高速电弧喷涂FeAl复合涂层高温腐蚀研究

上传者：胡秋平
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上传时间：2015-04-26
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高速电弧喷涂FeAl复合涂层高温腐蚀研究

第２０卷第３期２００８年５月

腐蚀科学与防护技术

ＣｏＲＲｏＳＩｏＮＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

Ｖ０１．２０Ｎｏ．３Ｍａｙ．２００８

胃吉０日腐蚀研究高速电弧喷涂Ｆｅ－Ａｌ复合涂，夏同皿

徐维普１”，徐滨士２，罗晓明１

１．上海市特种设备监督检验技术研究院，上海２０００６２；２．装备再制造技术国防科技重点实验室，北京１０００７２

摘要：研究了高速电弧唼涂（ＨＶＡＳ）的几种Ｆｅ—Ａｌ复合涂层的耐高湿腐蚀行为，用ＳＥＭ观察分析了腐蚀表面的形貌和成分、涂层截面的组织结构．结果表明：随温度升高，４种Ｆｅ．ｍ涂层的腐蚀增重都增加，添加Ｃｒ３Ｃ：比添加ＷＣ或不添加任何增强的Ｆｅ－舢涂层有更高的耐腐蚀性．Ｆｅ－ＡＬ／Ｃｒ３Ｃ：涂层外表面形成了铝和铬的氧化物，阻止了氧化的进一步进行．

关键词：高速电弧喷涂；高温腐蚀；Ｆｅ．Ａ１涂层中图分类号：ＴＧｌ７４．４２２

文献标识码：Ａ

文章编号：１００２－６４９５（２００８）０３－０１７３－０３

ＨＩＧＨ

ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ

ＣＯＲＲＯＳＩＯＮＯＦＨＩＧＨＶＥＬＯＣＩＴＹ

ＡＲＣＳＰＲＡＹＥＤＦｅ．Ａｌ

ＣＯＭＰＯＳＩＴＥ

ＣＯＡＴＩＮＧＳ

ＸＵＷｅｉ．ｐｕｌ”，ＸＵＢｉｎ—ｓｈｉ２，ＬＵＯＸｉａｏ—ｍｉｎ９１

１．ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅ

ｏｆＳｐｅｃｉａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎａｎｄＴｅｃｈｎｉｃａｌＲｅｓｅａｒｃｈ，Ｓｈａｎｇｈａｉ

１０００７２

２０００６２；

２．ＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙ

ＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＲｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｈｉ【ｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＨｉｉｇｈＶｅｌｏｃｉｔｙＡｒｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇｓ

ｏｎ

Ｓｐｒａｙｅｄ（ＨＶＡＳ）Ｆｅ－Ａ１

ｐｌａｉｎｓｔｅｄ２０Ｇｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙｍａｓｓｅｈａｎｇｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ，ｗｈｉｌｅｓｕｒｆａｃｅｍｏｒｐｈｏｌｏ—

ｇｙｏｆｔｈｅｃｏｒｒｏｄｅｄｓａｍｐｌｅｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙＳＥＭ，Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎ

ｒａｔｅ

ｏｆａｌｌＦｅ—ＡＩｃｏａｔｉｎｇｓａｌｓｏｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅＦｅ—Ａ１ｃｏａｔｉｎｇｗｉｔｈ

ｏｒ

ａｄｄｉｔｉｏｎｏｆＣｒ３Ｃ２ｉｓｓｕｐｅｒｉｏｒｔｏｔｈｏｓｅｗｉｔｈｏｕｔＡ１ｏｘｉｄｅｓ

ｗｉｔｈａｄｄｉｔｉｏｎｏｆＷＣ．ＡｎｏｘｉｄｅｓｃａｌｅｃｏｎｓｉｓｔｅｄｏｆＣｒａｎｄ

ｆｏｒｍｅｄ

ｏｎ

ｔｈｅ

ｏｕｔｅｒ

ｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｃｏａｔｉｎｇｓＦｅ—ＡＬ／Ｃｒ３Ｃ２，ｗｈｉｃｈｐｒｅｖｅｎｔｅｄｔｈｅｃｏａｔｉｎｇｆｒｏｍｆｕｒ－

