超超临界机组锅炉受热面高温硫腐蚀与磨损防护技术研究

超超临界机组锅炉受热面高温硫腐蚀与磨损防护技术研究内容摘要：

率为 %。 高温硫腐蚀性能 高温 硫酸盐腐蚀性能 图 2 是表面涂覆有 (Na,K)2SO4 盐膜的 NiCr涂层与 2Cr13 基体在 700oC， %(SO2SO3)环境中的腐蚀动力学曲线。 2Cr13 基体的腐蚀增重表现出直线增长的规律，这主要是由于 2Cr13基体在腐蚀过程中不能在表面形成稳定、致密的Cr2O3 膜，如图 3 所示， 2Cr13 基体表面的腐蚀产物具有多孔、不连续的结构特征。 EDS 点分析结果以及 XRD 衍射分析结果表明， 2Cr13 基体表面灰色相为 Fe2O3，靠近基体的灰色相则是含有少量 Cr 的富铁氧化物，并存在以铁为主的硫化物。 夹杂在氧化 物中的暗色相是 Na、 K 和Fe 的硫酸盐。 疏松多孔的腐蚀产物导致腐蚀介质向基体快速扩散，不断产生新的腐蚀产物，从而导致了 2Cr13 基体腐蚀增重表现出直线规律。 与 2Cr13 不同，超音速火焰喷涂 NiCr 金属陶瓷涂层具有抛物线的规律。 图 4 是封孔 NiCr 金属陶瓷涂层在 700oC， %（ SO2SO3）中腐蚀24 小时后的断面形貌。 其腐蚀产物主要是硫酸盐，在表层疏松多孔的硫酸盐与涂层之间沿涂层表面形成了富铬氧化膜， EDS 能谱分析其成分可能为 Cr2O Cr3S4 的混合物，可见该层致密，可对其底部涂层形成有效保护。 此外，涂层中的陶瓷相能阻碍高温硫酸盐腐蚀的发生，这是由于陶瓷相或其氧化产物 Cr2O3 具有阻碍物质扩散的作用。 细化陶瓷相颗粒，使其在涂层中更均匀分布将有助于提高其阻挡作用；尽管涂层表面仍形成了 NiSO4(Na,K)2SO4 共晶熔盐 (主要是由于 Ni能外扩散形成 NiO)，但是在腐蚀前沿的均匀分布的细小陶瓷相及其氧化产物 Cr2O3 有效阻挡了物质扩散，从而降低了涂层在腐蚀稳态发展阶段的腐蚀速度。 图 2 2Cr13 基体与 NiCr 涂层在 O %(SO2SO3)环境中的高温硫酸盐腐蚀失重曲线 The mass gain rules for the sulphate corrosion behavior in %(SO2SO3) atmosphere of the 2Cr13 substrate and the NiCr cermet coating （ a） 1000X （ b） 2020X 图 3 2Cr13 基体高温硫酸盐腐蚀 8 小时后的产物组织结构 The microstructure of corrosion product of 2Cr13 substrate after 8h high temperature sulphate corrosion 4 （ a） 500X (b)2020X 图 4 封孔后的超音速火焰喷涂 NiCr 金属陶瓷涂层的腐蚀产物组织结构 Microstructure of the corrosion product of HVOF sprayed NiCr cermet coating after 8h high temperature sulphate corrosion 硫化腐蚀性能 图 5 所示为 2Cr13 与 NiCr 金属涂层在H2H2S 环境中腐蚀 产物 增重规律。 在硫化腐蚀过程中， 2Cr13 基体与超音速火焰喷涂涂层的腐蚀速率具有较大的差异， 2Cr13 基体具有较高的腐蚀速率，在经过 40 小时腐蚀后，其腐蚀增重量是超音速火焰喷涂 NiCr 金属陶瓷涂层的 14倍。 这表明利用超音速火焰喷涂制备 NiCr 金属陶瓷涂层并进行封孔处理，可有效降低锅炉管材的高温硫化腐蚀速率。 图 6 是 2Cr13 基体在 700oC, H21%H2S 环境中的腐蚀产物组织结构。 经过 40 小时的腐蚀后，腐蚀产物厚度达到 500 微米或更厚。 腐蚀产物分为两层 ： 外层为 FeS， 内层是铁的硫化物 (FeS，亮色相 )和铬的硫化物 (Cr2S3，暗色相 )的混合层，且靠近合金基体，铬硫化物含量增加。 此外，贯穿腐蚀产物层出现许多垂直于表面的微裂纹。 这些微裂纹以及腐蚀产物中的孔隙将导致腐蚀气氛向界面 快速 扩散，加速腐蚀过程。 图 5 2Cr13 与 NiCr 金属涂层 的硫化 腐蚀增重规律 The mass gain rules for the sulfuration corrosion behavior of the 2Cr13 substrate and the NiCr cermet coating （ a） 150X （ a） 500X 图 6 2Cr13 基体 硫化 腐蚀产物组织 Microstructure of the。