NiCrTi系高温防硫腐蚀喷涂材料45CT与PS45的对比研究

肖宏博，邱质彬，谢明均，赵兴华

(1.四川华电珙县发电有限公司，四川 宜宾 644502;2.华电电力科学研究院，浙江 杭州 310030)

0 引言

锅炉受热面管的高温硫腐蚀［1］是影响电站锅炉安全运行的重要问题之一，对于燃用高硫无烟煤的锅炉，该问题尤为突出。多年来，国内外对电站锅炉高温腐蚀的机制［2］和防护技术进行了大量的研究与应用［3－7］。美国TAFA公司研发的NiCrTi系电弧喷涂涂层材料45CT已在国内外电站锅炉受热面高温防腐领域发挥了重要作用，能够有效提高电站锅炉受热面管抗高温腐蚀能力。某电厂#1，#2锅炉水冷壁管于1997年采用45CT进行了超音速喷涂，至今未发生由于高温硫腐蚀而导致的水冷壁管泄漏。但对于目前经营状况紧张的国内电厂而言，45CT价格过高。所以，针对这种情况，国内相关单位针对45CT开发了相对廉价的PS45，但该材料是否能够替代45CT，是国内许多电厂感兴趣的问题。因此，四川华电珙县发电有限公司与华电电力科学研究院就45CT与PS45 2种NiCrTi系喷涂材料的主要性能指标与涂层高温腐蚀性能进行了试验与分析，希望能为电厂提供实验室角度的参考数据。

1 试验材料与试验方法

1.1 试验材料与试样制作

试验基体材料选用20钢，喷涂材料为45CT与PS45。试样尺寸为ø 25mm×50mm，用16目的棕刚玉以45°、距离200 mm对试样全身进行喷砂处理，然后使用Excalibur 2000超音速电弧机进行喷涂，其中2个试样喷涂45CT，另2个试样喷涂PS45。

1.2 试验方法

高温硫腐蚀试验温度选定为650℃，大气气氛;试样尺寸为ø 25 mm×50 mm;用毛笔蘸取物质的量的比为7∶3的Na2SO4与K2SO4饱和水溶液均匀涂到试样表面，烘干后可留下一层均匀盐膜。随后将试样称重并置于650℃大气气氛中，进行腐蚀试验。试样在保温到预定时间后取出，待冷却后重新称重，然后再按涂盐→烘干→称重→腐蚀的顺序进行试验。腐蚀增重的数据按公式(1)进行处理。腐蚀时间共200 h，每20 h左右进行1次凃盐称重，最后根据数据点绘制出腐蚀动力学曲线。

式中:Wi为第i次腐蚀前试件称重;Wi+1为第i次涂盐后的称重;Wi+2为第i次腐蚀后的称重;A为试件的总表面积;0.6为扣除盐膜结晶水的系数。

截取45CT与PS45丝材各一段进行化学成分分析，使用带有EDS的TESCAN 3 VEGA XMH扫描电镜对涂层腐蚀前、后的组织与成分的观察分析，并使用X射线衍射分析仪对涂层腐蚀前、后的物相进行分析。

2 试验结果与分析

2.1 成分与微观组织形貌试验结果与分析

表1为45CT与PS45的化学分析结果，结果显示2种材料的化学成分非常接近，无明显区别。然后对45CT与PS45涂层的显微组织进行了对比分析，如图1所示。

表1 试样化学分析试验结果 %

图1 45CT与PS45涂层的显微组织

由图1可以看出，2种材料制备涂层的微观组织形貌具有很高的相似度，由深色与浅色两相组成。对2种涂层组织进行能谱面分析(如图2所示)，结果显示2种涂层的深色与浅色区域的元素分布类似，深色相的主要成分为Cr与O元素，浅色相的主要成分为Ni元素。对2种涂层组织进行X射线衍射分析(如图3所示)，结果显示2种涂层的主要组成相均为Ni的固溶体与Cr2O3。结合图2结果分析，可以认为45CT与PS45涂层均是由形貌类似的浅色Ni的固溶体基体以及深色Cr2O3强化相组成的。上述结果与分析表明:45CT与PS45的成分与涂层组织结构无明显区别。

2.2 高温腐蚀试验结果与分析

图2 涂层组织的元素分布

图3 涂层的XRD衍射分析

图4为45CT与PS45高温腐蚀动力学曲线。由图4可以看出，在本文试验条件下，PS45与45CT具有相似的抗高温腐蚀能力。使用扫描电子显微镜对2种涂层腐蚀前、后的表面形貌进行观察图(如图5所示)，结果显示腐蚀后2种涂层表面由腐蚀前颗粒与光滑状共存组织变成了致密颗粒状组织，能谱分析(如图6所示)显示2种涂层的这种颗粒状组织具有一致的成分。对清洗前与清洗后的涂层表面进行XRD衍射分析试验(如图7所示)，结果显示涂层经腐蚀的致密颗粒状组织主要由Cr2O3与Cr2NiO4构成，这种结构具有非常强的抗高温腐蚀能力［8］，这是涂层抗高温腐蚀能力强的主要原因。清洗前、后的涂层XRD衍射分析结果(如图7所示)表明:清洗前较清洗后涂层表面仅多出了Na2SO4，而图3显示涂层本身并不含有Na，这说明腐蚀介质可能并未对涂层造成S腐蚀，这进一步说明了45CT与PS45具有较强的抗高温腐蚀能力。

图6 45CT与PS45涂层颗粒能谱分析

图7 涂层清洗前、后表面产物的XRD衍射分析结果

3 结论

(1)45CT与PS45在成分与其涂层的微观组织形貌上非常类似，可以认为基本无明显区别。

(2)在本文试验条件下，PS45与45CT具有非常高且相似的抗高温腐蚀能力。

(3)涂层表面形成的致密的Cr2O3与Cr2NiO4结构是涂层具有良好的抗高温腐蚀性能的主要原因。

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