收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高速电弧喷涂FeMnCrAl/碳化物系涂层组织与性能及其机理研究

罗来马  
【摘要】:国内外火力发电厂燃煤锅炉管道(水冷壁、过热器、再热器、省煤器管)存在严重冲蚀磨损、腐蚀现象以及由此造成的重大经济损失的现实问题。因此,针对燃煤锅炉管道的冲蚀磨损和腐蚀问题,立项研究并解决燃煤电厂锅炉管道表面的高温腐蚀和冲蚀磨损问题对于提高燃煤锅炉的发电能力,降低运行成本都有着非常重要的现实意义。本论文研究采用高速电弧喷涂粉芯丝材技术,选取低碳钢带作为表皮材料,选取适量配比的Mn粉、Cr粉、Al粉、Cr3C2粉、Ni包覆WC粉和Ni包覆Cr3C2粉等作为芯粉,成功制备了用于锅炉管道表面防护的低成本FeMnCrAl/碳化物系涂层。本文从影响冲蚀和热腐蚀的关键因素—材料出发,研制具有良好性价比的燃煤锅炉管道用新型电弧喷涂新材料,是一个节能防护课题,具有很大的实际应用价值和重要的学术意义。 本论文首先采用高速电弧喷涂技术成功制备了FeMnCr/Cr3C2涂层、FeMnCrAl/Cr3C2涂层和FeMnCrAl/Cr3C2-Ni9Al涂层。涂层呈典型的层状显微组织结构,由金属结晶相、氧化物相、未熔颗粒和孔隙组成。与FeMnCr/Cr3C2涂层相比,FeMnCrAl/Cr3C2涂层和FeMnCrAl/Cr3C2-Ni9Al涂层具有明显较少的未熔颗粒、氧化物含量和孔隙,组织致密度更高,涂层与基体的界面结合状况更好。 本论文研究了FeMnCr/Cr3C2涂层、FeMnCrAl/Cr3C2涂层和FeMnCrAl/Cr3C2-Ni9Al涂层的显微硬度、结合强度和内聚强度,并对拉伸断口形貌进行电镜分析。研究发现,FeMnCr/Cr3C2涂层和FeMnCrAl/Cr3C2涂层具有较高的显微硬度值,为20钢的2-3倍;FeMnCrAl/Cr3C2涂层和FeMnCrAl/Cr3C2-Ni9Al涂层结合强度较高,高于FeMnCr/Cr3C2涂层;FeMnCrAl/Cr3C2涂层的内聚强度高于其它对比涂层,达到174.5MPa;涂层的拉伸断口具有结晶相的准解理断裂、氧化物相的脆性断裂、“叠层”间分离脱开、未熔颗粒与“叠层”分离甚至被整体拔出等形貌特征。 通过抗热震性能试验发现:与FeMnCr/Cr3C2和FeNiCr/Cr3C2涂层相比,FeMnCrAl/Cr3C2-Ni9Al涂层抗热震性能最好,32次循环后仍然无脱落现象。涂层热震失效过程包括裂纹在氧化物区域和孔隙处的萌生和扩展;涂层中的孔洞会阻碍裂纹扩展,但是,如果孔洞形状不规则,则热震会使裂纹在孔洞的大曲率尖端处激活继续扩展,形成二次裂纹并扩展。裂纹是氧向涂层内扩散的“快速通道”,氧还会沿着孔洞、凝片间隙向内扩散,导致高温氧化在整个涂层中发生。当氧渗入到涂层与基体的结合界面时,造成界面氧化现象,涂层与基体的结合状态恶化,最终导致涂层脱落失效。 本文研究了FeMnCrAl/碳化物系涂层的高温氧化和热腐蚀性能,发现各涂层体系均具有良好的抗氧化性和耐热腐蚀性能,明显优于20钢,其中FeMnCrAl/Cr3C2涂层的抗腐蚀性能最好,约为20钢的1/10。 冲蚀磨损性能试验表明,FeMnCr/Cr3C2涂层和FeMnCrAl/Cr3C2涂层的冲蚀率都明显低于20钢基材,尤以FeMnCrAl/Cr3C2涂层的抗冲蚀磨损性能为最佳。涂层的冲蚀磨损机理为:低冲击角下以犁耕和切削作用为主,伴随着二次冲击的塑性变形和脆性脱落;高冲击角下发生表面材料挤压、脆性裂纹生成和脱落以及过度塑性变形后的疲劳开裂和脱落。 为改善陶瓷粉体在金属基涂层中浸润性和结合状态,本论文创新性地发明对WC和Cr3C2粉末进行化学镀Ni预处理的方法。该方法不需要贵金属敏化活化处理,预处理后的粉体可以保证后期镀Ni效果,镀层均匀。Ni颗粒的形核、长大和聚集的过程为:1)、化学镀溶液中的反应物在具有催化活性的表面缺陷上吸附,发生氧化-还原反应沉积出Ni颗粒。2)、Ni颗粒形核后长大成膜,其长大成膜过程为:Ni核依附“线条状”突起以“线型”方式长大、弯曲、分叉和聚集,而后缠绕成“胞状”结构,犹如生活中“缠毛线团”。“胞状”结构Ni颗粒不断长大聚集,最后成膜。与FeMnCrAl/WC涂层和FeMnCrAl/Cr3C2涂层相比,添加了Ni包覆陶瓷相的涂层结合强度和内聚强度平均值得到提高,其平均显微硬度值与原涂层相当。