电弧喷涂在煤粉锅炉管道抗磨耐腐蚀防护中的应用

1国内外对煤粉锅炉管道热喷涂防护情况

　对于锅炉管道的防护，国外一般采用氧乙炔粉末喷涂、线材火焰喷涂，电弧喷涂和等离子工艺。前2 种施工因火焰温度低，材料熔化不充分，且喷涂粒子速度低，颗粒撞击速度低，使涂层表面形成较多的氧化物，孔隙率较高，结合强度降低。后2种喷涂工艺都能形成结合强度高、孔隙率低和极少氧化物涂层，因而应用较为广泛。　　美国最近推出以Ni-Cr合金为基础，加入Cr2C3金属陶瓷的复合材料，用超音速火焰喷涂工艺，专用于锅炉高温冲蚀严重的部位。日本、英国采用了等离子喷涂技术，火焰喷涂铁基铬铝和镍铬合金。瑞士和瑞典也采用了电弧和火焰喷涂。美国Metalspray公司最近还用电弧喷涂Fe19Cr15W7Ti6Ni合金来防止锅炉燃烧室管壁的冲蚀。　　我国电力行业的一些单位采用电弧喷涂镍铬合金及镍铬铝合金在电站锅炉管壁防磨抗腐蚀的应用进行了研究均取得了明显的经济效益和社会效益。

2电弧喷涂技术及其特点

　　电弧喷涂是以电弧为热源，将金属丝熔化并用气流雾化，使熔融粒子高速喷涂到工件表面形成涂层的一种工艺。　　电弧喷涂技术的主要特点如下：　　 ⑴可以在不提高工件温度、不使用贵重底层材料的情况下获得高的涂层结合强度，结合强度可达20MPa，电弧喷涂层的结合强度是火焰喷涂层的2.5倍。　　 ⑵电弧喷涂的高效率表现在单位时间内喷涂金属的质量大。电弧喷涂的生产效率正比于电弧电流，比火焰喷涂提高2～6倍。　　 ⑶电弧喷涂的节能效果十分突出，能源利用率显著高于其它喷涂方法，而能源费用降低50%以上，除它的能源利用率很高外，加之电能的价格又远低于氧气和乙炔，其费用通常仅为火焰喷涂的1/10。　　⑷电弧喷涂技术仅使用电和压缩空气，不用氧气、乙炔等易燃气体，安全性高。　　由于电弧喷涂具有上述特点，使它在近20年间获得迅速发展，在国际上已逐步部分取代火焰喷涂和等离子喷涂。　　高速射流电弧喷涂系利用新型的喷管设计和改进喷涂枪，采用高压空气流或燃料燃烧产生的高速射流作雾化气流，可加速熔滴的脱离，使粒子加速度显著增加，并提高电弧的稳定性。　　采用高速射流电弧喷涂技术，可以得到更优异的喷涂质量，使喷涂层使用寿命会明显高于普通电弧喷涂层，零件的使用寿命得到更有效地延长，从而可进一步降低维修保养费用。

3高速电弧喷涂技术在煤粉锅炉水冷壁管腐蚀防护中的应用。

　　我厂使用2台YG-240/9.8-M8型循环流化床锅炉，针对上述受热面部位热腐蚀磨损失效机理及大多数煤粉锅炉实际使用和腐蚀磨损情况，我们采用超音速电弧喷涂，并选用耐冲击磨损和抗高温氧化性俱佳的CNB-955高温复喷打底丝作为打底层+CNB-TB作为工作层+高温耐磨防腐蚀专用封孔剂进行封孔，在涂层边缘设置过渡区域，过渡区域宽度为100～150mm，平滑过渡。由此制得的复合涂层能满足涂层边缘带结合强度要求。　　煤粉锅炉管防磨喷涂运行若干时间后，有的涂层已被磨掉，但有的部位还有残留涂层。为了保护锅炉安全运行，需要再次进行喷涂施工，但喷砂时难以全部清除残留涂层和喷出理想的毛面，如果直接喷涂耐磨工作层，则非常容易脱落，因此需要一种能够在残留层上继续喷涂打底用的材料。CNB-955高温复喷打底丝能很好地解决在残留层上继续喷的问题。CNB-955打底喷涂丝在飞行粒子到达基体时会释放热能，产生微冶金结合，能大幅度提高与基体的结合强度。同时该材料制出的过渡层与锅炉管材的热膨胀系数相近，在高温运行中不会出现脱落现象。CNB-955高温复喷打底丝的主要成分为铝包镍（Ni95Al5），并有少量稀土元素，与碳钢结合强度可达65MPa以上。　　CNB-TB锅炉专用电弧喷涂丝主要化学成分为：氧化物和硼化物金属复合陶瓷、Ni、Cr、Mo、稀土等，具有很好的高温硬度和耐磨性，特别适用于高温磨蚀磨损严重的部位使用，如煤粉炉、煤粉锅炉高温段等冲蚀磨损和撞击磨损严重的部位大面积制作防磨涂层。　　高温封孔剂是在金属防护热喷涂结束后，经检验工作面喷涂质量合格后再刷涂的。　　金属热喷涂层一般都会有毛细孔，如果毛细孔没有封闭，烟气的腐蚀性成分就会渗入而破坏基体，甚至会沿涂层与基体交界处渗透，以致使涂层剥落。该材料主要成分为无机非金属陶瓷和三元胶粘剂组成，因而有渗透力强、耐高温、结合强度高等特点。　　

涂层主要技术指标：　　

硬度HRC：≥65；

孔 隙 率：≤0.5%；

使用温度：≤1200℃；

导热系数：60W/M*K 　　

喷涂粒子速度：≥380m/s；

结合强度：≥60Mpa；

喷涂温度：≤120℃；　　

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

基体温度：≤80℃ 　　

热膨胀系数：12×10-6 ℃-1（0～700℃）

表面粗糙度Rz≤50μm；　　

粉未颗粒度：10-55μm；

涂层的氧化层：＜2%；　　

涂层总厚度：0.6～0.8mm

使用寿命：≥18个月