隨著工業(yè)化進程的加快，環(huán)境污染問題不斷加重，天然氣作為一種高效、且能減少環(huán)境污染的清潔能源，其需求量在這幾年間迅速增長。為了保證天然氣能夠平穩(wěn)輸送，油氣田的常用設(shè)備也需要足夠可靠。

但對于一些特定的設(shè)備如輸送管道來說，由于在開采及其它環(huán)節(jié)中會產(chǎn)生一定的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)中常含有一定數(shù)量的固體顆粒，這些含砂流體沖擊管道內(nèi)壁并對其造成一定程度的沖蝕磨損，最終影響正常的生產(chǎn)并有可能造成管道的泄漏。

為了盡量避免經(jīng)濟損失，目前在最常用的解決方法是涂敷耐磨涂層，主要使用有機涂層。但是有機涂層在實際生產(chǎn)中所起到的耐磨作用較為有限，并不能起到很好的保護作用。因此以陶瓷涂層為代表的耐磨涂層開始引起重視。

01陶瓷涂層的特點

①陶瓷涂層能有機地把陶瓷材料的耐磨損、耐高溫、耐腐蝕和金屬的可加工性、強韌性等特性結(jié)合起來，發(fā)揮兩類材料的綜合優(yōu)勢，同時滿足機械產(chǎn)品對環(huán)境性能（耐蝕、耐磨、耐高溫等）和結(jié)構(gòu)性能（結(jié)合強度、韌性）的需要，獲得較為理想的復(fù)合材料；

②制備陶瓷涂層的材料品種很多，包括各種碳化物、氧化物和復(fù)合氧化物、氮化物、硼化物和硅化物以及金屬陶瓷和塑料等材料，也可進行復(fù)合；

③功能廣，采用不同的陶瓷涂層材料，可獲得不同功能的表面涂層，如減摩、耐磨、耐蝕、抗氧化、絕熱等；

④制造陶瓷復(fù)合粉末的方法很多，涂層成分比較容易調(diào)整；

⑤陶瓷涂層沉積速率較快，涂層厚度可根據(jù)需要控制，熱噴涂技術(shù)制備陶瓷涂層的沉積速率比CVD、PVD、電火花沉積等要快，熱噴涂的噴涂速率通常為2~5kgh。

熱噴涂技術(shù)

02陶瓷涂層的構(gòu)造

陶瓷涂層與金屬基體在物理化學(xué)性質(zhì)上的差異，導(dǎo)致其與基體界面在結(jié)構(gòu)和性能上存在突變，特別是兩者線膨脹系數(shù)的差異，在涂層與基體界面處產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，而殘余應(yīng)力是導(dǎo)致涂層脫落的主要原因之一。因此，陶瓷涂層很少單獨使用。

目前在噴涂陶瓷涂層前，一般都會在金屬基體上先預(yù)噴涂一薄層金屬層，形成雙結(jié)構(gòu)涂層。金屬涂層在涂層結(jié)構(gòu)中的作用是減緩陶瓷涂層與金屬基體之間因線膨脹系數(shù)的差異而導(dǎo)致的較大的殘余應(yīng)力，提高涂層與基體的結(jié)合強度，因此，將這一薄層金屬層稱為粘結(jié)層。目前，陶瓷涂層的結(jié)構(gòu)多為這種雙層涂層結(jié)構(gòu)。

隨著陶瓷涂層工作溫度的提高，由于涂層與基體金屬線膨脹系數(shù)的不匹配，在涂層內(nèi)形成較大的殘余應(yīng)力而導(dǎo)致涂層破壞。為減小涂層內(nèi)的應(yīng)力，提高涂層的高溫使用壽命，許多研究者在陶瓷層與粘結(jié)層之間增加過渡層，形成“階梯涂層”。對涂層性能測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用階梯涂層可減小涂層內(nèi)的殘余應(yīng)力，提高陶瓷涂層的結(jié)合強度和抗熱沖擊性。

03陶瓷涂層的應(yīng)用狀況

不過陶瓷涂層雖然好用，但也不是哪里都適用。由于它的制備及涂覆工藝相對較為復(fù)雜，因此要實現(xiàn)“全面武裝”是不太現(xiàn)實的，一般只會針對沖蝕磨損情況較為嚴重的局部件，例如油氣集輸管線的彎管、異徑接頭、大開度下的閥門等，可以在其沖蝕磨損集中區(qū)制備陶瓷涂層，預(yù)計將會取得較好的耐磨效果。