电厂锅炉水冷壁防护涂层的抗高温腐蚀性能研究
水冷壁管防腐蚀、耐磨的研究与解决办法【模板范本】
水冷壁管防腐蚀、耐磨的研究与解决办法摘要：火力发电厂锅炉水冷壁管高温腐蚀和磨损的机理复杂，它与炉膛火焰温度、燃煤的含硫量、烟气与灰分颗粒的冲蚀密切相关.防止水冷壁高温腐蚀和磨损的常用方法有两类，即非表面防护方法和表面防护方法。
本文针对广东沙角 B 电厂 3＃炉，本公司采用超音速电弧喷涂 45CT 合金涂层工作寿命已近四年，认为积极采用热喷涂技术是火电厂锅炉水冷壁高温防腐耐磨涂层最可靠的解决方法。
关键词：锅炉水冷壁高温腐蚀和磨损超音速电弧喷涂一、引言锅炉水冷壁管高温腐蚀和磨损一直是电力系统普遍存在的严重问题，它的直接危害主要表现在以下两个方面：(1）使管壁减薄，据统计一般每年减薄量约为 1mm 左右，严重的可达 5~6mm 年,形成安全运行的严重隐患,增加了电厂的临时性检修和大修工作量，给电厂造成很大的经济损失.（2）发生水冷壁突发性爆管事故，造成紧急停炉抢修，不仅打乱了电厂的正常发电秩序，减少发电产值,而且增加了工人劳动强度和额外的检修费用，直接影响企业效益，同时也干扰了地区电网的正常调度，影响当地工农业生产，由此也造成了很大的社会影响.锅炉运行过程中，由于燃烧煤中硫及其它有害杂质的存在,在高温下对水冷壁构成腐蚀。
这种现象在各个燃煤锅炉中普遍存在，我们在各火电厂的锅炉定期检验中经常遇到，只是程度不同而已。
广东沙角 B 电厂由于其燃煤含硫量大，水冷壁遭受的高温腐蚀特别严重，由此带来的爆管、换管损失惨重。
同时，煤燃烧时产生的大量灰粉，在锅炉内部燃烧的复杂动态过程中,猛烈撞击水冷壁，对水冷壁工作面产生严重切削,使水冷壁管工作面被磨损成不同程度的小平台,造成水冷壁壁厚的实际减薄，容易导致水冷壁管在高温下强度不够而爆管，其危害作用同高温腐蚀一样严重。
因此，需要我们寻求一种解决的技术方法，增加水冷壁的抗磨损能力,以延长水冷壁的使用寿命。
二、水冷壁管高温腐蚀和磨损的机理.水冷壁管高温腐蚀和磨损的机理是很复杂的，简言之，与下列因素有关：(1)炉膛火焰温度； (2）燃煤的含硫量；（3）烟气与灰分颗的冲蚀。
火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀及防护
火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀及防护火电厂锅炉水冷壁是锅炉主体的一个重要组成部分，其主要作用是对燃烧室进行冷却，同时承受高温和高压的工作环境。
由于长期在高温高压下工作，锅炉水冷壁容易出现高温腐蚀问题，如果不及时进行有效的防护，将会严重影响锅炉的安全性和稳定性。
对火电厂锅炉水冷壁的高温腐蚀及防护是一个非常重要的课题。
火电厂锅炉水冷壁的高温腐蚀类型主要包括氧化腐蚀、硫氧化腐蚀和低氧腐蚀。
其中氧化腐蚀是由于水冷壁受燃烧室高温氧化气体的冲击和侵蚀，导致金属表面发生氧化反应，形成氧化物层，从而降低材料的强度和耐蚀性；硫氧化腐蚀是由于锅炉燃料中含有硫元素，燃烧产生的硫氧化气体与水冷壁金属表面发生化学反应，形成硫化物膜，从而加速金属的腐蚀；低氧腐蚀是由于水冷壁内部缺氧环境和水质变化导致金属表面与水发生腐蚀作用，加剧水冷壁的腐蚀速度。
为了有效防护火电厂锅炉水冷壁的高温腐蚀问题，需要采取一系列的防护措施。
