两种热喷涂层的耐高温腐蚀性能研究
罗 宏 邹锡均
大型铸锻件
20世纪60年代,美、英等国就尝试采用热喷涂方法对锅炉管道进行防护,并研制了一系列适合不同类型的耐高温冲蚀、耐热腐蚀的热喷涂防护涂层[1]。开发出了一系列锅炉用耐高温磨蚀涂层,其中针对煤粉锅炉高温腐蚀防护而设计的耐热腐蚀涂层的发展较为成熟,具有代表性的有45CT涂层和FeCrAl涂层。45CT涂层是美国TA-FA公司开发的,从1984年7月起到1986年9月共在世界各地30多台锅炉的“四管”上喷涂约1 200 m2,是国际上公认的锅炉管道高温含硫气氛中的高温腐蚀防护涂层[2]。45CT(Ni-43Cr-1Ti)的铬含量非常高,涂层中能形成致密的Cr2O3膜,提高了涂层抗高温氧化和腐蚀的性能,而C含量少,涂层中高硬度的碳化物含量低,致使涂层硬度不高,耐冲蚀磨损的性能不好。
生物质燃料中含有较高的氯化物和多种硫酸盐,燃烧后具有很强的腐蚀性,受热面涂层材料仅有耐磨损或耐腐蚀的性能是不够的,它必须能够同时抵抗高温环境带来的各种不利因素。镍铬合金涂层具有良好的高温耐磨损腐蚀性能,是理想的生物质锅炉用涂层材料。我们初步研究了45CT和另一种镍铬合金涂层的耐高温腐蚀性能,探索用20G喷涂镍铬合金替代不锈钢制造生物质锅炉过热器的可行性。
摘要:用金相显微镜观测了CT45和A合金两种热喷涂层的微观组织和涂层厚度,用失重法测量了两种涂层在700℃时的耐高温氧化性和在模拟介质条件下的耐高温腐蚀性能。结果表明:两种涂层均与基体结合良好,涂层厚度为35μm; 700℃时,CT45涂层的耐高温性能好于A合金涂层;在模拟的多相混合物腐蚀环境中,A合金涂层的耐高温腐蚀能力要好于CT45涂层。
关键词:锅炉管道;热喷涂http://www.sunspraying.com/kepuyuandi/repentu/20120914/1347588345484.html;耐高温腐蚀;CT45合金
1 试验材料与方法
试验材料选用20G,其化学成分(质量分数,% )为:C≤0. 24, Si 0. 15~3. 00,Mn 0. 35~0. 65,P≤0. 035, S≤0. 035。CT45涂层材料的成分(质量分数,% )是:Cr: 43,T:i 4,Fe: 0. 1,其余为Ni。另一种镍铬合金A为CT45的改进型,具体成分未提供。
采用热喷涂粉末火焰喷涂法分别在20G上喷涂两种镍铬合金。将试样磨光、抛光后用(3~5)%的硝酸酒精溶液腐蚀,用金相显微镜观察,取试样上不同位置的5个点的平均值作为涂层厚度[3]。在SX-4-10型箱式电阻炉中加热,分别测定20G喷涂两种镍铬合金后在700℃的高温氧化曲线。试样表面沉积HCl-H2O-NaCl-KCl-NaOH-Na2SO4-K2SO4多相混合物(模拟生物质燃料),各成分(质量分数,% )为:HC:l 14. 1,NaC:l 1. 3,KC:l3.7,NaOH: 4. 2, KOH: 4. 4, Na2SO4: 21. 7, K2SO4:50.6。在700℃加热48h,用电子天平称量(测量精度为0. 1 mg)称重,采用失重法计算腐蚀速率。
2 试验结果与分析
2. 1 喷涂层形貌观察及厚度测量
两种喷涂层的金相组织见图1。可以看到两种涂层与基体的结合良好,涂层中没有孔洞、裂纹、夹杂物等微观缺陷,喷涂质量良好。两种喷涂层的厚度都比较均匀,为35μm左右.
2. 2 高温氧化结果分析
两种喷涂层的高温氧化试验结果见图2。可以看出两种涂层的增重量速度随着时间的增加而降低,这表明随着时间的增加涂层的耐高温能力先是增长较快,然后又开始下降,最后趋于平稳,复合高温氧化的一般规律。比较两种涂层, CT45的耐高温氧化高于A合金涂层,从耐高温氧化性能来说,宜选择CT45作为20G的涂层。
2. 3 多相混合中的腐蚀速率
用失重法计算, CT45涂层的腐蚀速度为0. 263 8 g/m2h,A合金涂层的腐蚀速度为0. 039 6g/m2h,说明在模拟的多相混合物腐蚀环境中,A合金涂层的腐蚀速度远小于CT45涂层,选择A合金作为20G的涂层比较适宜。
3 实际应用讨论
目前国内外生物质燃料锅炉过热器一般都采用TP347H、SUS316等奥氏体不锈钢制造,都存在严重的腐蚀问题,服役时间较短。这主要是在含有氯离子及多种硫酸盐和较多水分的环境中,热腐蚀和氯离子相互作用使不锈钢的腐蚀较快。采用普通碳钢表面喷涂镍铬合金缓解腐蚀是一种较好的方法。从本试验结果来看,A合金喷涂层在模拟多相混合物腐蚀环境中具有较好的耐蚀性,腐蚀速度也小于TP347H、SUS316等奥氏体不锈钢。从成本的角度来看,采用20G喷涂A合金的成本略高于不锈钢。同时,由于热喷涂层与基体的结合强度不高、致密度不大和喷涂工艺较复杂等原因,使广泛采用热喷涂工艺存在一定难度。相信随着热喷涂技术的不断发展,将会在制造生物质燃料锅炉部件中得到推广应用。
4 结论
(1)两种涂层均与基体形成了良好的冶金结合,涂层厚度为35μm。
(2)700℃时, CT45涂层的耐高温性能好于A合金涂层;在模拟的多相混合物腐蚀环境中,A合金涂层的耐高温腐蚀能力要好于CT45涂层。
参考文献略
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