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Ni-Cr系列热喷涂材料电极电位对比研究

时间:2017-07-26 16:49:04  来源:热加工工艺  作者:刘晓明,闫侯霞

    火电站受热面管道的腐蚀问题是一个影响火电站安全稳定运行的技术和经济难题。传统的治理方法包括减少烟气流量,改变煤质,安装防护瓦,改变管道材质,对管道表面采用化学热处理,涂刷耐磨材料等。从保证锅炉热效率及经济环保角度出发,热喷涂技术在锅炉受热面管道的防腐蚀治理方面表现更为突出。

    热喷涂是将熔融状态的喷涂材料,通过高速气流使其雾化喷射在零件表面上,形成喷涂层的一种金属表面加工方法。根据喷涂热源,热喷涂分为火焰喷涂、电弧喷涂与等离子喷涂等。

         Ni-Cr系列涂层是火电站受热面管道治理最常用的系列涂层。Ni元素及Cr元素的加入对涂层的抗腐蚀性能可起到提高作用。具有代表性的涂层有以下三种:一是具有抗磨损优良、耐腐蚀性能好的NiCr-Cr3C2涂层;二是具有结合强度高、耐腐蚀性能好的Ni60B涂层;三是价格相对低廉、耐腐蚀性能较好的0Cr19Ni9涂层。

    针对上述涂层,研究人员就各种材料的抗腐蚀问题作了大量研究工作。为了从电化学的角度出发,更好地研究三种Ni-Cr涂层的高温腐蚀机理。对NiCr-Cr3C2Ni60B0Cr19Ni9这三种包含Ni-Cr1试验材料及方法

1  实验材料与试验方法

1.1  试验材料

    基体材料选择制造火电站水冷壁的常用材料20g钢。NiCr-Cr3C2Ni60BCr19Ni9喷涂材料的成分见表1

1.2  试验方法

    喷涂设备选用CP-5000高速火焰喷涂系统。将20g钢试样加工成尺寸为准25mm×5mm,首先进行表面喷砂处理,之后在基体上进行高速火焰喷涂。喷涂参数为:氧气压力0.8MPa,乙炔压力1.1MPa,空气压力0.4MPa,喷涂距离300mm,涂层厚度约为1.0mm

采用喷涂试样与饱和甘汞电极在喷涂材料的电解质溶液中组成电池,利用补偿法测量电池的电动势,进而计算出各喷涂材料的电极电位。

    在室温(18.2℃)的情况下,取定量喷涂材料,完全溶解后配置成溶液,加一定量的蒸馏水,过滤到250ml容量瓶中,定容。将每种喷涂材料定容后的溶液定为该喷涂材料的1#溶液。然后取1#溶液25ml,稀释至100ml从而得到2#溶液。取2#溶液25ml,稀释至100ml从而得到3#溶液。最终,得到各喷涂材料5种不同浓度的溶液分别对每种喷涂材料的5组不同浓度的电解液。用喷涂试样与饱和甘汞电极组成电池,利用补偿法测其电池电动势。用饱和甘汞电极的电位减去电池的电动势,即得到材料在相应温度和浓度下的电极电位。利用能斯特方程式计算出各喷涂材料的标准电极电位。

2  试验结果及分析

2.1  电极电位测试结果

    各喷涂材料与饱和甘汞电极所组成的电池电动势的测量结果如表2所示。在被测电池中,饱和甘汞电极作为正极。则各喷涂材料在不同离子浓度情况下的电极电位φ-=0.24592-E计算喷涂材料的电极电位并根据计算结果所绘制的喷涂材料离子浓度与电极电位的关系曲线,见图1

    可绘制出650℃时各喷涂材料和基体的电极电位随电解质中离子浓度的变化曲线,如图2所示。可看出,在650℃时,NiCr-Cr3C2Ni60B的电极电位在01mol/L的情况下都高于基体(Fe)的电极电位。0Cr19Ni9在电解质中离子浓度较低的情况下低于基体的电位,当浓度较高时,0Cr19Ni9的电极电位也会高于基体(Fe)的电极电位。经计算,650℃时0Cr19Ni9与基体电极电位相等时的浓度为0.32988mol/L。当电解质浓度高于0.3299mol/L时,所有喷涂材料的电极电位都高于基体材料的电极电位。650􀀀离子浓度相同时,Ni-Cr系列热喷涂材料电极电位由高到低分别为Ni60BNi-Cr/Cr3C20Cr19Ni9。另外,650离子浓度相同时,Ni60BNi-Cr/Cr3C2的电极电位始终高于20g钢。0Cr19Ni9的电极电位与20g钢相近:当0Cr19Ni9离子浓度低于0.3299mol/L时,其电极电位略低于20g钢,当离子浓度高于0.3299mol/L时,其电极电位高于20g钢。

 

3  结论

   (1)通过5种喷涂材料分别与饱和甘汞电极组成电池并对电池的电动势进行测量,经过一系列计算,确定NiCr-Cr3C2Ni60B0Cr19Ni9的标准电极电位分别为:φ0NiCr-Cr3C2=-0.26938V,φ0Ni60B=-0.05578V,φ00Cr19Ni9=-0.36908V

   (2650离子浓度相同时,Ni-Cr系列热喷涂材料电极电位由高到低分别为Ni60BNi-Cr/Cr3C20Cr19Ni9

   (3650℃离子浓度相同时,Ni60BNi-Cr/Cr3C2的电极电位始终高于20g钢;0Cr19Ni9的电极电位与20g钢相近:当0Cr19Ni9离子浓度低于0.3299mol/L时,其电极电位略低于20g钢,当离子浓度高于0.3299mol/L时,其电极电位高于20g钢。

 

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