首先是优化设计和选材，采用高温合金和耐蚀材料制作水冷壁，提高其耐高温和抗蚀性能。
其次是加强水质和操作管理，保证水冷壁内部水质稳定，减少水中溶解氧和腐蚀物质的含量，防止低氧腐蚀的发生。
同时还需要加强锅炉燃料的预处理，尽量减少硫和碱金属等有害物质的含量，减少硫氧化腐蚀的发生。
还可以采用表面涂层和防凝剂等物理和化学的防护措施，减少氧化和硫氧化腐蚀的发生。
在实际的工程应用中，火电厂锅炉水冷壁的高温腐蚀及防护也面临一些挑战和难点。
首先是高温腐蚀的机理和影响因素比较复杂，需要进行深入研究和分析，从而制定出系统有效的防护方案。
其次是防护措施需要结合水冷壁的实际工作环境和运行情况进行综合考虑，不能单纯依靠一种方法或一种材料来解决问题。
还需要充分考虑防护措施的经济性和可行性，确保其能够在实际工程中得到有效应用。
火电厂锅炉水冷壁的高温腐蚀及防护是一个非常重要的工程问题，需要通过优化设计和选材、加强水质和操作管理、采用物理和化学防护措施等方法来进行有效防护。
火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀及防护
火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀及防护火电厂锅炉的水冷壁是一个重要的部件，它承受着高温和高压的环境，长时间运行后容易出现高温腐蚀的问题。
本文将介绍火电厂锅炉水冷壁的高温腐蚀及防护措施。
高温腐蚀是指在高温环境下金属表面与气体、氧化物或化学腐蚀介质接触时的化学反应，导致金属表面受损。
高温腐蚀主要有三种类型：氧化腐蚀、热腐蚀和氯腐蚀。
首先是氧化腐蚀，锅炉在燃烧过程中会产生大量的氧气，当氧气与金属壁面接触时，会发生氧化反应，形成金属的氧化物。
氧化腐蚀主要发生在金属表面温度较高的部分，如燃烧室内的水冷壁。
氧化腐蚀会造成金属表面的脱蚀、颗粒剥落和孔洞形成，降低水冷壁的强度和安全性。
最后是氯腐蚀，它是指金属表面与含氯化物的腐蚀介质接触时发生的化学反应。
氯腐蚀主要发生在锅炉燃烧过程中，燃料和燃烧空气中的氯化物会随着烟气进入水冷壁的金属管道，与金属表面发生氯化反应，导致腐蚀介质的浓度升高，加速水冷壁的腐蚀速率。
为了防止水冷壁的高温腐蚀问题，火电厂采取了一系列的防护措施。
首先是使用耐蚀材料，如铬镍合金或不锈钢等。
这些材料具有较好的抗腐蚀性能，能够在高温和腐蚀介质的条件下保持良好的耐久性。
其次是烟气净化技术的改进，通过控制燃料中的硫含量和燃烧过程中排放的气体中的氯含量，减少腐蚀介质对水冷壁的侵蚀。
火电厂还可以采用气体脱硫和烟气脱碱等方法降低腐蚀介质的浓度。
还可以采用物理防护措施，如在水冷壁表面涂层保护剂和隔热层，减少高温和腐蚀介质对金属表面的接触。
火电厂还可以定期对水冷壁进行维护和检修，及时修复腐蚀损伤，延长设备的使用寿命。
火电厂锅炉水冷壁的高温腐蚀是一个需要重视的问题，但通过合理的材料选择、燃烧控制和防护措施，可以有效减少腐蚀的发生，提高设备的可靠性和安全性。
大型电厂锅炉高温热腐蚀防护研究进展综述
收稿日期：2023-03-12作者简介：王明生（1983-），男，山东滕州人，工程师。
大型电厂锅炉高温热腐蚀防护研究进展综述王明生，庄文斌，张国兴（国能宁夏鸳鸯湖第二发电有限公司生产技术部，宁夏灵武750410）摘要：电厂锅炉炉内受热面的氧化、热腐蚀等现象是影响锅炉安全稳定运行的严重隐患，采用防护涂层是改善锅炉耐高温、耐腐蚀、耐磨损性能的有效手段。
