NiCrTi系高溫防硫腐蝕噴涂材料45CT與PS45的對比研究

肖宏博，邱質彬，謝明均，趙興華

(1.四川華電珙縣發電有限公司，四川 宜賓 644502;2.華電電力科學研究院，浙江 杭州 310030)

0 引言

鍋爐受熱面管的高溫硫腐蝕［1］是影響電站鍋爐安全運行的重要問題之一，對于燃用高硫無煙煤的鍋爐，該問題尤為突出。多年來，國內外對電站鍋爐高溫腐蝕的機制［2］和防護技術進行了大量的研究與應用［3－7］。美國TAFA公司研發的NiCrTi系電弧噴涂涂層材料45CT已在國內外電站鍋爐受熱面高溫防腐領域發揮了重要作用，能夠有效提高電站鍋爐受熱面管抗高溫腐蝕能力。某電廠#1，#2鍋爐水冷壁管于1997年采用45CT進行了超音速噴涂，至今未發生由于高溫硫腐蝕而導致的水冷壁管泄漏。但對于目前經營狀況緊張的國內電廠而言，45CT價格過高。所以，針對這種情況，國內相關單位針對45CT開發了相對廉價的PS45，但該材料是否能夠替代45CT，是國內許多電廠感興趣的問題。因此，四川華電珙縣發電有限公司與華電電力科學研究院就45CT與PS45 2種NiCrTi系噴涂材料的主要性能指標與涂層高溫腐蝕性能進行了試驗與分析，希望能為電廠提供實驗室角度的參考數據。

1 試驗材料與試驗方法

1.1 試驗材料與試樣制作

試驗基體材料選用20鋼，噴涂材料為45CT與PS45。試樣尺寸為? 25mm×50mm，用16目的棕剛玉以45°、距離200 mm對試樣全身進行噴砂處理，然后使用Excalibur 2000超音速電弧機進行噴涂，其中2個試樣噴涂45CT，另2個試樣噴涂PS45。

1.2 試驗方法

高溫硫腐蝕試驗溫度選定為650℃，大氣氣氛;試樣尺寸為? 25 mm×50 mm;用毛筆蘸取物質的量的比為7∶3的Na2SO4與K2SO4飽和水溶液均勻涂到試樣表面，烘干后可留下一層均勻鹽膜。隨后將試樣稱重并置于650℃大氣氣氛中，進行腐蝕試驗。試樣在保溫到預定時間后取出，待冷卻后重新稱重，然后再按涂鹽→烘干→稱重→腐蝕的順序進行試驗。腐蝕增重的數據按公式(1)進行處理。腐蝕時間共200 h，每20 h左右進行1次凃鹽稱重，最后根據數據點繪制出腐蝕動力學曲線。

式中:Wi為第i次腐蝕前試件稱重;Wi+1為第i次涂鹽后的稱重;Wi+2為第i次腐蝕后的稱重;A為試件的總表面積;0.6為扣除鹽膜結晶水的系數。

截取45CT與PS45絲材各一段進行化學成分分析，使用帶有EDS的TESCAN 3 VEGA XMH掃描電鏡對涂層腐蝕前、后的組織與成分的觀察分析，并使用X射線衍射分析儀對涂層腐蝕前、后的物相進行分析。

2 試驗結果與分析

2.1 成分與微觀組織形貌試驗結果與分析

表1為45CT與PS45的化學分析結果，結果顯示2種材料的化學成分非常接近，無明顯區別。然后對45CT與PS45涂層的顯微組織進行了對比分析，如圖1所示。

表1 試樣化學分析試驗結果 %

圖1 45CT與PS45涂層的顯微組織

由圖1可以看出，2種材料制備涂層的微觀組織形貌具有很高的相似度，由深色與淺色兩相組成。對2種涂層組織進行能譜面分析(如圖2所示)，結果顯示2種涂層的深色與淺色區域的元素分布類似，深色相的主要成分為Cr與O元素，淺色相的主要成分為Ni元素。對2種涂層組織進行X射線衍射分析(如圖3所示)，結果顯示2種涂層的主要組成相均為Ni的固溶體與Cr2O3。結合圖2結果分析，可以認為45CT與PS45涂層均是由形貌類似的淺色Ni的固溶體基體以及深色Cr2O3強化相組成的。上述結果與分析表明:45CT與PS45的成分與涂層組織結構無明顯區別。

2.2 高溫腐蝕試驗結果與分析

圖2 涂層組織的元素分布

圖3 涂層的XRD衍射分析

圖4為45CT與PS45高溫腐蝕動力學曲線。由圖4可以看出，在本文試驗條件下，PS45與45CT具有相似的抗高溫腐蝕能力。使用掃描電子顯微鏡對2種涂層腐蝕前、后的表面形貌進行觀察圖(如圖5所示)，結果顯示腐蝕后2種涂層表面由腐蝕前顆粒與光滑狀共存組織變成了致密顆粒狀組織，能譜分析(如圖6所示)顯示2種涂層的這種顆粒狀組織具有一致的成分。對清洗前與清洗后的涂層表面進行XRD衍射分析試驗(如圖7所示)，結果顯示涂層經腐蝕的致密顆粒狀組織主要由Cr2O3與Cr2NiO4構成，這種結構具有非常強的抗高溫腐蝕能力［8］，這是涂層抗高溫腐蝕能力強的主要原因。清洗前、后的涂層XRD衍射分析結果(如圖7所示)表明:清洗前較清洗后涂層表面僅多出了Na2SO4，而圖3顯示涂層本身并不含有Na，這說明腐蝕介質可能并未對涂層造成S腐蝕，這進一步說明了45CT與PS45具有較強的抗高溫腐蝕能力。

圖6 45CT與PS45涂層顆粒能譜分析

圖7 涂層清洗前、后表面產物的XRD衍射分析結果

3 結論

(1)45CT與PS45在成分與其涂層的微觀組織形貌上非常類似，可以認為基本無明顯區別。

(2)在本文試驗條件下，PS45與45CT具有非常高且相似的抗高溫腐蝕能力。

(3)涂層表面形成的致密的Cr2O3與Cr2NiO4結構是涂層具有良好的抗高溫腐蝕性能的主要原因。

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