20G钢管表面激光熔覆非晶...合涂层的耐腐蚀性能试验研究_王义厢.pdf
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1、文章编号:():钢管表面激光熔覆非晶合金 复合涂层的耐腐蚀性能试验研究 收稿日期:王义厢,张长东,公 磊 (华电电力科学研究院有限公司,浙江 杭州)摘 要:利用激光熔覆技术在 钢表面熔覆合金涂层,分析了激光熔覆层的微观组织,利用高温腐蚀试验和烟气模拟腐蚀试验测试激光熔覆层的耐腐蚀性能。结果表明:细小晶粒与有较高韧性的非晶相夹杂并弥散于金属间化合物的复合组织具有良好的抗高温腐蚀、抗烟气腐蚀性能,可应用于垃圾焚烧锅炉受热面,改善其表面的耐腐蚀性能。关键词:钢管;激光熔覆;非晶;复合涂层;高温腐蚀;烟气腐蚀中图分类号:;文献标识码:第一作者:王义厢(),男,工学硕士,工程师,主要从事电站锅炉检验检测
2、及承压部件失效分析的研究。,(,):,:;前言城市生活垃圾焚烧发电目前已被公认为是城市生活垃圾资源化、减量化和无害化处理的最有效方式之一。截至 年,我国建成投入使用的垃圾焚烧厂已有近 座。目前在用的垃圾焚烧发电锅炉大多为中温中压参数锅炉,水冷壁管材大多选用 材质,过热器管主要是铬镍不锈钢。由于锅炉燃料为成分复杂、腐蚀性物质较多的生活垃圾,导致垃圾焚烧锅炉主要受热面烟气侧腐蚀十分严重,降低了锅炉的安全运行时间。针对这一问题,国内外进行了大量的研究,研究结论表明,氯、硫、碱金属以及重金属等元素的存在是受热面腐蚀的主要原因。采用先进焊接堆焊技术和热喷涂技术在受热面管表面易腐蚀区域喷涂防腐、防磨性能较
3、好的金属粉末,形成防腐涂层,可以延长受热面管使用寿命,但成本较高。非晶合金具有长程无序、短程有序的结构特征,和传统晶态合金材料相比,具有更好的耐磨性和耐腐蚀性。铁基非晶涂层具有高硬度、高耐磨性和高耐腐蚀等优异性能的同时兼具低成本,在电厂、矿山机械、海洋工程及石化等有耐腐蚀需求的领域均具有广阔的应用前景。目前制备铁基非晶涂层 钢管表面激光熔覆非晶合金复合涂层的耐腐蚀性能试验研究的方法主要有等离子喷涂、超音速火焰喷涂和激光熔覆等方法。等离子喷涂方法形成的涂层结合强度好、结构致密、非晶程度高,但成本相对较高;超音速火焰喷涂制得的涂层综合性能良好,但可能会出现孔隙缺陷,直接影响了涂层的使用寿命;激光熔
4、覆工艺具有快熔快冷的特点,制得非晶化涂层与基体紧密结合,且成本降低。本文就激光熔覆制得的非晶涂层,分析了激光熔覆涂层的微观组织,利用高温腐蚀试验和烟气模拟试验测试激光熔覆层的耐腐蚀性能。实验材料和方法 实验材料激光熔覆实验基体材料为()钢管,熔覆材料选用铁基合金粉末(化学成分主要为:、)。基体材料表面粉末预置,厚度约为 ,利用大型工业用 激光器进行宽带熔覆。熔覆时连续 激光功率 ,光斑尺寸(),焦距 ,扫描速度 ,所形成的熔覆层厚度为 。目前垃圾焚烧锅炉水冷壁管采用 焊接技术堆焊 合金进行防护,该方法使得较多的 混入堆焊层而降低其性能。由堆焊层取试样及基体材料选取试样,作为高温腐蚀试验和烟气腐
5、蚀试验的对比试样。检测方法使用金相切割机加工试样,对其打磨抛光。用腐蚀液对试样进行腐蚀,使用 型金相显微镜观测其显微组织。距涂层表面 处利用分析型透射电子显微镜对激光熔覆涂层进行微观组织结构特征观察。高温腐蚀试验采用涂盐法,试样置于电阻炉中进行。试验前将 +的饱和溶液涂覆在试样表面然后烘干,重复使试样表面盐膜的沉积量达到 ,试验温度分别为 、,每个温度节点时长为 ,然后用精度为 的分析天平进行称重,采用腐蚀增重法评价材料的抗高温腐蚀性能。完成试验后,将试样表面的残余盐膜清洗干净并烘干,用型号为 扫描电子显微镜()观察涂层腐蚀形貌。烟气腐蚀试验模拟了生活垃圾焚烧锅炉的烟气腐蚀环境,相比垃圾焚烧锅
6、炉实际运行环境,试验存在局限性。实验流程为:试样放置在管式加热炉中,使用、和 的混合气体模拟烟气成分,通过质量流量计控制气体组分,使用电加热器对流经管道的气体进行加热,温度误差,时间间隔 ,用精度为 的分析天平进行称重,采用质量减少量评价抗烟气腐蚀性能。试验中用到的气体与中温中压垃圾焚烧锅炉烟气成分相似,各气体的流量设置如表 所示,流经试样后的混合气体经处理后排入大气。表 气体流量设置质量分数()()()()()余量 实验结果及分析 激光熔覆层微观组织图 为涂层横截面宏观形貌,由上而下顺序依次 基材 结合区 熔覆层。初步可以看出涂层组织均匀,结合区及熔覆层没有裂纹和孔洞等宏观缺陷。由图 可以看
7、出激光熔覆涂层微观组织均匀致密,晶粒细小,呈树枝状,白亮点弥散分布于微观组织中。图 涂层宏观形貌图 熔覆层中部显微组织 微观组织结构特征分析由图 电子衍射图谱可见,一系列多晶衍射斑 钢管表面激光熔覆非晶合金复合涂层的耐腐蚀性能试验研究点分布在漫散射环上,表征非晶的漫散晕环可知涂层中含有无组织特征的非晶相,多晶衍射斑点比较弥散,确定为 固溶体相。由图 射线衍射图谱,可见在图中出现了表征非晶态的漫射包,说明在涂层中有非晶相的存在,同时如图 所示合金涂层能谱分析的元素分布,可以看出涂层中除了基体相、非晶相,还包含金属间化合物、等,涂层组织中金属间化合物其形状、大小各异,细小晶粒与非晶相相间并分布于金
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