通过研究金属涂层和陶瓷涂层两种技术的工艺特点，分析了传统金属涂层面临的问题，总结了陶瓷涂层工艺的研究进展，为低成本、高性能的工业化防护涂层的研发提供了参考依据。
关键词：锅炉；水冷壁；防护涂层；纳米陶瓷涂层；耐蚀性中图分类号：TG174文献标识码：A文章编号：1673-1603（2023）03-0040-05DOI ：10.13888/ki.jsie （ns ）.2023.03.008第19卷第3期2023年7月Vol.19No.3Jul.2023沈阳工程学院学报（自然科学版）Journal of Shenyang Institute of Engineering （Natural Science ）在火力发电厂中，由热辐射导致的炉内受热面氧化、高温热腐蚀等极易引发锅炉热效率下降的问题。
锅炉“四管”是目前火力发电厂的锅炉体系中最为重要的热量交换组件，如图1所示。
Economizer 1PipesReheater 1Reheater 2Water wallsAsh renoval systemEconomizer 2Burner+fuelsupply systemNearby burner areaExhaust gas图1火力发电厂锅炉“四管”煤燃料及生物质燃料在燃烧时会产生大量灰渣，使炉膛内管壁的受热面长时间遭受积灰腐蚀及冲蚀磨损［1-2］。
炉膛内管壁发生沾污结渣、氧化和高温腐蚀等问题会导致锅炉自身的热效率降低5%～8%。
该现象的根本原因为受热面材料的物化性能可以直接影响锅炉整体运行的安全性、稳定性及节能性。
火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀及防护研究
火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀及防护研究发布时间：2022-06-28T01:41:58.767Z 来源：《科学与技术》2022年5期作者：蒋军[导读] 近年来，我国火电厂建设的发展迅速，蒋军中国能源建设集团东北电力第一工程有限公司，辽宁省沈阳 110179摘要：近年来，我国火电厂建设的发展迅速，电能也在我国社会工业生产和民众日常生活中发挥了巨大影响。
而近年来,由于我国经济社会发展的加快,社会各界对电能的需求量也在急剧增加,我国电力工业的生产负荷范围也在迅速扩大，因此,随着生产需求的扩大,火电厂的锅炉量也随之扩大,而锅炉水冷壁高温腐蚀也是许多火电厂普遍存在的问题,严重影响着火电厂的安全工作。
所以,深入研究水冷壁高温腐蚀,并寻求更合理的安全措施有着重要意义。
关键词：火电厂；锅炉水冷壁；高温耐腐蚀前言社会的快速发展，人们对电力的需求逐年增加，电力工业的生产负荷也急剧增加，锅炉水冷壁高温腐蚀是火电厂普遍存在的问题，许多火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀程度不同，影响到火电厂正常运行。
本文阐述火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀原因及防护措施，了解水冷壁高温腐蚀危害，并提出相应的防护措施，以供参考。
1.高温对水壁腐蚀的危害（1）管子很容易出现破裂事故。
