电站锅炉抗高温腐蚀Ni-Cr涂层性能研究

论文摘要

热喷涂是金属腐蚀与磨损防护的一项有效措施。电弧喷涂具有操作方便、工艺简单的特点。但国内所开发的应用于电站锅炉高温腐蚀防护用的新型高Ni-Cr涂层,缺少充分的电弧喷涂试验数据作为其可行性的依据,应用效果有待检验。本文使用电弧喷涂工艺,对比电站锅炉过热器常用管材钢研102（12Cr2MoWVTiB）,在普通低碳钢Q235基体上喷涂PS45（国产新型高Ni-Cr涂层）、FeCrAl和4Cr13涂层丝材。在700℃条件下,使用不连续称重法进行了涂层高温氧化和热腐蚀实验研究。通过绘制了氧化动力学曲线和腐蚀动力学曲线,获得了腐蚀速度方程,并使用SEM、EDS分析涂层的形貌组织。结果发现,Cr2O3保护膜是高温腐蚀防护的主要屏障。PS45涂层Cr含量达45%,含量丰富,可形成连续稳定的Cr2O3保护膜,具有优异的抗高温氧化和抗高温热腐蚀性能。但FeCrAl和4Cr13涂层抗高温腐蚀性能较差。通过显微硬度实验和700℃条件下的热震实验研究,比较了三种涂层的结合性能和抗磨损性能。结果表明,PS45涂层含50%多的Ni、4%左右的Ti。其中Ni的塑性好,使涂层与基体的热膨胀系数接近,不易脱落,Ti进一步强化了涂层与基体的结合强度,因而PS45的结合性能优越,同时高Cr含量也使PS45具有很高的硬度,涂层的抗冲蚀性能也很强;尽管FeCrAl涂层的结合性能很好,但是硬度很差,抗磨损性能不足;4Cr13涂层由于含碳量高,具有高硬度,抗磨损能力也很强。电站锅炉高温受热面区域温度可达800～1300℃,冲刷受热面的灰粒较软,有冲蚀影响,但是影响较弱,防护重点主要是高温腐蚀和热膨胀的影响。本文研究表明,FeCrAl和4Cr13涂层不满足要求。而采用电弧喷涂下的PS45涂层具有优异的抗高温氧化和抗高温热腐蚀性能,具有优越的结合性能和良好的抗冲蚀磨损性能,可有效防护电站锅炉受热面高温腐蚀。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 锅炉受热面高温腐蚀
• 1.2.1 高温腐蚀的机理
• 1.2.2 高温腐蚀的特征
• 1.3 锅炉高温腐蚀的防护
• 1.3.1 渗铬及渗铝
• 1.3.2 热喷涂
• 1.4 电弧喷涂工艺
• 1.4.1 待喷涂表面的除油与清洗
• 1.4.2 待喷涂表面的粗化处理
• 1.4.3 电弧喷涂操作工艺
• 1.4.4 涂层特性及其加工与后处理
• 1.4.5 电弧喷涂工艺对涂层质量的影响
• 1.5 本课题研究内容和意义
• 第二章 实验方案
• 2.1 电弧喷涂实验
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 电弧喷涂设备
• 2.1.3 实验所用其它设备
• 2.1.4 实验设备的连接
• 2.1.5 实验工艺参数
• 2.1.6 试件表面的预处理
• 2.1.7 试件表面涂层的制备
• 2.2 涂层抗高温氧化性能实验
• 2.2.1 试样制备
• 2.2.2 实验方案
• 2.3 涂层抗高温腐蚀性能实验
• 2.3.1 试样的制备
• 2.3.2 实验方案
• 2.4 涂层硬度实验
• 2.4.1 试样制备
• 2.4.2 实验方法
• 2.5 涂层热震性能实验
• 2.5.1 试样制备
• 2.5.2 实验方法
• 2.6 试样分析方案
• 2.6.1 分析试样制取
• 2.6.2 试样分析
• 第三章 涂层抗高温氧化性能实验研究
• 3.1 高温腐蚀及研究方法
• 3.1.1 高温腐蚀
• 3.1.2 高温腐蚀的研究方法
• 3.2 高温氧化实验结果及分析
• 3.2.1 高温氧化动力学分析
• 3.2.2 高温氧化形貌分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 涂层抗热腐蚀性能实验研究
• 4.1 热腐蚀概述
• 4.1.1 热腐蚀的定义及分类
• 4.1.2 锅炉管表面硫酸盐沉积物的形成
• 4.2 防护涂层抗热腐蚀性能研究
• 4.2.1 腐蚀动力学分析
• 4.2.2 腐蚀产物分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 涂层其它性能研究
• 5.1 涂层硬度性能研究
• 5.1.1 涂层硬度
• 5.1.2 涂层硬度实验
• 5.2 涂层的热震性能研究
• 5.2.1 涂层热震性能实验
• 5.2.2 实验结果及分析
• 5.3 涂层的结合强度分析
• 5.3.1 拉伸实验法
• 5.3.2 剪切实验法
• 5.3.3 涂层结合强度分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