火电机组过/再热器锅炉管内壁铝化物涂层研究（Ⅰ）：涂层制备及组织结构
发布时间：2021-01-18 02:55
目的在奥氏体不锈钢锅炉管内壁制备抗高温蒸汽氧化涂层。方法采用料浆法在锅炉过/再热器用小口径Super304H不锈钢锅炉管内壁制备铝化物涂层,研究了钢管热处理制度范围内制备工艺（时间、温度）对涂层结构、成分和相组成的影响规律,同时基于扩散定律建立了涂层结构的预测模型。结果铝化物涂层厚度约为30～150μm,与基体冶金结合良好。涂层为双层结构,外层由（Fe,Ni）Al（Cr）相、CrxSiy相以及少量Fe3Al相组成,互扩散层（IDZ）由（Fe,Ni）Al相、CrxSiy相、点状M6C碳化物相和针状TCP相组成。涂层的制备温度和保温时间对互扩散层厚度变化影响显著,其随时间和温度的变化曲线近似满足抛物线规律。管材热处理制度范围内的温度过高,易减小涂层外层厚度。结论在匹配Super304H锅炉管热处理工艺的基础上,采用料浆法在小口径Super304H锅炉管内壁获得了双层结构的铝化物涂层。基于Fick第二扩散定律建立了涂层结构控制的预测模型,拟合结果与实验实测数据吻...
【文章来源】：表面技术. 2020,49(07)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
涂层制备示意图
在料浆法制备铝化物涂层过程中，制备工艺参数的变化显著影响了涂层整体厚度及铝原子含量，但涂层的组织、结构及形成过程差异不大。以N5样品涂层截面为例，分析料浆法渗铝涂层的微观结构和成分组成。图2所示即为采用料浆法，在950℃下烧结4 h后，Super304H锅炉管内壁形成的涂层截面形貌及线扫描结果。由图可知，涂层由内、外两层结构组成，涂层组织致密，厚度均匀，与基体冶金结合良好。内层为互扩散层（IDZ），层内析出大量点状碳化物相和针状的TCP相（拓扑密堆相，Topologically Closepacked Phases）。线扫描结果可以看出，双层结构的涂层层次感分明，随着涂层向基体方向的不断深入，Al原子含量呈梯度依次降低，直至合金基体内部。同时，涂层中发现了一定浓度的Fe、Cr等基体合金中的原子，且Fe、Cr原子浓度由外向内逐渐增加。由此可见，在涂层形成过程中，出现了料浆中的Al原子向合金基体的扩散以及基体原子Fe、Cr向涂层外层扩散的原子相互迁移行为，该过程将在外层涂层和基体之间形成明显的互扩散区，且互扩散区的厚度及Al原子含量随着工艺参数的变化而变化。2.2 烧结工艺对铝化物涂层形成的影响规律
图3为950℃下分别烧结1、2、4 h后，不锈钢管内表面形成的铝化物涂层HDBSD截面形貌。由图可知，与图2涂层结构类似，涂层均为双层结构，随着烧结时间的延长，涂层厚度明显增加，且合金表面互扩散层（IDZ区）的碳化物和TCP相数量增多、尺寸增大。X射线（图4）和EDS（表2）结果表明，涂层外层主要由(Fe,Ni)Al(Cr)相和少量的CrxSiy相组成，内层主要由(Fe,Ni)Al+Fe和少量的CrxSiy相，以及针状AlN相和点状析M6C碳化物相组成。另外，当烧结温度达到4 h后，涂层外层出现了Fe3Al相。图4 不同烧结时间下所得N3、N4、N5样品铝化物涂层XRD物相分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属表面自纳米化及其复合改性技术研究进展[J]. 彭振军,徐惠,齐玉明,梁军. 表面技术. 2019(08)
[2]火电机组锅炉管表面改性技术研究现状[J]. 周永莉,鲁金涛,谷月峰. 中国电机工程学报. 2017(01)
[3]表面改性对Super304H钢在650℃饱和蒸汽中氧化行为的影响[J]. 乐明,王弘喆,于在松,鲁金涛,杨珍,上官晓峰,谷月峰. 热力发电. 2016(11)
[4]晶粒尺寸对耐热钢在高温水蒸汽中的氧化行为的影响[J]. 袁军涛,吴细毛,王文,朱圣龙,王福会. 中国腐蚀与防护学报. 2013(04)
[5]高温防护涂层研究进展[J]. 王心悦,辛丽,韦华,朱圣龙,王福会. 腐蚀科学与防护技术. 2013(03)
[6]晶粒尺寸和表面状态对S30432钢蒸汽氧化行为的影响[J]. 郭岩,唐丽英,周荣灿,侯淑芳,林琳. 动力工程学报. 2011(08)
