锅炉水冷壁高速电弧喷涂涂层性能研究

摘要

本文采用高速电弧喷涂(HVAS)技术制备了多种工程上应用较为广泛的涂层。针对锅炉水冷壁管用钢的实际工况条件对涂层的耐高温氧化、高温硫化腐蚀和耐高温冲蚀性能进行了研究。运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDAX)等现代分析手段研究了高速电弧喷涂涂层的表面及截面形貌和微观结构，探讨了涂层在高温下的氧化、硫化和冲蚀机理，为这些涂层的工业应用奠定了理论基础。
　　 本文采用HVAS技术制备了Fe-Al/Cr3C2、Fe-Al添加Cr元素、Ni基添加Cr元素和Fe-Al添加W元素四种涂层。高温氧化动力学测试及SEM形貌观察结果表明Ni基添加Cr元素的涂层抗氧化性能最佳。这是因为Cr含量较高的涂层氧化时表面形成连续、致密的Cr2O3氧化膜，对元素的扩散起到有效的抑制作用。并且NiO、Cr2O3的存在有效抑制了Ni元素的扩散过程，阻碍了Ni与O之间的氧化过程；外层的NiO切断了O向涂层内部侵蚀的通道，从而降低了涂层的氧化速度。Cr含量较少时，则不利于Fe-Al基合金氧化时生成的Fe2O3的连续性，会造成氧化膜的脱落。
　　 硫化热腐蚀试验结果表明温度不同时45PS、Fe-Al/Cr3C2和SL30三种涂层材料具有不同的抗硫化热腐蚀能力。45PS涂层在高温下的抗热腐蚀性能要优于Fe-Al/Cr3C2和SL30。在较低温度下Fe-Al/Cr3C2和SL30的抗热腐蚀性能要优于45PS。中温时三者相当。实际应用时根据温度选择不同的涂层材料。
　　 高速电弧喷涂涂层45PS、SL30和FeAl/Cr3C2的抗高温冲蚀试验结果表明温度、冲蚀角度及气压对涂层的抗高温抗冲蚀性能有影响。温度升高，三种涂层的抗冲蚀性能提高，其中添加了Cr3C2增强相的涂层，由于氧化速度快，冲蚀损失最小。45PS和FeAl/Cr3C2涂层在45°时冲蚀损失率最大，而SL30在90°时冲蚀冲蚀损失最大，这种现象和涂层冲蚀机理及涂层特性密切相关。各种气压下冲蚀损失量均随砂量增加而增加，在0.1MPa时冲蚀损失量最高。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题的研究背景

1.2热喷涂技术

1.2.1热喷涂技术的分类及特点

1.2.2热喷涂原理

1.2.3热喷涂在国外治理受热面管道的应用情况

1.2.4热喷涂在国内治理受热面管道的应用情况

1.3电弧喷涂技术

1.3.1电弧喷涂原理和发展历程

1.3.2电弧喷涂的工艺特点

1.3.3电弧喷涂涂层的结构特点

1.4高速电弧喷涂技术

1.5高速电弧喷涂材料

1.6 Fe-Al复合材料的特点

1.7水冷壁抗高温氧化涂层的选择

1.8本文的研究内容

第2章材料及试验方法

2.1高温氧化试验

2.1.1基体材料

2.1.2粉芯丝材

2.1.3高速电弧喷涂工艺

2.1.4涂层结构表征测试

2.1.5抗高温氧化试验

2.2高温硫化试验

2.2.1试样制备

2.2.2试验设备及温度

2.2.3试验方法

2.2.4形貌观察及高温硫化腐蚀机理

2.3高温冲蚀试验

2.3.1试样制备

2.3.2试验设备及方法

2.4本章小结

第3章涂层的高温氧化性能研究

3.1涂层试样氧化动力学曲线分析

3.2 XRD结果分析

3.3涂层表面形貌观察及EDS分析

3.4涂层截面形貌观察及EDS分析

3.4.1涂层截面形貌分析

3.4.2涂层截面EDS分析

3.5高温氧化机理探讨

3.6本章小结

第4章涂层的高温硫化性能研究

4.1高温硫化动力学曲线分析

4.2硫化温度对涂层表面形貌的影响

4.3高温硫化机理探讨

4.4本章小结

第5章涂层的高温冲蚀性能研究

5.1涂层冲蚀前的显微组织及成分分析

5.2温度对涂层冲蚀磨损性能及显微组织结构的影响

5.3攻角对涂层冲蚀磨损性能及显微组织结构的影响

5.4气压对涂层冲蚀磨损性能及显微组织结构的影响

5.5高温冲蚀机理探讨

5.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