超音速電弧噴涂FeCrAl涂層組織及性能研究.pdf

1、鍋爐管道高溫沖蝕、熱腐蝕一直是工業(yè)鍋爐應用中的一個重大問題，其主要原因是管道在內(nèi)部高溫和壓力以及外部高溫煙氣作用下促進了碳鋼和低合金鋼表面氧化，導致腐蝕破壞；管外的飛灰和燃燒煤粉顆粒沖擊管壁，造成管道高溫沖蝕磨損。國內(nèi)外將熱噴涂技術(shù)廣泛應用于鍋爐管道的防護，并取得了成功。目前熱噴涂技術(shù)方面的研究主要是針對新型涂層材料的研發(fā)。
　　 本文采用超音速電弧噴涂粉芯絲材的方法，在20鋼基體上制備出抗高溫沖蝕的FeCrAl防護涂層。利用光

2、學顯微鏡、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)、能譜儀(EDS)、X-射線衍射儀、萬能拉伸試驗機、顯微硬度計，對涂層微觀組織結(jié)構(gòu)進行分析，對涂層的厚度、孔隙率、結(jié)合強度、硬度進行了測定。利用電子天平、球盤磨損試驗機、PS-268電化學工作站等儀器對20鋼基材和FeCrAl涂層的抗高溫氧化性、耐磨性、電化學穩(wěn)定性進行表征和分析，探討了20鋼基材和FeCrAl涂層的抗高溫氧化機理、耐磨損機理和電化學腐蝕機理。研究結(jié)果表明：
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3、)超音速電弧噴涂FeCrAl涂層具有明顯層狀結(jié)構(gòu)，組織致密，表面主要由直徑在5～20?m間的球狀顆粒及少量孔隙組成。FeCrAl涂層主要由體心立方晶格的Fe-Cr 固溶體和α-Fe相組成，含少量CrO2和Fe-Al金屬間化合物(FeAl)。涂層孔隙率為1.66[％]，厚度約340μm，結(jié)合強度為27Mpa。
　　 (2)FeCrAl涂層的抗氧化性能優(yōu)于20鋼。FeCrAl涂層的抗氧化性主要得益于涂層中的合金元素Cr，形成了以Cr

4、2O3為主的致密保護層。20鋼表面在680℃氧化100h后表面由許多薄片狀Fe2O3疏松地堆垛而成，間隙較大，所以在680℃氧化試驗過程中20鋼基體中Fe很容易通過擴散與空氣中O2發(fā)生氧化反應。
　　 (3)對基材20鋼、FeCrAl涂層和680℃氧化100小時的FeCrAl涂層磨損進行球盤磨損實驗，F(xiàn)eCrAl涂層和680℃氧化100小時的FeCrAl涂層在與摩擦副GCr15鋼球的對磨過程中，兩摩擦表面硬度都較高，磨損的主要形

5、式是磨粒磨損，磨粒來自磨損過程中FeCrAl涂層和GCr15鋼球?qū)δサ舻哪バ肌Ｓ捎诨?0鋼相對GCr15鋼球的硬度較低，主要發(fā)生的是粘著磨損和磨粒磨損，磨粒來自磨損過程中20鋼表面的氧化物。三個試樣中氧化后FeCrAl涂層耐磨性能最好，原因是涂層中形成了硬度較高的Cr2O3，起到良好的耐磨作用。FeCrAl涂層由于表面主要由硬度較高的鐵鉻固溶體和α-Fe相組成，耐磨性能較好?；w20鋼耐磨性最差。
　　 (4)FeCrAl涂層