在锅炉燃煤处理过程中,由于燃料产生的大灰渣流入水冷壁管,管壁被切断，管壁厚度和强度也随之减小。
水冷壁遭受高热的危害时有很大的爆裂危险性,降低了火电厂的发电可靠性。
另外,当出现爆管事件时,也需要立即关闭锅炉温度并进行应急检修,这提高了火发电厂的成本,也降低了火电厂的生产进度。
（2）薄壁。
相关调查表明，受腐蚀与磨损的影响，锅炉水冷壁管壁厚度在逐年减少，当腐蚀严重时，水冷壁厚度减少6mm/年，这很大程度上影响了锅炉正常运行，对火电厂生产带来潜在安全隐患。
（3）因长期腐蚀，水冷壁管壁减薄影响了锅炉的安全。
火电厂锅炉水冷壁长时间受高温影响，不仅增加了火电厂临时检修的工作量，同时也对火电厂的安全生产构成了威胁，如果处理不当，可能造成无法估量的人身和财产损失。
火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀及防护研究
火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀及防护研究发布时间：2021-04-22T15:30:25.187Z 来源：《当代电力文化》2020年34期作者：李启斌[导读] 当前背景下，因此，火电厂锅炉容量也相应增加以满足生产需求。
李启斌黑龙江龙煤鹤岗矿业有限责任公司立达矸石热电厂黑龙江鹤岗 154101摘要：当前背景下，因此，火电厂锅炉容量也相应增加以满足生产需求。
随着社会发展步伐的进一步加快，社会对电力需求量也在快速增长，这大大地增加电力工业的生产负荷。
锅炉水冷壁高温腐蚀是火电厂比较常见的问题，许多火电站都存在不同程度的锅炉水冷壁高温腐蚀情况，这给电厂安全生产也带来了一定影响。
本文主要是对火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀及其防护措施的探究，详细阐述了水冷壁高温腐蚀的危害、腐蚀类型及其原理、腐蚀原因，进而就水冷壁高温腐蚀的防护提出几条建议，希望通过本文能为火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀问题解决提供一些助益。
关键词：火电厂；锅炉水冷壁；高温腐蚀引言：近年来，随着低NOx燃烧技术的广泛应用，燃煤电站锅炉普遍出现了水冷壁高温腐蚀现象，严重影响机组的安全可靠运行。
一般认为，超低排放条件下锅炉水冷壁的高温腐蚀基本上属于还原性气氛下的硫化物腐蚀。
国内普遍采用水冷壁管表面喷涂防腐作为被动应对措施，但存在保护期短、价格高昂、需要频繁喷涂等缺点。
部分电厂还采用水冷壁开孔的贴壁风方案来主动应对水冷壁高温腐蚀，但实际应用中由于受贴壁风位置、贴壁风率、贴壁风速等因素影响，往往出现防治效果不佳、炉膛出口NOx排放浓度升高、低负荷下燃烧稳定性减弱等问题。
1 水冷壁高温腐蚀的原因1.1 燃煤品质不佳燃煤中含有较多的氧化物、硫以及碱金属等物质，会增加水冷壁腐蚀性介质的浓度，进而增加水冷壁高温腐蚀的风险。
如含硫量高的燃煤会产生较多的硫化物，使得管壁的氧化保护膜被破坏，降低金属管壁的厚度和强度。
此外，燃煤颗粒越大，完全燃烧越不容易，不仅容易产生还原性气氛，还会增加管壁的磨损程度，使得氧化膜被破坏，加剧高温腐蚀。
火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀及防护
