摘要
锅炉管道的高温腐蚀与冲蚀一直是困扰电厂安全稳定发电的难题,尤其是近年来随着工业发展用电量的骤增,促使高参数大容量发电机组的投入运行;同时为降低发电成本,劣质煤的使用也加速了管道腐蚀破坏的速度。为提高电厂锅炉管道在高温下的抗腐蚀、抗冲蚀性能,本论文采用超音速电弧喷涂技术在20钢基材表面制备FeCoCr涂层并对涂层进行高温抗氧化、高温抗硫化及耐磨性能的实验;采用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和显微硬度计等仪器对涂层进行检测和表征分析。主要得出以下结论:
(1) 超音速电弧喷涂FeCoCr涂层具有明显层状结构,厚度约230|im,组织致密,涂层孔隙率平均约为5%。涂层主要由金属化合物CoFe, Cr和Fe的化合物(Cr,Fe)及少量的Si02组成。
(2) FeCoCr涂层与基体结合强度约为19MPa。 700°C加热、空冷,600次热震实验,涂层没有明显剥落及裂纹,说明涂层的抗热震性好,与基体材料匹配。
(3) 700°C加热氧化100小时,20钢基材的增重量约230^ig/mm2, FeCoCr涂层材料增重量约6(^g/mm2, 20钢基材试样氧化增重量是FeCoCr涂层试样的3倍多,说明FeCoCr涂层的抗高温氧化效果明显提高。这是由于涂层表面形成致密的Cr203和CoO氧化膜,氧化方式由最初的界面反应逐渐转化成扩散传质反应,腐蚀减速,而20钢基材一直是单纯的界面反应,所以腐蚀较快。
(4) 700°C加热硫化100小时,20钢基材硫化增重量约为140(Vg/mm2,FeCoCr涂层材料增重量约400^ig/mm2 , 20钢基材试样硫化增重量是FeCoCr涂层试样的3倍多,说明FeCoCi"涂层试样抗硫化腐蚀效果明显。涂层试样的抗硫化性能得益于其硫化后的表面形成具有尖晶石结构的氧化物0)&204和CoFe204,它们和Cr203形成致密的保护膜,阻挡了内部金属的快速硫化。
(5) 涂层显微硬度约为615N/mm2。在700°C对FeCoCr涂层试样加热100小时,其摩擦系数约为0.33,未加热处理的FeCoCr涂层其摩擦系数略高,约为0.4; 20钢基材试样进行同样的加热处理,摩擦系数变化不大,约为0.5。涂层试样加热处理后磨痕由"撕裂"和"犁沟"转变为轻微的损伤,20钢基材试样加热处理磨痕没有明显变化,依然保持"撕裂"和"犁沟"形貌。
关键词:超音速电弧热喷涂,FeCoCr涂层,热震性,高温抗氧化性能,高温抗硫化性能,耐磨性能
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