高温红外辐射涂料应用中的若干问题研究

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作为一种节能涂层材料,高温红外辐射涂料可应用于各种工业炉窑及民用锅炉吸热表面,通过涂层对热辐射吸收率和发射率的提高作用,使炉窑吸热表面及时吸收和激发红外辐射反馈给炉膛加热工件,或通过涂层对热辐射吸收率及导热率的提高作用,使锅炉吸热表面高效吸收热量,并经水冷壁面及时传导给工介水体,实现对设备热效率的改善和提高作用。同时,由于强化了炉膛辐射传热,可改善炉内热场的温度均匀性,使受热体的加热质量得到提高。此外,涂层对炉膛衬体材料具有良好的抗高温氧化保护作用,可延长炉窑或锅炉的使用寿命,减少维护工作量。既往对高温红外辐射涂料的研究,主要集中在涂料组分对涂层发射率的影响方面,尤其是基于理论条件下分析组分元素,如过渡金属氧化物、碳化物等复配设计对发射率的影响,这对红外辐射涂料节能效果的改善十分重要。但另一方面,高温红外辐射涂料的应用实践表明,涂层的稳定性则是应用中最容易出现问题的一项关键性技术指标。涂层稳定性主要涉及涂层的结合牢度和耐久性,反映的具体现象包括:涂层龟裂、剥落、起泡,涂层对基体的侵蚀等缺陷的产生,以及长时间高温作用下涂层颜色淡化和涂层质量的损失。针对高温红外辐射涂料在应用中出现的这些涂层稳定性问题,本文分析了以高铝质耐火材料为基体,在1400℃高温下,涂层组分Fe2O3、MnO2、CuO等氧化物与这些缺陷的形成关系及作用机理。研究结果表明:Al2O3、ZrO2、TiO2涂层与基体的热膨胀系数差异过大,而在温度变化过程中形成热应力集中,以及涂层组分随温度变化发生晶型转变引起的“体积效应”产生应力集中,两者的共同作用导致涂层的龟裂和剥落;当NiO和MnO2等碱性或两性氧化物与磷酸铝铬中游离磷酸反应产生的气体无法及时、顺利排出时,导致涂层起泡;SiC在1400℃高温作用下,表面难以形成SiO2保护膜,造成SiC因活性氧化产生SiO和CO挥发性气体,引起涂层起泡。通过电子探针的分析发现,熔点较低的氧化物易导致渗透性侵蚀,其中Cu和Mn元素对基体的侵蚀较为明显,热缺陷较多且渗透浓度和深度较大,Fe元素次之;Fe203和Mn02在加热过程中价态变化复杂,且在磷酸铝铬的长时间高温作用下造成涂层产生颜色淡化和涂层质量损失。
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