火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀及防护火电厂锅炉是供应电力的主要装备，其正常运行与维护对于电力行业至关重要。
而锅炉的水冷壁是其重要的结构部分，它承受着锅炉内高温高压、强腐蚀性气体和化学物质的侵蚀，一旦发生故障将会危及锅炉及整个电厂的安全。
因此，如何有效地防护锅炉水冷壁从而保证其长期稳定安全运行，一直是锅炉技术工作者及研究者需要深入探讨的问题。
1. 高温腐蚀机理高温腐蚀是指在高温（>500℃）高压下的金属与环境气体中发生的氧化、硫化、酸化、盐辉等反应。
对于火电厂锅炉水冷壁，其高温腐蚀主要分为三类：氧化腐蚀、硫化腐蚀和盐辉腐蚀。
（1）氧化腐蚀锅炉内氧化气体会与水冷壁表面的金属发生反应，形成金属氧化物产物。
金属氧化物膜密封性差，会使得金属表面不断被氧化，形成更多的氧化物。
氧化腐蚀会导致水冷壁表面变薄，疏松、孔洞、开裂等现象，进而影响水冷壁的机械强度和冷却效果。
（2）硫化腐蚀当锅炉燃烧含硫燃料时，燃料中的硫得不到完全燃烧，就会形成硫化物。
硫化物与水冷壁表面的金属反应，形成硫化物和硫化氢。
硫化腐蚀会使水冷壁表面形成硫酸盐产物，加速水冷壁的腐蚀。
同时产生的氢氧化物，与水冷壁上的钠、钾离子结合形成高温颗粒，风冷管道中的高温颗粒对锅炉腐蚀性极大。
（3）盐辉腐蚀盐辉腐蚀主要是指锅炉中氯、氧和水蒸气形成氧化物时，产生的氯化物和氢氧化物，随着水蒸气进入水冷壁表面，遇到高温部位会被分解生成氯化氢和氧化铁，并形成毒性腐蚀性很强的酸性环境，形成盐辉腐蚀。
2. 防护技术措施针对锅炉水冷壁高温腐蚀，目前有以下技术措施可供选择。
（1）金属材料选择提高材料抗腐蚀性能是有效的防腐技术。
一般情况下，Cr、Mo等合金元素能够增强金属材料的耐点蚀性、进一步提高耐氧化性和耐腐蚀性能，而镍、钴等合金元素则能够增加材料的耐腐蚀性。
（2）防锈涂层针对氧化腐蚀，涂覆高温耐蚀涂层是防护措施之一。
涂层材料应具有良好的耐高温性和耐腐蚀性能，且对稳定性好。
目前研究的高温耐蚀涂层材料主要包括：高铝氧化物涂层、高温硅酸盐涂层等。
火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀及防护分析
火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀及防护分析发布时间：2021-06-24T16:16:55.160Z 来源：《中国电业》2021年2月第5期作者：彭龙飞闪恒杰郭文海[导读] 在火电厂运行的过程中，锅炉水冷壁，高温腐蚀问题是最经常出现的一种彭龙飞闪恒杰郭文海华能沁北发电有限责任公司河南省济源市 454662摘要:在火电厂运行的过程中，锅炉水冷壁，高温腐蚀问题是最经常出现的一种，在许多火电站都存在着不同程度的腐蚀问题，如果不进行及时的解决，会给后期的火电厂安全生产带来影响。
本篇文章针对火电厂锅炉水冷壁高温腐蚀问题进行了分析，制定了有效的防护措施，希望可以有效解决该问题。
关键词:火电厂；锅炉水冷壁；高温腐蚀；防护对策引言社会在快速向前发展，在社会生产过程中，电力能源发挥了非常重要的作用。
随着社会发展的步伐越来越快，人们的生活和工作对于电力的需求也在与日俱增，这无形中增加了电力工业的生产负荷。
在火电厂运行的过程中，锅炉水冷壁高温腐蚀问题是比较常见的一种，通过对该问题进行研究分析，制定有效的防护措施，这对于火电厂未来的运行具有重要的意义。