Ni包覆WC相改善了涂层抗冲蚀磨损性能,涂层的冲蚀机理基本相似。添加Ni包覆WC陶瓷相和Ni包覆Cr3C2陶瓷相的两种涂层的平均显微硬度值与未添加包覆陶瓷相的涂层相当。 FeMnCrAl/碳化物系涂层已经应用于水冷壁和屏过等部分受热面管道高温防腐和防磨中,经过半年多时间运行检测发现,防护效果非常理想,预计该涂层可以使用2年以上。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 赵辉;丁彰雄;;水力机械抗汽蚀表面防护技术的应用现状及展望[J];三峡大学学报(自然科学版);2006年05期
2 韩文礼;浅谈防腐蚀涂料及其施工中存在的问题[J];油气田地面工程;1995年01期
3 唐杰;魏成富;赵导文;林红;徐伟;;4种涂层对NdFeB磁体耐腐蚀性能和磁性能的影响[J];材料保护;2009年05期
4 段方苗;孔祥华;胡守天;权继锋;沈奎;;取向硅钢板坯高温抗氧化涂料[J];北京科技大学学报;2010年05期
5 沈宗全;上管工艺及上管机[J];天然气工业;1994年02期
6 张玉志;张大磊;刘猛;李焰;;电流梯度法检测海底管线外防腐层完整性[J];海洋科学;2009年09期
7 张钧;;浅述舰船涂装涂层复涂间隔质量控制[J];现代涂料与涂装;2010年07期
8 ;锐词[J];职业;2010年22期
9 田保红,徐滨士,马世宁,梁秀兵;高速电弧喷涂不锈钢涂层的旋转回归试验研究[J];焊接学报;2000年02期
10 徐维普,徐滨士,张伟,王维国,杜令忠;高速电弧喷涂Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层的组织与性能[J];金属热处理;2004年05期
11 徐维普,徐滨士,张伟,孟凡军,吴毅雄;高速电弧喷涂Fe-Al/Cr_3C_2复合涂层的组织结构研究[J];中国表面工程;2004年03期
12 孟凡军,徐滨士,朱胜,马世宁,张伟,朱子新;高速电弧喷涂Fe-Al涂层在800℃下的氧化性能[J];中国腐蚀与防护学报;2004年06期
13 张甲英,马世宁,徐滨士,朱绍华;高速电弧喷涂飞行粒子形态及其分布的研究[J];材料保护;2002年08期
14 徐维普,徐滨士,张伟,吴毅雄;高速电弧喷涂Fe-Al/Cr_3C_2涂层高温性能研究[J];材料工程;2004年11期
15 梁秀兵;高速电弧喷涂维修技术[J];工程机械与维修;2001年12期
16 马崇 ,胡青波;采用电弧喷涂提高20号钢表面性能的试验研究[J];华北电力技术;2004年08期
17 徐滨士,马世宁,刘世参,田保红,李诗卓;高速电弧喷涂粒子速度和雾化特性研究[J];机械工程学报;2000年01期
18 胡军志,陈学荣,马世宁,欧忠文;高速电弧喷涂复合材料涂层工艺优化与性能研究[J];表面技术;2003年04期
19 朱子新,徐滨士,马世宁,刘维民,张伟;高速电弧喷涂Fe-Al涂层的高温磨损特性[J];摩擦学学报;2004年02期
20 徐维普,徐滨士,张伟,吴毅雄,刘维民;高速电弧喷涂FeAlCr/Ni包Cr_3C_2复合涂层摩擦学特性[J];中国有色金属学报;2004年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 赵辉;曾志龙;;高速电弧喷涂在船舶艉轴修复中的应用[A];中国造船工程学会2009年优秀学术论文集[C];2010年
2 梁秀兵;徐滨士;马世宁;;高速电弧喷涂技术的雾化特性研究[A];特种加工技术——2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
3 耿希明;董克贤;;阴极保护技术在内河钢闸门防腐中应用探讨[A];中国航海学会船闸专业委员会2008年论文汇编[C];2008年
4 梁秀兵;徐滨士;马世宁;;高速电弧喷涂特性测试与分析[A];第十次全国焊接会议论文集(第1册)[C];2001年
5 马世宁;胡军志;陈学荣;;高速电弧喷涂复合材料涂层工艺优化与性能研究[A];制造业与未来中国——2002年中国机械工程学会年会论文集[C];2002年
6 张秀芝;王福会;严川伟;杜元龙;;含钛粉环氧煤焦沥青涂层保护性的评价[A];2004年腐蚀电化学及测试方法学术交流会论文集[C];2004年
