面向垃圾焚烧发电的Al2O3-TiO2陶瓷涂层的耐高温氯腐蚀性能研究

2021-12-21苏猛业柏华斌徐新达李恒生

全面腐蚀控制 2021年11期

苏猛业柏华斌洪斌徐新达李恒生

（1. 中电国际新能源控股有限公司，上海 200086；2. 商丘中电环保发电有限公司，河南商丘 476000；3. 芜湖中电环保发电有限公司，安徽芜湖 241000）

0 引言

新型垃圾发电项目不仅能无害化处理城市垃圾，有效减少对环境影响达到资源回收利用的良好效果，而且产生的热能用于发电带来可观的经济效益[1]。但垃圾成份复杂其燃烧产物会对锅炉设备造成严重的腐蚀，缩短设备的使用寿命甚至有较大可能导致爆管等事故。故采取一定的防腐耐磨防护措施对锅炉进行防护，对提高锅炉使用寿命、减少爆管停机等具有重大意义。

热喷涂涂层作为锅炉“四管”防护的主要方式之一，涂层的种类繁多按照喷涂材料的种类不同可分为金属涂层，陶瓷涂层和金属陶瓷涂层。陶瓷材料作为一种理想的耐高温涂层材料，但其较高的熔点和较低的韧性让陶瓷涂层的实际性能大打折扣。目前常采用等离子喷涂[2]、激光熔覆[3]和高速火焰喷涂等方式制备陶瓷涂层。高速火焰喷涂相对超音速喷涂设备灵活便携。相对普通火焰喷涂除了焰流能提供喷涂热能外还能利用高能加速气流加速喷涂粒子。在高速粒子在撞击到基材表面时能将动能转化成热能提高喷涂温度，从而获得致密度和结合强度较高的涂层[4]。激光熔覆的涂层存在较多的裂纹和气孔等缺陷而且激光熔覆受喷涂设备的限制涂层的喷涂效率较低。等离子喷涂相对其他喷涂方式能提供更高的焰流温度，实际喷涂效果优于高速火焰喷涂，涂层致密度高结合强度大。

Al2O3和TiO2陶瓷材料因其资源丰富价格低廉高温性质稳定，已成为耐腐蚀涂层的研究热点。同时在Al2O3陶瓷涂层中添加TiO2能降低陶瓷涂料的熔点提高涂层的致密性和韧性，提高其耐腐蚀性能[5]。在Ksiazek[6]等人的研究中以铸造铝合金为基体NiAl为过渡层，采用超音速喷涂Al2O3-15wt%TiO2涂层。结果表明涂层具有典型层状结构、低孔隙率和致密结构与基材有良好的粘附性。

目前关于热喷涂陶瓷涂层的研究主要集中于耐高温性能和耐腐蚀性能[7]，而面向垃圾发电的耐高温氯腐蚀涂层的研究很少有报道。本文在12Cr1MoV金属基体上先喷涂NiCrAl过渡底层，再通过等离子喷涂制备了不同TiO2含量的Al2O3-TiO2复合涂层，并研究了TiO2含量对于涂层的耐高温腐蚀性能的影响。

1 实验方法

试样基体材料为12Cr1MoV，圆片试样尺寸规格直径为60mm厚度为3mm；基体须经过喷砂处理，喷砂压力为0.6～0.8MPa石英砂粒径为8～14目，喷砂处理后表面清洁度需达到Sa3.0级。NiCrAl过渡底层材料为NiCrAl合金电弧喷涂丝材，丝材直径1.8mm；等离子喷涂材料为不同质量分数的Al2O3-xTiO2（x=20%、40%、60%）复合陶瓷粉末，粒度为40～50μm。

涂层高温腐蚀实验采用高温熔盐模拟腐蚀，在涂层表面刷涂一定浓度的KCl溶液，保证涂层上KCl浓度为2mg/cm2，烘干后置于箱式电阻炉内在750℃下保温2h、12h、24h并记录质量变化。对高温腐蚀后的试样采用金相显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪分别分析腐蚀后的组织、物相、微观形貌和组成情况。