一、水冷壁高温腐蚀的危害 (一)容易发生突发性爆管事故锅炉在燃烧时，煤炭充分燃烧会生成大量的灰，这些物质对水冷壁管会起到一个撞击的作用力，从而对水冷壁管的表面就会起到切削的作用，长时间就会减少管壁的厚度和强度。
火电厂在运行的过程中，如果发生了爆管的事故，那么锅炉就必须停止运行进行及时的抢修，无形之中提高了火电厂的生产成本，这对于火电厂未来的生产进度也具有极大的阻碍。
(二)使管壁变薄由于管壁受到了长期的腐蚀和磨损，锅炉水冷壁管的厚度越来越小，受到严重腐蚀的部位厚度会更小。
这些问题得不到解决，会严重影响锅炉的安全运行，这也为火电厂的生产埋下了安全隐患。
二、水冷壁高温腐蚀的类型与机理 (一)氯化物型高温腐蚀煤处于燃烧的时候，许多氯化钠会在这个过程中蒸发，最终发生化学反应生成氯化氢。
在水冷壁管的受热面会存在一层氧化膜，而氯化氢会对这层氧化膜进行破坏，从而发生反应产生氯化亚铁，氯化亚铁在经过后续反应之后会挥发，在挥发的过程中，水冷壁管当中的金属基体层就会被暴露出来，氯化氢也会对水冷壁管造成腐蚀，从而降低水冷壁管的耐腐蚀性。
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第40卷第3期2009年5月锅 炉 技 术BOIL ER T ECH NO L OGYVol.40,No.3M ay.,2009收稿日期:2006 10 26作者简介:霍平(1968 ),女,副教授,主要从事机械可靠性与表面工程研究。
文章编号: CN31 1508(2009)03 0058 04电厂锅炉水冷壁防护涂层的抗高温腐蚀性能研究霍 平1,王建平2,李 嘉2(1.河北理工大学机械工程学院,河北唐山063009; 2.中国北方发动机研究所动力中心,河北廊坊065000)关键词: 锅炉;涂层;高温腐蚀;孔隙率摘 要: 根据火电厂锅炉的运行工况,采用高温涂盐试验对高速电弧喷涂技术制备的F eCr A l 涂层和高镍铬合金涂层进行耐高温腐蚀性能试验,并通过金相显微镜、扫描电镜、X 射线衍射、能谱分析等手段对涂层在熔盐环境下腐蚀前、后的性能和腐蚀机理进行研究。
结果表明,FeCrA l 和高镍铬合金涂层均具有良好的抗高温腐蚀性能,非常适合于做火电厂锅炉水冷壁防护涂层。
中图分类号: T G 405 文献标识码: B0 前言我国的火力发电通常以煤作为主要燃料,但由于低品质的动力用煤中硫含量过高,造成火电厂锅炉 四管 受热面产生高温腐蚀、磨损,甚至锅炉管爆漏事故,导致火电厂被迫停机。
如此不仅影响电厂的生产安全,还可能造成巨大的经济损失。
目前水冷壁热腐蚀爆管在我国比较普遍[1],国外在上世纪七十年代就已开始将热喷涂技术应用于锅炉管道防腐,到九十年代,其技术已趋成熟且应用较为广泛[2-3]。
国内[4]近几年也有不少人从事了这方面的研究应用,并取得了一定成果。
本文对经高速电弧喷涂的FeCrA l 涂层抗高温熔盐腐蚀性能及腐蚀机理进行了试验研究,并与国产高镍铬合金涂层的抗高温熔盐腐蚀性能进行了比较,经试验研究表明,FeCrAl 和高镍铬合金涂层均具有良好的抗高温腐蚀性能,非常适合于做火电厂锅炉水冷壁防护涂层。
1 实验方法采用高速电弧喷涂技术制备涂层,喷涂设备为DZ ARC 400型H ig h Jet 电弧喷涂系统。
所有试样在喷涂前需经喷砂处理,选用棕刚玉22号,喷砂角度90!。