[7]工业纯铁表面不锈钢化改性研究[J]. 孙建春,盛光敏,王越田,邓永强. 稀有金属材料与工程. 2011(S2)
[8]喷丸对Fe-Cr合金的高温水蒸气氧化行为影响[J]. 傅敏,王学刚,李辛庚. 腐蚀科学与防护技术. 2008(03)
[9]大型电站锅炉烟温与汽温分布理论分析与试验研究[J]. 袁益超,刘聿拯,陈之航. 中国电机工程学报. 2002(12)
[10]锅炉管的高温腐蚀及渗铝防护[J]. 蔡志刚,谢涛. 热力发电. 1996(01)
本文编号：2984127
【文章来源】：表面技术. 2020,49(07)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
涂层制备示意图
在料浆法制备铝化物涂层过程中，制备工艺参数的变化显著影响了涂层整体厚度及铝原子含量，但涂层的组织、结构及形成过程差异不大。以N5样品涂层截面为例，分析料浆法渗铝涂层的微观结构和成分组成。图2所示即为采用料浆法，在950℃下烧结4 h后，Super304H锅炉管内壁形成的涂层截面形貌及线扫描结果。由图可知，涂层由内、外两层结构组成，涂层组织致密，厚度均匀，与基体冶金结合良好。内层为互扩散层（IDZ），层内析出大量点状碳化物相和针状的TCP相（拓扑密堆相，Topologically Closepacked Phases）。线扫描结果可以看出，双层结构的涂层层次感分明，随着涂层向基体方向的不断深入，Al原子含量呈梯度依次降低，直至合金基体内部。同时，涂层中发现了一定浓度的Fe、Cr等基体合金中的原子，且Fe、Cr原子浓度由外向内逐渐增加。由此可见，在涂层形成过程中，出现了料浆中的Al原子向合金基体的扩散以及基体原子Fe、Cr向涂层外层扩散的原子相互迁移行为，该过程将在外层涂层和基体之间形成明显的互扩散区，且互扩散区的厚度及Al原子含量随着工艺参数的变化而变化。2.2 烧结工艺对铝化物涂层形成的影响规律
图3为950℃下分别烧结1、2、4 h后，不锈钢管内表面形成的铝化物涂层HDBSD截面形貌。由图可知，与图2涂层结构类似，涂层均为双层结构，随着烧结时间的延长，涂层厚度明显增加，且合金表面互扩散层（IDZ区）的碳化物和TCP相数量增多、尺寸增大。X射线（图4）和EDS（表2）结果表明，涂层外层主要由(Fe,Ni)Al(Cr)相和少量的CrxSiy相组成，内层主要由(Fe,Ni)Al+Fe和少量的CrxSiy相，以及针状AlN相和点状析M6C碳化物相组成。另外，当烧结温度达到4 h后，涂层外层出现了Fe3Al相。图4 不同烧结时间下所得N3、N4、N5样品铝化物涂层XRD物相分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属表面自纳米化及其复合改性技术研究进展[J]. 彭振军,徐惠,齐玉明,梁军. 表面技术. 2019(08)
[2]火电机组锅炉管表面改性技术研究现状[J]. 周永莉,鲁金涛,谷月峰. 中国电机工程学报. 2017(01)
[3]表面改性对Super304H钢在650℃饱和蒸汽中氧化行为的影响[J]. 乐明,王弘喆,于在松,鲁金涛,杨珍,上官晓峰,谷月峰. 热力发电. 2016(11)
[4]晶粒尺寸对耐热钢在高温水蒸汽中的氧化行为的影响[J]. 袁军涛,吴细毛,王文,朱圣龙,王福会. 中国腐蚀与防护学报. 2013(04)
[5]高温防护涂层研究进展[J]. 王心悦,辛丽,韦华,朱圣龙,王福会. 腐蚀科学与防护技术. 2013(03)
[6]晶粒尺寸和表面状态对S30432钢蒸汽氧化行为的影响[J]. 郭岩,唐丽英,周荣灿,侯淑芳,林琳. 动力工程学报. 2011(08)
[7]工业纯铁表面不锈钢化改性研究[J]. 孙建春,盛光敏,王越田,邓永强. 稀有金属材料与工程. 2011(S2)
[8]喷丸对Fe-Cr合金的高温水蒸气氧化行为影响[J]. 傅敏,王学刚,李辛庚. 腐蚀科学与防护技术. 2008(03)
[9]大型电站锅炉烟温与汽温分布理论分析与试验研究[J]. 袁益超,刘聿拯,陈之航. 中国电机工程学报. 2002(12)
[10]锅炉管的高温腐蚀及渗铝防护[J]. 蔡志刚,谢涛. 热力发电. 1996(01)
本文编号：2984127
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