循環(huán)流化床鍋爐用耐磨蝕涂層材料的研究.pdf

1、循環(huán)流化床鍋爐具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高，能有效燃燒包括劣質(zhì)煤和固體垃圾在內(nèi)的許多低熱值燃料、脫硫率高、碳化物排放量低、負(fù)荷調(diào)節(jié)比大等突出優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電力、石油、化工以及垃圾處理等領(lǐng)域。但是受其特殊的燃燒方式的影響，鍋爐受熱面管的高溫磨損和腐蝕嚴(yán)重，由此引起的停爐維修給工業(yè)生產(chǎn)造成了較大的損失。針對(duì)這一現(xiàn)狀，本課題詳細(xì)研究了循環(huán)流化床鍋爐的腐蝕與磨損機(jī)理，選用成本低、性能可靠、來源廣泛的原材料，成功開發(fā)出以提高鍋爐耐磨性為主的鐵

2、基Cr3C2粉芯絲材和以提高鍋爐耐蝕性為主的FeCr復(fù)合粉芯絲材，探索了該類材料高速電弧噴涂工藝，并運(yùn)用掃描電鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)、電子探針、透射電子顯微鏡(TEM)等現(xiàn)代分析手段研究了涂層的微觀組織、相結(jié)構(gòu)，測(cè)試了涂層結(jié)合強(qiáng)度、硬度、熱震性等力學(xué)性能，對(duì)所開發(fā)材料的噴涂工藝性及涂層的耐磨、耐蝕、導(dǎo)熱等性能作了全面的分析和研究。
　　設(shè)計(jì)出鐵基Cr3C2型復(fù)合粉芯絲材，采用高速電弧噴涂工藝成功制備出了組織致密、結(jié)合

3、性能良好的涂層。涂層/基體結(jié)合強(qiáng)度平均35Mpa以上，表現(xiàn)出來了良好的噴涂工藝性。涂層中高熔點(diǎn)、低導(dǎo)電性Cr3C2相的含量增大，涂層結(jié)合強(qiáng)度呈規(guī)律性降低，表明陶瓷相對(duì)粉芯絲材的噴涂工藝性有重要的影響。由于在CrCB涂層中加入了少量稀土元素和鋁粉，提高了熔化粒子的流動(dòng)性并降低了表面張力，提高了粒子與基體及粒子間的相互浸潤(rùn)，有利于提高涂層的結(jié)合性能，該涂層的結(jié)合強(qiáng)度達(dá)到了41.6Mpa。在高溫熔射及沉積過程中，涂層中形成了α-Fe（鐵基固溶

4、體）、(Fe，Cr)23C6、(Fe，Cr)7C3和少量Cr、Fe氧化物如FeCr2O4等相，在粉芯材料中加入一定比例的硼鐵粉后，進(jìn)一步形成了紅硬性好的Fe2B、Fe3B等硼化物相。這些硬質(zhì)陶瓷相均勻分布于鐵基固溶體中，顯著提高了涂層的高溫耐磨抗沖蝕性能。在磨粒磨損條件下，陶瓷相含量增多，涂層平均硬度增大，耐磨性能更加優(yōu)異。與鍋爐用鋼(20g)相比，CrCB涂層耐磨性能相當(dāng)于20g的16倍左右，CrC4涂層相當(dāng)于20g的10倍左右。在高

5、溫沖蝕磨損試驗(yàn)條件下，含(Fe，Cr)7C3、(Fe，Cr)23C6、Fe2B、Fe3B等硬質(zhì)相的各鐵基耐磨涂層在40度攻角下沖蝕磨損率最大，具有明顯的塑性沖蝕特征。其中CrC3涂層陶瓷相含量適中，結(jié)合強(qiáng)度和抗熱震性好，在650℃下表現(xiàn)出優(yōu)異的抗高溫沖蝕性能，是適用于循環(huán)流化床鍋爐受熱面管表面防護(hù)的理想涂層材料。
　　成功開發(fā)出以Fe、Cr為主要合金元素的耐磨蝕復(fù)合涂層材料，采用高速電弧噴涂技術(shù)制備涂層，生成了以α-Fe，F(xiàn)eCr

6、，Cr2O3， FeO·Cr2O3為主的多相復(fù)合結(jié)構(gòu)。特別是涂層中形成了大量FeCr合金相，高溫下借助于Cr的優(yōu)先氧化及Fe和Cr氧化物反應(yīng)生成尖晶石結(jié)構(gòu)的FeO·Cr2O3，大大提高了涂層的高溫耐蝕性。在(Na2SO4+K2SO4)鹽膜作用下，鉻元素選擇性氧化，生成連續(xù)致密的Cr2O3保護(hù)膜和FeO·Cr2O3尖晶石結(jié)構(gòu)膜層，阻礙腐蝕介質(zhì)向涂層內(nèi)的進(jìn)一步侵入，耐蝕性能顯著優(yōu)于商用Ni70Cr30涂層。
　　詳細(xì)研究了工作溫度、涂