基体为20钢,分别制备高镍铬合金(N iCr)涂层和FeCrA l 涂层。
选用Philips XL30型扫描电子显微镜(SEM )观察涂层横截面显微组织形貌;Ox for d Energy 4.0型能谱仪(EDS )分析涂层横截面化学成分;OlympusPM G3金相显微镜和图像分析仪测量涂层的孔隙率。
按照GB3365-82采用带网格的镜头拍照涂层视场的金相照片,通过计算气孔所占格数得到孔隙所占面积的比例。
在NiCr 涂层和FeCrAl 涂层的高温涂盐腐蚀试验中,试样基体尺寸为50∀50∀3m m,工作涂层厚度为0.35~0.40m m,粘结底层NiAl 层的厚度约0.5m m 。
20钢作为对比材料,其试样尺寸与喷涂试样基体尺寸一致。
将重量比为8#5的Na 2SO 4+K 2SO 4饱和盐水刷涂于试样涂层表面,刷涂盐膜量达5~8m g/cm 2,盐层的组成是依据国内二十几家电厂煤粉成分分析,取其中K 2O 和Na 2O 平均值的摩尔比确定的,与锅炉管道工作环境所沉积盐相类似。
试验所用的加热炉为箱式电炉。
试验温度650∃%5∃。
通常情况下,水冷壁管外温度约为500∃,但考虑到管内壁氧化形成Fe 3O 4将降低水冷壁的热效率,引起管外壁升温。
另外,复合硫酸盐对奥氏体合金的腐蚀温度在552∃~704∃之间,在650∃附近达到最大,因此以650∃为实验温度,增加涂层耐腐蚀实验的可靠性。
本实验不考虑还原性气体对涂层的腐蚀。
总的腐蚀时间为120h 。
热腐蚀试验过程为:喷砂&喷涂&清洗烘干&称重&敷盐&腐蚀&清洗并烘干&称重。
用TG3284A 型光电分析天平测量试样的增重,精确度为0.1mg,Philips X Pert M PD 型X 射线衍射仪用以分第3期霍平,等:电厂锅炉水冷壁防护涂层的抗高温腐蚀性能研究析涂层的相组成及涂层表面腐蚀产物的研究。
2 试验结果及分析2.1涂层微观结构图1为FeCrA l 涂层和NiCr 涂层横截面的显微组织形貌,表现为典型的层状结构特征,涂层组织致密,无粗大孔隙。
在涂层中可以清楚地看到层状颗粒的形态,扁平颗粒之间有很薄的氧化物膜和少量孔隙,FeCrA l 涂层熔融物面积大,形成的沉积层连续、规则,而NiCr 沉积层细碎。
图2为涂层横截面能谱分析结果。
2.2涂层的孔隙率涂层中存在气孔和氧化物夹渣是热喷涂层特性之一。
在腐蚀介质中,孔隙率是影响涂层耐腐蚀性的重要指标。
测量结果为FeCrA l 涂层1.842%,N iCr 涂层1.804%,比普通电弧喷涂层(10%~15%)[5]低的多,已经能与等离子喷涂层(1%~10%)[5]相媲美。
图3为FeCrA l 涂层和NiCr 涂层一个视场的金相照片,涂层深黑色无规则状物为气孔或氧化物,在这里都按孔隙计算,FeCrAl 涂层的孔隙率为1.66%,NiCr 涂层的孔隙率为1.52%。
图3 FeCr Al 涂层和N iCr 涂层孔隙率金相照片59锅 炉 技 术 第40卷2.2涂层抗高温腐蚀性能高温腐蚀试验中,分别测量了FeCrAl 涂层、NiCr 涂层和20钢650∃下的耐腐蚀性,腐蚀动力学曲线如图4所示。
可以看出,3组试样均随腐蚀时间的增加腐蚀增重逐渐增大,其中,Fe CrA l 涂层和NiCr 涂层的耐腐蚀性能明显优于20钢,而NiCr 涂层的耐腐蚀性能优于FeCrA l 涂层。
