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高速电弧喷涂FeCrAl涂层和NiCr涂层组织及性能研究

徐连勇  
【摘要】:采用高速电弧喷涂技术(HVAS),在结构材料上喷涂FeCrAl涂层和NiCr涂层,使其具有优异的高温耐蚀性能和良好的耐磨性能,可以应用于火电厂锅炉水冷壁的高温防腐防磨领域,应用前景广阔。本文采用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、光学显微镜等现代分析手段研究了高速电弧喷涂FeCrAl层和NiCr层的微观结构,通过一系列实验研究了涂层的结合强度、抗高温腐蚀性能、耐磨损性能、抗热震性能、孔隙率,并研究了涂层的力学性能如涂层的弹性模量。这些研究成果为这种高速电弧喷涂层的大规模工业应用奠定了理论基础。本研究获得的主要成果如下: 采用SEM和XRD分析了高速电弧喷涂FeCrAl涂层和NiCr涂层的微观结构。涂层的显微组织呈典型的层状结构特征,涂层组织致密,无粗大孔隙,在扁平颗粒之间有很薄的氧化物膜和少量气孔。FeCrAl涂层的主要相是铁基固溶体和少量Fe2O3;NiCr涂层的主要相是镍基固溶体、Cr2O3和NiCr2O4。 研究了高速电弧喷涂FeCrAl层的结合强度,提出FeCrAl涂层与NiAl粘结底层之间的结合强度大于底层与基体间的结合强度,并且还提出在对基体表面进行了喷砂处理后,可以不用预制NiAl底层,这样对FeCrAl涂层结合强度影响很小。 对高速电弧喷涂FeCrAl层和NiCr层的抗高温腐蚀性能进行了研究,并采用XRD、SEM等手段对涂层的腐蚀机理进行了深入研究,并研究了FeCrAl层和NiCr层的孔隙率。研究表明NiCr涂层的抗高温腐蚀性能最好,FeCrAl涂层次之,但比20#钢的耐腐蚀性能要好的多。研究认为NiCr涂层中优先形成Cr2O3或尖晶石型氧化物是其具有优异的抗高温腐蚀性能的主要原因,FeCrAl涂层低温热腐蚀形成疏松的Fe2O3是其抗腐蚀性能稍差的主要原因。另外,涂层的孔隙率也是不可忽视的一方面原因。NiCr涂层和FeCrAl涂层孔隙率明显比普通电弧喷涂层降低,几乎可以和等离子喷涂层相媲美。NiCr涂层的孔隙率稍低于FeCrAl涂层。 对高速电弧喷涂FeCrAl层和NiCr层的抗热震性能进行了研究,提出涂层和基体的热物理性能的差异导致在冷热循环中涂层内部产生较大的热应力,从而导致了涂层从基体上脱落。 对高速电弧喷涂FeCrAl层的耐磨损性能进行了研究,表明FeCrAl涂层耐磨性能远远好于20g钢,并提出油磨条件下FeCrAl涂层的磨损机制为涂层颗粒的剥离磨损和磨料磨损。 对高速电弧喷涂FeCrAl层和NiCr层的力学性能进行了深入研究。提出由于 WP=3 涂层中不可避免存在气孔等缺陷,这些缺陷导致涂层的实际体积(无缺陷时)小于宏观上看到的涂层的体积,涂层的弹性模量远远小于制备涂层所用的丝材的弹性模量。涂层的孔隙率越高,弹性模量越低。 高速电弧喷涂FeCrAl金属丝材和NiCr丝材是一种优质、高效、低成本的耐高温涂层制备技术,在火电厂锅炉水冷壁管道高温防腐耐磨领域具有很大的应用潜力。


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