喷油工作层表面的性能及测量值

喷油工作层表面的性能及测量值 性能指标 测量值 指标要求值 涂层厚度/mm 0.9 0.8~1.0 洛氏硬度（HRC） 53~54 ≥50 粗糙度（Ra） 10~20 ≤20 结合强度/MPa 52~55 ≥50 孔隙率/% ≤5 ≤5 耐磨性 优良 - 耐腐蚀性 优良 - 由图2（a）、图2（b） SEM 照片可见，Co 基 合金复合粉末颗粒平均粒度约为2~3 μm，该硬质相 较细，涂层致密度高，组织均匀，由冷却较好的熔 融粒子铺展、堆垛、凝固、衔接而形成密集的颗粒 堆砌结构，颗粒之间网状连接。进一步观察发现该 粉末喷油层硬质相变形不大，熔化不充分，胞状粒 子交界处存在细微的未衔接区，推测是在喷油层高 速凝固时，粉末颗粒撞击到基体表面的冲量偏低， 未能足够扁平化，颗粒之间不能及时填充而出现空 隙，未能形成较明显的层状结构，这在一定程度上 削弱了涂层间的结合强度。 • 54 • 热 喷 涂 技 术 2 卷 图2 超音速火焰喷油Co 基合金涂层显微组织图片 Fig.F 通过表面硬度仪测定，该涂层具有很高的显微 硬度，洛氏硬度达到了52～54HRC，这是由超音速 火焰喷油的技术特点来决定的。超音速火焰喷油主 要是依靠成倍提高喷油颗粒的速度来获得高质量 的涂层，即在喷嘴通道中停留的时间短，离开喷嘴 后高速飞行，与周围大气几乎没发生反应，喷油粉 末未受到损害，微观结构变化小，能形成非常致密 的金属间化合物涂层质量。同时，该涂层中共存着 晶相和非晶相组织；其中，非晶相内金属原子的排 列呈无序状态，没有晶界和偏析等，对外显示各向 同性，其化学电位均匀一致，具有致密堆垛结构， 这也应是增加涂层硬度的原因。 图3（a）和图3（b）分别是未喷油和已喷油 感温头腐蚀破坏宏观形貌及SEM 图片，图3（a） 展 示了两周后未喷油的Inconel 600 感温头因磨损、腐 蚀而出现应力开裂图，图3（b）则展示了两周后感 温头喷油Co 基合金复合粉末后因磨损、腐蚀，涂 层呈层状剥落的现象。 图3 两周后未喷油和已喷油感温头腐蚀破坏宏观形貌 Fig.3 600 感温头在未喷油的情况下，尾气中 含有微量的H2S、SO2、NOx 和水蒸汽，特别是 NO x 极易溶于水，形成硝酸盐溶液，而此种介质 正是引发应力腐蚀的特定敏感腐蚀介质。受H2S 等 高温强还原性气体的冲刷、腐蚀，裂纹在晶界处萌 生，随后沿晶界面或相界扩展，传播见图3（a）； Co 基合金复合粉末涂层组织致密，喷油工艺参数不 同，涂层可为非晶态，微晶或由Laves 相与βCo 固 溶体组成。由于该涂层总体呈层状结构，在长期还 原性气体的冲刷，腐蚀后，粘结相和硬质相出现相 继剥落，最终会导致局部区域涂层发生层状剥离现 象，见图3（b）；随着时间的延长，这种局部剥离 会蔓延为整体脱落，并逐步丧失喷油层的防磨防腐 功能。但与图3（a）未喷油的Inconel 600 基体腐 蚀比较，未发现在涂层上出现应力腐蚀开裂的 现象。 4 结论 采用热喷油技术防护套管式电热偶感温头能 够基本达到焚烧炉所要求的工艺环境及防腐蚀、耐 磨损的要求。上海某石化公司用于焚烧炉的套管式 电热偶由于腐蚀和磨损较严重，以致出现电热偶感 温头直径骤减、应力腐蚀开裂的现象。腐蚀后炉膛 内存在着大量SO2、SO3、H2S 等腐蚀性气体从裂纹 处鱼贯而入，使电偶丝瞬间断裂，感温头与电热偶 补强座脱落，不能正常测温，甚至引起气道堵塞， 从而影响到尾气燃烧。在利用热喷油技术对电热偶 感温头表面进行喷油处理后，根据生产现场应用情 况，个别喷油电热偶感温头在服役3 个月后仍能工 作，表明对于套管式电热偶的防护，采用热喷油技 术是一种合理的选择。但该自制Co 基合金复合粉 末，熔点不太高，抗高温和耐蚀性不足，寻找能防 强还原性高温气体腐蚀的喷油材料，还需进一步 探索。 1.4 喷油质量检查验收 循环流化床锅炉水冷壁管炉膛内喷油，应做好 质量检查验收。由于喷油施工现场条件所限，部分 涂层性能检验测试只能在实验室做，所以我们采取 现场检测和实验室检测相结合的方法： （1）施工现场宏观检查：涂层应喷油在经过 粗糙处理过的管壁上，涂层表面应平整，粒度均匀。 （2）施工现场涂层喷油厚度检查：用DM-4 测厚仪在喷油前后分别测量管壁厚度，两者之差就 是涂层厚度，涂层厚度应满足防磨要求。 （3）实验室涂层硬度测试：先在喷油现场加工 试样，然后在实验室采用硬度仪对试样进行测试。 2 结束语 采取在循环流化床锅炉炉膛内做热喷油的方 法，可以对水冷壁管表面实施有效保护，使其外表 面基本不受损伤，可大量节省材料更换费用及维修 费，缩短检修时间，减少或避免非计划停炉，有着 很高的直接、间接经济效益。该技术既可用于新建 锅炉的预防性维护，也可用于在役锅炉检修的现场 修复，具有极其广阔的应有前景。