80Ni20Cr/Inconel625涂层的制备及在模拟垃圾焚烧炉烟气侧的腐蚀行为研究

摘要

垃圾焚烧发电综合优势明显，逐渐取代堆肥、填埋成为处理垃圾的技术首选，但垃圾焚烧过程会产生复杂烟气及熔融盐，恶劣的服役环境对锅炉产生严重的高温氧化及热腐蚀，因此锅炉的防护已成为垃圾焚烧产业发展亟待解决的问题。
　　本文采用优化的超音速火焰喷涂技术在20＃碳钢表面制备了以 NiAl和NiCrAlY打底80Ni20Cr含量分别为10 wt.％、20 wt.%、30 wt.%和40 wt.%的80Ni20Cr/Inconel625合金涂层，测试了涂层的结合强度、硬度、孔隙率、耐盐雾以及在600与700℃模拟环境中抗高温氧化等相关性能。以增重法得到了各涂层试样的腐蚀动力学曲线，采用XRD、SEM(EDS)等方法研究了涂层以及腐蚀产物的物相、微观形貌、成分分布，探讨了高温腐蚀机理。
　　涂层的组织性能及结构分析结果表明：超音速喷涂80Ni20Cr/Inconel625合金涂层主要物相为Cr2Ni3、CrNi3，随着80Ni20Cr含量的增加，涂层中CrNi3相含量逐渐增多，涂层表面沉积物颗粒细致均匀，存在少量氧化物。采用优化的超音速热喷涂方法制备的80Ni20Cr/Inconel625合金涂层致密，以NiAl和NiCrAlY打底的80Ni20Cr/Inconel625合金涂层样品孔隙率分别为0.52%和0.68%，涂层与基材的平均结合强度达56.06MPa和49.69MPa，涂层硬度 HRB平均值分别为90.80和90.28，涂层平均厚度为342.5μm和340μm。
　　中性盐雾实验结果表明：超音速喷涂80Ni20Cr/Inconel625合金涂层抗盐雾性能良好，经盐雾1000h试验，NiAl打底的A3和NiCrAlY打底的B1~B4涂层试样边界生成较多铁锈，其它样品未见明显腐蚀。所有涂层试样经盐雾1000 h后均未出现涂层脱落现象，可以通过1000h中性盐雾试验。涂层的孔隙率对涂层耐盐雾腐蚀性能有较大影响，孔隙率越低，耐盐雾腐蚀性能越好，NiAl比NiCrAlY作打底层制备的涂层耐盐雾性能好。
　　超音速涂层在模拟25%NaCl+75%Na2SO4/0.15%SO2环境中的高温腐蚀行为研究表明：所有涂层样品600℃时腐蚀200 h过程中有腐蚀产物剥落；表面腐蚀产物相均为 NiO和少量 NiCr2O4；所有样品的腐蚀产物均分层，外层多孔，富Ni和O，内层相对较致密，含Ni、Cr、O和少量S；腐蚀过程中NiCrAlY打底样品易于在涂层/基材界面处出现集体的氧化物带。700℃腐蚀时，腐蚀后表面腐蚀产物相除了 NiO和 NiCr2O4，还探测到少量 Cr2O3和 Ni4S3；腐蚀产物结构更复杂，当80Ni20Cr的加入量达到40 wt.%时，样品在腐蚀过程中均出现严重失重，腐蚀产物大量剥落。
　　材料中Cr含量的增加可提高其抗高温硫酸盐腐蚀，而Ni含量的增加可显著提高材料的抗高温氯盐腐蚀。在不同配比的合金涂层中以20%80Ni20Cr+80%Inconel625合金涂层的综合耐蚀性能最好，其中以 NiAl为打底层80Ni20Cr含量为20 wt.%的合金涂层综合耐蚀性能最优。

目录

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2垃圾焚烧发电技术进展

1.3垃圾焚烧发电锅炉服役环境

1.4国内外防护工艺研究及运用现状

1.5本文的研究内容和意义

第2章 实验材料及实验方法

2.1实验材料

2.2喷涂工艺设计方案

2.3实验方法

第3章 超音速火焰喷涂层组织性能及结构分析

3.1超音速火焰喷涂层的组织形貌及元素成分

3.2超音速火焰喷涂层性能试验结果与分析

3.3本章小结

第4章 超音速火焰喷涂层盐雾实验测试

4.1盐雾实验结果

4.2讨论

4.3本章小结

第5章 涂层试样在模拟环境中的高温腐蚀行为研究

5.1实验结果

5.2分析讨论

5.3本章小结

第6章 总结论

参考文献

硕士期间发表论文

致谢

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