试验30h 后20钢出现严重的层状剥落,可以观察到20钢基体按照腐蚀深浅程度的不同呈现层状变化,出现松脆现象。
腐蚀产物为红色和黑色,经X 射线衍射分析,红色产物为Fe 2O 3,黑色产物为Fe 2O 3、Fe 3O 4和Fe 。
对于FeCrA l 涂层和NiCr 涂层,开始时腐蚀增重较快,动力学曲线呈抛物线。
约40h 后其增重速度逐渐减慢,其动力学曲线变得比较平缓,腐蚀速度明显降低。
这说明FeCrA l 涂层和高铬镍合金涂层具有良好的抗高温硫酸盐腐蚀性能。
图4 20钢、F eCr A l 涂层、N iCr 涂层650∃下腐蚀动力学曲线对于FeCrAl 涂层和NiCr 涂层,腐蚀前后相比,涂层颗粒较为细碎,涂层中黑色部分增多。
根据涂层表面腐蚀前后的X 射线衍射分析结果(图5和图6),NiCr 涂层原始涂层表面物相为镍基固溶体、Cr 2O 3和NiCr 2O 4([图5(a)],腐蚀后涂层表面生成了FeCrAl 涂层、Ni 和Cr 的氧化物以及具有尖晶石结构的镍铬氧化物,包括NiCr 2O 4、NiO 、Cr 2O 3等相[图5(b)]。
另外在衍射谱中还反映出金属Ni,这说明涂层表面的氧化层厚度较小,X 射线可以穿透氧化层,进而反映出涂层内部未氧化部分的相组成。
FeCrAl 原始涂层相为铁基固溶体和少量Fe 2O 3[图6(a)],腐蚀后涂层相为铁基固溶体和疏松的Fe 2O 3[图6(b)],在图谱中还观察到AlFe 的衍射峰,表明涂层表面Fe 2O 3氧化层疏松或厚度较小,X 射线可以穿透氧化层,所以能反映出AlFe 铁基固溶体。
结合SEM 及能谱分析结果,认为NiCr 涂层由于铬的优化氧化,形成Cr 2O 3或尖晶石型氧化物,阻挡液相溶体腐蚀介质进入涂层基体,使热腐蚀难以发展。
涂层含铬量越高,优先氧化形成的氧化膜越致密、完整,涂层抗腐蚀性能越好。
FeCrAl 涂层则发生了低温热腐蚀,表面形成了Na 2SO 4+Na 2O 的低熔点共晶溶体,使在氧离子活度高的氧化物/熔体一侧的Fe 2O 3溶解,然后又在溶体/气体界面上沉积出来,形成疏松的Fe 2O 3,发生较严重的热腐蚀,使涂层防腐蚀性能相对NiCr 涂层要差一些,但比20钢要好得多。
FeCrAl 涂层具有抗硫酸盐腐蚀的主要原因是Cr 元素,其化学性质较Fe 活泼,与氧形成Cr 2O 3钝化膜,具有致密的结构,从而具有良好的抗硫腐蚀能力。
图5 N iCr 涂层表面腐蚀前、后的X 射线衍射图谱60第3期霍平,等:电厂锅炉水冷壁防护涂层的抗高温腐蚀性能研究图6 FeCr Al 涂层表面腐蚀前、后的X 射线衍射图谱3 结 论(1)高速电弧喷涂层的显微组织致密,孔隙率远比普通电弧喷涂层低,甚至可与等离子喷涂层相媲美,提高了涂层抗腐蚀性能。
(2)FeCrAl 涂层的抗腐蚀性能比NiCr 涂层稍差一些,但比20钢好得多,是一种经济有效的火电厂锅炉管防护涂层。
(3)高速电弧喷涂NiCr 层具有优良的抗高温腐蚀性能是由于铬的优先氧化,形成Cr 2O 3或尖晶石型氧化物,阻碍液相熔体腐蚀介质进入涂层基体,将热腐蚀限制在平面内发展,难以向涂层纵深发展。
而FeCrAl 涂层由于在涂层表面形成较疏松的Fe 2O 3,故热腐蚀较N iCr 层要严重一些。
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