具前刀面和切屑的界面上還會產(chǎn)生一層硬質(zhì)的惰性保護(hù)膜，該膜有較好的隔熱性，可更有效地用于高速切削。例如，美國Kennametal公司推出的H7刀片，系TiAlN涂層，是專為高速銑削合金鋼、高合金鋼和不銹鋼等高性能材料而設(shè)計的。CrN是一種無鈦涂層，適于切削鈦和鈦合金、銅、鋁以及其它軟材料，化學(xué)穩(wěn)定性好，不產(chǎn)生粘屑。TiAlCrN是一種梯度結(jié)構(gòu)涂層，不僅具有高的韌性和硬度，而且摩擦因數(shù)也較小，適用于銑刀、滾刀、絲錐等多種刀具，切削性能明顯優(yōu)于TiN。

涂層刀具氮化鈦涂層

德國某公司開發(fā)了Supernitride涂層系列，其中超級氮化鈦涂層有很高的含鋁量，可形成穩(wěn)定的氧化層（氧化溫度達(dá)1000℃），它比一般的TiAlN涂層更硬、更致密、更耐高溫，適用于高速切削、干式切削和硬切削的刀具，可加工硬度高達(dá)58HRC以上的淬火鋼。

涂層刀具納米涂層

此外，納米超薄膜涂層工藝已日趨成熟。據(jù)報道，日本某公司推出了一種高速強(qiáng)力型鉆頭，它是在韌性好的K類（WC Co）硬質(zhì)合金基體上交互涂覆了1,000層TiN和AlN超薄膜涂層，涂層厚度約2.5微米。使用表明，該鉆頭的抗彎強(qiáng)度與斷裂韌性可大幅度提高，其硬度則與CBN相當(dāng)，刀具壽命可提高2倍左右。該公司還開發(fā)出ZX涂層立銑刀，超薄膜鍍層數(shù)達(dá)2,000層，每層厚度約1nm，用該立銑刀加工60HRC的高硬度材料，刀具壽命遠(yuǎn)高于TiCN和TiAlN涂層刀具。第八屆中國國際機(jī)床展覽會（CIMT2003）上，瑞士某公司推出的納米結(jié)構(gòu)涂層（AITiN/SiN) 立銑刀，其涂層硬度為45GPa，氧化溫度1100℃，切削對比試驗(yàn)表明，其壽命比TiN涂層立銑刀高3倍，比TiAlCN涂層立銑刀高2倍。除上述AITiN/SiN、TiAlCN新涂層外，還有特定功能的涂層，如MoS₂、DLC潤滑涂層，其摩擦因數(shù)小（0.05），適于涂覆絲錐、鉆頭等刀具，可改善排屑性能，或者作為復(fù)合涂層的表面涂層，減少切屑的粘結(jié)。

中文名稱

自潤滑涂層材料

英文名稱

self-lubrication coating material

定　　義

含有固體潤滑組分的涂層材料。

應(yīng)用學(xué)科

機(jī)械工程（一級學(xué)科），表面工程（二級學(xué)科），熱噴涂（三級學(xué)科）

該隔熱涂層材料含有具有由鈣鈦礦衍生的斜方晶或單斜晶結(jié)構(gòu)(例如由組成式 A2B2O7表示的板狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu))、或c軸/a軸比為3或更大的正方晶的層狀結(jié)構(gòu)(例如K2NiF4結(jié)構(gòu)和Sr3Ti2O7結(jié)構(gòu)、Sr4Ti3O10結(jié)構(gòu))的組合物，以及由組成式LaTaO4表示的組合物、還有具有由組成式M2SiO4 或(MM’)2SiO4(其中M、M’為2價的金屬元素)表示的橄欖石型結(jié)構(gòu)的組合物為主體。2100433B