Термостойкие покрытия — защита при тысяче градусов
Плавильные печи, турбинные выхлопные каналы и дымоходы испытывают экстремальный нагрев. Поверхности щитового металла начинают окисляться при кратком соприкосновении с раскалёнными газами. Термостойкие покрытия защищают структуру, удерживая химическую и механическую стабильность при 200–1200 °C.
Температурный диапазон
Системы классифицируются по верхнему пределу рабочей температуры: 200 °C — бытовой сегмент, 600 °C — энергетика, 1100 °C — металлургическая ванна. При испытании применяют репассивирование — кратковременное окисление с последующим охлаждением, демонстрирующее резерв ресурса.
Формулы основаны на кремнийорганических связках, интумесцентных добавках или алюминиевых пигментах с термореактивным связующим. Полисилоксан создаёт стекловидную матрицу, которая застывает без растрескивания. Алюминид при выжиге образует барьер Al2O3 толщиной 3–5 µm, блокирующий диффузию кислорода.
Коэффициент линейной стойкости
Ключевой параметр — соответствие коэффициента теплового расширения подложки и плёнки. Разница свыше 2 × 10-6 K-1 провоцирует отслоение на цикле 200 ступеней нагрева-охлаждения. Разработчики пользуются термомеханографом для расчёта циклического термоусталостного модуля.
Для нанесения применяют безвоздушную окраску, плазменное напыление или соль-гель конверсию. Тигельная проба выявляет дефекты смачиваемости: стальная пластина обогревается до 900 °C, затем окунается в солевую баню. Отслаивание шире 3 mm расценивается как отказ.
Отраслевые сценарии
Металлургические конверторы требуют силикатных эмалей с твёрдостью 6 ГПа. Газовые турбины получают наноструктурированную керамику YSZ, армированную цирконом. Автопроизводители выбирают гибридные лаки для коллекторов, сочетающие полифениленоксид и нитрид бора, снижающие тепловую сигнатуру выхлопа.
Нормативный массив включает ASTM E605, ISO 20340, ГОСТ 25129-82. Лаборатории записывают потерю массы после 16-часового нахождения при пиковой температуре и рассчитывают индекс VCI (Volatilisation-Corrosion Index). Значение ниже 0,15 г/м² признаётся удовлетворительным.
Точки риска
На кромках деталей зарождаются микротрещины шириной 2–4 µm, ускоряющие деградационный фронт. Шоковый нагрев с градиентом 80 K/с часто выводит из строя силиконовые связки. Снижение толщины плёнки до 18 µm минимизирует усилие растяжения и продлевает ресурс.
Сервисная ревизия включает инфракрасную термографию, спектроскопию испускания и измерение адгезии методом решёточного надреза. Перекрытие свежим слоем допустимо при остаточной прочности свыше 3 МПа и шероховатости Ra ≥ 12 µm.
Термостойкие покрытия остаются неотъемлемой частью термонагруженных систем. Корректное согласование химии, технологии нанесения и режима эксплуатации продлевает срок службы оборудования и сводит к минимуму остановки производств.