ｔｈｅｒｃｏｒｒｏｓｉｏｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ＨＶＡＳ；ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎ；ＦｅＡ１ｃｏａｔｉｎｇ

高速电弧喷涂具有熔滴喷射速度高，雾化效果好，涂层的结合强度高和涂层的孔隙率低等优点¨．２Ｊ．铁铝金属间化合物是一种潜在的高温结构材料。利用高速电弧喷涂技术，在结构材料上喷涂铁铝金属间化合物涂层，既能解决铁铝金属间化合物加工成形困难的缺点，又能充分发挥其抗高温硫化、氧化及抗高温冲蚀等优异的性能，有望在工业上推广应用．热腐蚀是指金属材料在高温服役时，与在工件表面的沉积盐及环境气氛发生综合作用而产生的腐蚀现象．热腐蚀分为高温热腐蚀和低温热腐蚀．低温热腐蚀的产生是由于局部区域形成低熔点的金属氧化物一金属硫酸盐共晶或低熔点复合硫酸盐．产生热腐蚀的环境条件，一般认为碱金属盐类，特别是Ｎ％ＳＯ。，是导致热腐蚀的必要条件．燃煤电站锅炉管

收稿日期：２００７一ｌＩ－０２

基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０２３５０３０，５０００５０２４）作者简介：徐维普（１９７７一），男，博士，高级工程师，从事气瓶、瓶阀、

压力容器、管道的研究及检测及焊接与热喷涂涂层组织与性能的研究．

Ｔｅｌ：１３９１８７３１３５６

Ｅ—ｍａｉｌ：ｎｅｉｌｔｗｏ＠１２６．ｃ，ｏｍ

道的工作环境属于典型的热腐蚀环境，热腐蚀对材料的使用寿命影响很大，是导致电厂停产或减产的主要原因‘３。１．

模拟电站锅炉运行状况的现象，对电站锅炉用２０ｇ进行喷涂防护，并研究其在腐蚀条件下抗高温腐蚀性能，以对我国的电站锅炉的高温腐蚀的防护作出贡献．

１实验方法

１．１实验材料

喷涂材料是∞ｌｌｌｍ的Ｆｅ，灿、Ｆｅ—Ａ／／ＷＣ、Ｆｅ－Ａ１／Ｃｒ３Ｃ２、

Ｆｅ．Ｃｒ—ＡＩ／Ｎｉ．Ｃｒ３Ｃ：粉芯丝材，丝材外皮选用高级优质低碳钢０８Ｆ钢带，０８Ｆ钢带具有良好的塑性加工性能，不需要中间退火热处理；填充的粉末主要为Ｆｅ、Ａ１、ＷＣ、Ｃｒ、Ｃｒ３Ｃ２、Ｎｉ包Ｃｒ３Ｃ：．粉芯丝材是采用多辊连续轧制和多道连续拔丝的方法制造．高速电弧喷涂用基体为２０。钢．１．２实验方法

用丙酮对试样清洗，除去表面的油污和其它脏物，然后对试样的喷涂面进行喷砂处理，喷砂的工艺为：砂料为棕刚

玉，粒度为２５岬，气压为０．７

ＭＰａ，喷砂角度为４５。，喷砂距

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腐蚀科学与防护技术第２０卷

离为２００ｍｍ．高速电弧喷涂使用ＣＤＭＡＳ３００系统和装备再制造国防科技重点实验室研制的ＨＡＳ－ＯＩ高速喷枪．喷涂参数为：喷涂电压３２Ｖ，喷涂电流１８０Ａ，空气压力０．４３ＭＰａ，

