热电偶保护管上的表面涂层技术现状

　　摘要：随着我国工业自动化水平的进一步提高，对温度数据的实时掌控成了军工国防、科学研究、环境保护、气象观测和智能制造等领域的一种必备手段。热电偶结构简单、性能稳定、使用方便，在各个领域的测温环节得到了广泛的应用。然而其实际的使用环境相对复杂，所以就要求热电偶保护管能应对外部的机械损坏，同时保护热电偶免遭介质的化学腐蚀。本文将对热电偶保护管上的表面涂层技术现状做梳理和总结。

　　表面涂层技术能够赋予零部件表面耐腐蚀、耐磨损、抗氧化、抗高温等一系列特殊功能，具有显著经济效益，国际上也越来越多地采用该技术来解决工件表面的高温腐蚀和磨损问题。

　　梯度功能涂层技术适用于玻璃行业

　　梯度功能材料最早是由日本科学家提出的概念，用以开发具有缓和热应力功能可应用在高温环境的超耐热材料。这种材料的组合可有金属-陶瓷、金属-合金、非金属-非金属、非金属-陶瓷、陶瓷-陶瓷等多种形式。而应用于热电偶保护管的梯度功能涂层技术不仅可以缓和热应力提高保护管涂层的使用寿命，还可以与金属间化合物结合形成复合效果更佳的涂层。金属间化合物和精细陶瓷梯度复合涂层技术近几年的研究已经相对成熟，它同时具有金属间化合物优良的耐热性和耐蚀性特点，还具有精细陶瓷优良的耐磨性和不粘性特点，因此非常适用于玻璃行业，并且取得了很好的使用效果。

　　热喷涂技术最有可能在短时间内产生市场效益

　　纳米材料界面原子排列混乱且界面较大，很容易发生外力作用下的原子迁移扩散，使得材料本身具备良好的塑性、韧性和延展性。制备纳米陶瓷涂层是一种能够发挥纳米材料优势的重要途径，而热喷涂技术是在纳米陶瓷涂层的制备方法中最有可能在短时间内产生市场效益。

　　究其原因共有4点：1.纳米陶瓷涂层材料较大比表面积和极小的粒径可以降低烧结致密化程度，节约有限的能源;2.使得结构均匀化致密化，提高了陶瓷材料的可靠性;3.容易控制材料的组分及结构，可以制备定向设计的纳米材料组织结构，充分发掘陶瓷材料的应用潜力;4.与微米陶瓷涂层相比，纳米陶瓷涂层材料抗腐蚀性能提高一倍以上，耐磨性能提高四倍以上。纳米陶瓷涂层和热喷涂技术相结合保留4点优势的同时，还兼顾了热喷涂技术工艺简单、沉积率高和容易形成复合涂层等优点，具有很好的市场应用前景。

　　金属间化合物涂层技术提升性能最显著

　　一般情况下，热电偶保护套管主要的失效原因是被磨损或者被高温腐蚀，而普通的高温合金和金属陶瓷不能继续担此重任，起到很好的防护效果。这时，有序金属间化合物就成了一种很好的解决方案，因为其具有一系列优异的性能，内部晶体有序结构及金属键和共价键共存使其在高温下还能保持高强度，很多工况下屈服强度随温度升高而升高。有序金属间化合物高温材料是很有应用前景的特殊高温材料，其耐热性能在高温合金和陶瓷材料之间。

　　为了发挥金属间化合物的特性，并且利用表面技术避开其脆性大的劣势，采用涂层技术将金属间化合物材料与热电偶保护套管结合，可使热电偶套管的性能得到显著的提升：1.耐腐蚀性能和抗氧化性能得到提升，针对硫化氢的防护效果特别明显;2.涂层传承了金属间化合物高温高硬度的特点，耐磨性能得到提升;3.与高温合金相比，耐热性能可提升200℃左右;4.普通材料替代了高价材料，使得产品性价比得到提升。

　　结语

　　目前，热电偶保护管上的表面涂层技术包含：梯度功能涂层技术、纳米陶瓷涂层技术和金属间化合物涂层技术，极大地提升了热电偶保护套管的耐磨损、耐腐蚀和耐高温等性能。目前，梯度功能涂层技术在玻璃行业取得了很好的使用效果，纳米陶瓷涂层技术和热喷涂技术的结合最有可能在短时间内产生市场效益，金属间化合物涂层技术提升热电偶保护套管性能最显著。随着涂层技术和表面工程技术的发展，热电偶保护管的涂层应用会更加广泛，市场前景大好。