電弧噴涂在煤粉鍋爐管道抗磨耐腐蝕防護中的應用

1國內外對煤粉鍋爐管道熱噴涂防護情況

　對于鍋爐管道的防護，國外一般采用氧乙炔粉末噴涂、線材火焰噴涂，電弧噴涂和等離子工藝。前2 種施工因火焰溫度低，材料熔化不充分，且噴涂粒子速度低，顆粒撞擊速度低，使涂層表面形成較多的氧化物，孔隙率較高，結合強度降低。后2種噴涂工藝都能形成結合強度高、孔隙率低和極少氧化物涂層，因而應用較為廣泛。　　美國最近推出以Ni-Cr合金為基礎，加入Cr2C3金屬陶瓷的復合材料，用超音速火焰噴涂工藝，專用于鍋爐高溫沖蝕嚴重的部位。日本、英國采用了等離子噴涂技術，火焰噴涂鐵基鉻鋁和鎳鉻合金。瑞士和瑞典也采用了電弧和火焰噴涂。美國Metalspray公司最近還用電弧噴涂Fe19Cr15W7Ti6Ni合金來防止鍋爐燃燒室管壁的沖蝕。　　我國電力行業的一些單位采用電弧噴涂鎳鉻合金及鎳鉻鋁合金在電站鍋爐管壁防磨抗腐蝕的應用進行了研究均取得了明顯的經濟效益和社會效益。

2電弧噴涂技術及其特點

　　電弧噴涂是以電弧為熱源，將金屬絲熔化并用氣流霧化，使熔融粒子高速噴涂到工件表面形成涂層的一種工藝。　　電弧噴涂技術的主要特點如下：　　 ⑴可以在不提高工件溫度、不使用貴重底層材料的情況下獲得高的涂層結合強度，結合強度可達20MPa，電弧噴涂層的結合強度是火焰噴涂層的2.5倍。　　 ⑵電弧噴涂的高效率表現在單位時間內噴涂金屬的質量大。電弧噴涂的生產效率正比于電弧電流，比火焰噴涂提高2～6倍。　　 ⑶電弧噴涂的節能效果十分突出，能源利用率顯著高于其它噴涂方法，而能源費用降低50%以上，除它的能源利用率很高外，加之電能的價格又遠低于氧氣和乙炔，其費用通常僅為火焰噴涂的1/10。　　⑷電弧噴涂技術僅使用電和壓縮空氣，不用氧氣、乙炔等易燃氣體，安全性高。　　由于電弧噴涂具有上述特點，使它在近20年間獲得迅速發展，在國際上已逐步部分取代火焰噴涂和等離子噴涂。　　高速射流電弧噴涂系利用新型的噴管設計和改進噴涂槍，采用高壓空氣流或燃料燃燒產生的高速射流作霧化氣流，可加速熔滴的脫離，使粒子加速度顯著增加，并提高電弧的穩定性。　　采用高速射流電弧噴涂技術，可以得到更優異的噴涂質量，使噴涂層使用壽命會明顯高于普通電弧噴涂層，零件的使用壽命得到更有效地延長，從而可進一步降低維修保養費用。

3高速電弧噴涂技術在煤粉鍋爐水冷壁管腐蝕防護中的應用。

　　我廠使用2臺YG-240/9.8-M8型循環流化床鍋爐，針對上述受熱面部位熱腐蝕磨損失效機理及大多數煤粉鍋爐實際使用和腐蝕磨損情況，我們采用超音速電弧噴涂，并選用耐沖擊磨損和抗高溫氧化性俱佳的CNB-955高溫復噴打底絲作為打底層+CNB-TB作為工作層+高溫耐磨防腐蝕專用封孔劑進行封孔，在涂層邊緣設置過渡區域，過渡區域寬度為100～150mm，平滑過渡。由此制得的復合涂層能滿足涂層邊緣帶結合強度要求。　　煤粉鍋爐管防磨噴涂運行若干時間后，有的涂層已被磨掉，但有的部位還有殘留涂層。為了保護鍋爐安全運行，需要再次進行噴涂施工，但噴砂時難以全部清除殘留涂層和噴出理想的毛面，如果直接噴涂耐磨工作層，則非常容易脫落，因此需要一種能夠在殘留層上繼續噴涂打底用的材料。CNB-955高溫復噴打底絲能很好地解決在殘留層上繼續噴的問題。CNB-955打底噴涂絲在飛行粒子到達基體時會釋放熱能，產生微冶金結合，能大幅度提高與基體的結合強度。同時該材料制出的過渡層與鍋爐管材的熱膨脹系數相近，在高溫運行中不會出現脫落現象。CNB-955高溫復噴打底絲的主要成分為鋁包鎳（Ni95Al5），并有少量稀土元素，與碳鋼結合強度可達65MPa以上。　　CNB-TB鍋爐專用電弧噴涂絲主要化學成分為：氧化物和硼化物金屬復合陶瓷、Ni、Cr、Mo、稀土等，具有很好的高溫硬度和耐磨性，特別適用于高溫磨蝕磨損嚴重的部位使用，如煤粉爐、煤粉鍋爐高溫段等沖蝕磨損和撞擊磨損嚴重的部位大面積制作防磨涂層。　　高溫封孔劑是在金屬防護熱噴涂結束后，經檢驗工作面噴涂質量合格后再刷涂的。　　金屬熱噴涂層一般都會有毛細孔，如果毛細孔沒有封閉，煙氣的腐蝕性成分就會滲入而破壞基體，甚至會沿涂層與基體交界處滲透，以致使涂層剝落。該材料主要成分為無機非金屬陶瓷和三元膠粘劑組成，因而有滲透力強、耐高溫、結合強度高等特點。　　

涂層主要技術指標：　　

硬度HRC：≥65；

孔 隙 率：≤0.5%；

使用溫度：≤1200℃；

導熱系數：60W/M*K 　　

噴涂粒子速度：≥380m/s；

結合強度：≥60Mpa；

噴涂溫度：≤120℃；　　

抗高溫氧化性 1.63×10-4 mg/(mm2.h) (800℃、100h)；

基體溫度：≤80℃ 　　

熱膨脹系數：12×10-6 ℃-1（0～700℃）

表面粗糙度Rz≤50μm；　　

粉未顆粒度：10-55μm；

涂層的氧化層：＜2%；　　

涂層總厚度：0.6～0.8mm

使用壽命：≥18個月