7 徐滨士;张振学;;表面工程及高速电弧喷涂技术的进展[A];'99摩擦学表面工程学术会议论文集[C];1999年
8 徐滨士;;优质、高效、经济的热喷涂技术-高速电弧喷涂技术[A];第九次全国焊接会议论文集(第1册)[C];1999年
9 梁秀兵;徐滨士;马世宁;;高速电弧喷涂层组织结构与性能研究[A];第四届全国表面工程学术交流大会论文集[C];2001年
10 刘燕;陈永雄;白金元;程江波;梁秀兵;;基于高速电弧喷涂的耐磨涂层研究[A];2009年全国青年摩擦学学术会议论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 罗来马;高速电弧喷涂FeMnCrAl/碳化物系涂层组织与性能及其机理研究[D];浙江大学;2010年
2 廖有为;单组份聚氨酯(脲)弹性体涂层研制及其表面保护性能研究[D];机械科学研究总院;2011年
3 张伟;干湿交替环境中有机涂层失效过程的研究[D];中国海洋大学;2010年
4 刘通;阳极氧化预处理铝基体新型涂层的制备及其海洋防腐防污功能的研究[D];中国海洋大学;2011年
5 金国;电热爆炸定向喷涂微纳米晶涂层摩擦学性能及其机理研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
6 付东兴;Zn-Al-Mg-RE涂层与舰船涂料的协同性及其构建的复合涂层的耐蚀机理研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
7 刘杰;模拟深海环境下有机涂层/低合金钢体系失效过程的研究[D];中国海洋大学;2011年
8 王俊一;K4104镍基高温合金渗A1高温防护涂层性能的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 卜恒勇;AZ91D镁基体上冷喷涂Al及Al-Mg_(17)Al_(12)复合涂层的研究[D];上海交通大学;2012年
10 何博;钛合金表面热障涂层的制备与研究[D];上海交通大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 马韶霞;特种涂层在热电锅炉保护中的应用研究[D];山东科技大学;2010年
2 尹英杰;带涂层钢结构的锈蚀特征及其材料力学性能退化规律研究[D];西安建筑科技大学;2011年
3 王雅萍;AZ91D镁合金表面富镁涂层改性研究[D];北京化工大学;2012年
4 周小敏;环氧耐油导静电涂层的失效行为及寿命研究[D];华南理工大学;2010年
5 曹安然;弹簧钢防高温氧化脱碳涂层的制备及性能研究[D];南京航空航天大学;2010年
6 齐剑钊;WC增强Cu基钎涂涂层的绿色技术研究[D];机械科学研究总院;2011年
7 崔宇;SiO_2/环氧界面改性对涂层在NaC1溶液中耐腐蚀性能的影响[D];哈尔滨工程大学;2011年
8 王志伟;热处理工艺对CrN涂层/钛合金、NiCoCrAlTaY涂层/钛合金界面组织及抗氧化性能的影响[D];中南大学;2011年
9 蔡圳阳;铌合金硅化物及其改性涂层的制备与研究[D];中南大学;2012年
10 张亮;几种有机涂层体系在干湿交替环境下失效过程的研究[D];北京化工大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 孟晶;合理采用防腐技术可免近半损失[N];中国化工报;2008年
2 通讯员 彭永桂;广船国际PSPC船建造进展顺利[N];中国船舶报;2009年
3 怡莎;信息化加速船企转型[N];计算机世界;2007年
4 卓小畴 吴小成;应对涂层新标文船进行实船演练[N];中国船舶报;2007年
5 记者 王进 车越;华南船企稳步推进PSPC实施[N];中国船舶报;2010年
6 记者 王进;超前应对 掌控未来主动权[N];中国船舶报;2008年
7 记者 胡晓峰;广船国际实船练兵[N];中国船舶报;2009年
8 ;艾默生新品为工控用户提供优质服务[N];人民邮电;2006年
9 周浩;包装新技术“万花筒”[N];中国包装报;2006年
10 李良;苏州圣洁研制成功功能型粉末涂料[N];中华建筑报;2004年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978