喷涂距离３００

ｍｍ．

热腐蚀所用的加热炉为箱式电炉，试样的称重采用ＴＧ３２８Ｂ型光电分析天平．试验用试样为１５

ｍｍ×１５ｍｍ

Ｘ

４

ｍｍ的２０。锅炉钢，在试样的六个面上进行喷涂，最后得到了高速电弧喷涂Ｆｅ．ＡＪ涂层、Ｆｅ－Ａ１／ＷＣ复合涂层、Ｆｅ—ＡＩ／Ｃｒ３Ｃ２复合涂层、ＦｅＡｌＣｒ／Ｎｉ包Ｃｒ３Ｃ：复合涂层等，并对包括２０。锅炉钢在内的５种材料进行高温热腐蚀的试验．将实验用的白

刚玉陶瓷坩埚、坩埚架放于箱式电炉中，在９００。Ｃ下保温３０分钟，以去除其中的水分和其它易挥发物质．试验选用摩尔比为７：３的ＮｔｈＳＯ，＋Ｋ２Ｓ０４饱和水溶液，试验前，将饱和溶液刷涂于未封孔试件表面上，刷涂盐膜量达２．０

ｍｇ／ｅｍ２—

３．０

ｍｇ／ｅｍ２，在高温下烘干半小时以后，拿出来称重．刷涂并

烘干称重后的试件放在坩埚中，连同坩埚架一起放进电阻炉中，在设定的温度下加热保温，保温预定时间后取出，待冷却后重新称重，然后再涂盐、烘干、称重、腐蚀……．腐蚀增重的数据按如下公式进行处理：

△ｗｉ＝［（眠＋：一Ｅ）／Ａ］一［（毗＋。一职）／．４］ｘＯ．６式中：形为第ｉ次腐蚀前试件称重；Ｅ＋。为第ｉ次涂盐后的称重；Ｗｉ＋：为第ｉ次腐蚀后称重；Ａ为试件的总的表面积；Ｏ．６为扣除盐膜结晶水的系数．

使用带有ＥＤＡＸ的ｐｈｉｌｉｐｓＱｕａｎｔ２００型扫描电子显微镜（ＳＥＭ）分析涂层的组织形貌及磨痕形貌．用德国布鲁克ＡＸＳ公司的Ｄ８Ａｄｖａｎｃｅ型Ｘ－Ｒａｙ和１３立Ｈ８００型ＴＥＭ对涂层进行了相和精细结构的分析．

２结果与分析

图１一图３为各种涂层与２０。锅炉钢在４５０。Ｃ、６５０℃和８００％下的涂盐热腐蚀试验结果的比较．从比较结果看，在４５００Ｃ下，各种材料的腐蚀增重差别不是很大．而它们的变化规律也基本上遵循了抛物线形式的腐蚀热动力学曲线．对比来看，添加了Ｃｒ３Ｃ：的涂层其抗腐蚀性能略好于其它的２０。钢、Ｆｅ灿和Ｆｅ－Ａ１／ＷＣ涂层．但当腐蚀温度升高到６５０。Ｃ时，各种材料的抗腐蚀性能明显出现了两极分化．２０。锅炉钢的腐蚀增重出现了直线上升的趋势，其变化规律基本上是直线的线形动力学曲线．而高速电弧喷涂Ｆｅ．ＡＩ／ＷＣ在后期也基本上是直线型线形增长的．

图４为高速电弧喷涂ＦｅＡＩ／Ｃｒ３Ｃ：涂层在不同温度下的热腐蚀结果比较．与其他几种铁铝涂层比较，添加了Ｃｒ３Ｃ：的涂层在６５００Ｃ时，其腐蚀增重的变化规律与４５０℃时的基本相同；且数据的变化也不是很大，基本上４５０。Ｃ的数据线与６５０％时的数据是平行增长的．在这两个温度下，ＦｅＡｌ涂层的变化也不是很大．

到了８００。Ｃ时，２０’锅炉钢与Ｆｅ．ＡＩ／ＷＣ复合涂层的腐蚀增重更加剧烈，其腐蚀增重增加很快且直线上升．而ＦｅＡＩ涂层也开始剧烈上升．惟独添加ｃｒ３ｃ：的涂层仍然维持和前面４５０。Ｃ与６５００Ｃ时基本一样的变化规律，仍然是抛物线形式

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