T91和304H锅炉管束用非晶合金涂层制备及性能研究

摘要

Fe基非晶合金具有高硬度和优异的耐蚀性能及较低的成本，采用热喷涂技术可以大面积制备 Fe基非晶合金涂层，适合在金属结构件进行防腐处理。本文针对锅炉管束受热面腐蚀失效，依据锅炉管束服役环境设计制备Fe基非晶合金粉末，利用等离子喷涂技术在锅炉管束常用钢304H和T91基体上喷涂制备Fe基非晶合金涂层，研究涂层结构和喷涂工艺及耐蚀性之间规律性关系。
　　通过改变喷涂功率和制备不同厚度涂层获得不同组织结构的非晶合金涂层，研究结果表明：通过不同等离子喷涂工艺，可以制备组织结构均匀一致的Fe基非晶合金涂层，涂层呈波浪状多层结构，涂层与基体之间结合紧密，结合形式以机械结合为主。涂层的XRD衍射峰表现为明显的漫衍射峰和少量的尖锐峰，涂层非晶相含量可达到70％，随喷涂功率增加，涂层非晶相含量降低，涂层厚度增加，涂层非晶相含量升高。
　　此外，随等离子喷涂功率升高和涂层厚度增加，涂层孔隙率下降，显微硬度升高，在喷涂功率为40KW制备的厚度为200μm的非晶合金涂层具有较低的孔隙率和较高的显微硬度，分别为2％和762.4HV。
　　电化学研究表明：非晶合金涂层在0.5mol/LH2SO4溶液和3.5％NaCl溶液中电化学腐蚀行为表现出活性溶解-钝化-过钝化的过程，涂层极化曲线特征表现为在H2SO4溶液中钝化区较宽，在NaCl溶液中腐蚀电流密度较低。随喷涂功率和涂层厚度增加，钝化区明显，腐蚀电位趋于正向移动，腐蚀电流密度降低，表明涂层抗腐蚀性能提高。分析认为，非晶合金涂层组成元素和涂层孔隙率是影响涂层耐蚀性能的主要因素，非晶成分含量略有变化对涂层耐蚀性能影响不大。
　　非晶合金涂层与金属基体相比表现出优异的抗高温氧化和抗高温腐蚀性能。随喷涂功率的升高和涂层厚度增加，孔隙率降低，表现出较好的抗高温氧化和抗高温腐蚀性能。分析认为涂层中Cr元素在高温下与O元素生成结构致密稳定的Cr2O3保护膜层，可以阻碍高温下氧原子的扩散和腐蚀介质的接触，使试样得到充分的保护。此外，喷涂粉末中Mo、P、Ni、Si等元素改善了非晶合金涂层的结构和性能，改善了涂层在高温和腐蚀环境下的抗高温氧化性能和抗高温腐蚀性能。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 锅炉受热面热侵蚀形成机理及影响因素

1.3 锅炉高温腐蚀防护技术

1.4 锅炉管束高温防护涂层研究现状

1.5 非晶态热喷涂涂层研究现状

1.6 本文的主要研究内容和意义

第二章 实验材料及方法

2.1 喷涂材料

2.2 基体材料

2.3 喷涂参数

2.4 粉末与涂层表征

2.5 涂层孔隙率计算

2.6 涂层显微硬度的测量

2.6 电化学腐蚀试验

2.7 涂层的抗高温氧化和抗高温腐蚀性能测试

第三章 Fe基非晶合金涂层的制备及形貌分析

3.1 Fe基非晶涂层宏观形貌分析

3.2 非晶涂层相组成

3.3非晶涂层形貌分析

3.4 非晶合金涂层显微硬度分析

3.5 本章小结

第四章 非晶合金涂层电化学腐蚀研究

4.1 涂层在NaCl溶液中的电化学腐蚀行为

4.2 涂层在H2SO4溶液中的电化学腐蚀行为

4.3 本章小结

第五章 非晶合金涂层高温氧化和高温腐蚀性能研究

5.1 涂层抗高温氧化性能研究

5.2 涂层抗高温腐蚀性能研究

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及专利

致谢