表面工程课程设计

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1、目录循环流化床锅炉受热面管耐高温磨蚀涂层设计 3第一章零件的选择 31.1 零件的名称 31.2 零件尺寸 3第二章零件的服役条件、性能及技术要求 52.1 流化床锅炉简介 52.2 零件服役条件 52.3 性能要求 52.3.1 零件性能要求 52.3.2 涂层性能要求 62.4 技术要求 6第三章表面处理技术的选择 63.1 电弧喷涂 73.1.1 电弧喷涂的优点 73.1.2 电弧喷涂的缺点 73.2 电镀锌 73.2.1 电镀锌优点 83.2.2 电镀锌缺点 83.3 手工涂装 83.3.1 手工涂装的优点 93.3.2 手工涂装的缺点 93.4 三种处理技术的对比与选择 9第四章 零

2、件表面处理的工艺路线 104.1 用材选择 104.1.1 零件基材选择 104.1.2 电弧喷涂设备 104.1.3 喷涂材料选择 124.2 电弧喷涂工艺流程 134.2.1 基材预处理 134.2.2 喷涂过程 144.2.3 零件的工装图 16第五章 涂层的表征 175.1 涂层的组织形貌、成分及物相 175.1.1 涂层的组织形貌 175.1.2 涂层的成分 175.1.3 涂层的物相 185.2 涂层的性能表征 185.2.1 涂层硬度的检测 185.2.2 涂层的耐磨性检测 195.2.3 涂层抗氧化性能测试 205.2.4 涂层的耐蚀性测试 205.2.5 涂层的结合强度 21

3、5.2.6 涂层厚度检测 22附：江苏大学表面处理工艺卡循环流化床锅炉受热面管耐高温磨蚀涂层设计第一章零件的选择1.1 零件的名称循环流化床锅炉受热面管图1零件实物图1.2 零件尺寸管外径D=40mm厚度 d=4mm;长度 L=1.2m;管最小间距d2=30mm零件尺寸图见图2。4第二章 零件的服役条件、性能及技术要求2.1 流化床锅炉简介固体粒子经与气体或液体接触而转变为类似流体状态的过程， 称为流化过程。流化过程用于燃料燃烧，即为流化燃烧，其锅炉称为流化床锅炉。对比与旧式锅炉，其具有以下优点：(1) 燃料适应性广：循环流化床锅炉既可燃用优质煤，也可燃用各种劣质燃料，如高灰煤、高硫煤，以及油

4、页岩、垃圾等。(2) 燃烧效率高：在燃烧优质煤时，燃烧效率与煤粉锅炉持平；燃烧劣质煤时，燃烧效率约比煤粉锅炉高5%。(3) 高效脱硫：煤粉炉典型的脱硫效率一般为50%；而循环流化床锅炉的脱硫效率通常可达90%。(4) 污染物排放低：煤粉炉氮的氧化物排放量为循环流化床锅炉 212 倍。(5) 燃烧强度高：约为煤粉炉燃烧强度的 10 倍。(6)燃料预处理系统简单：煤粉炉所用的煤粉粒度以2050叩居多，而循环流化床锅炉的给煤粒度一般小于8mm因此，燃料的制备破碎系统大为简化。2.2 零件服役条件循环流化床锅炉的受热面管的工况条件恶劣 , 普通大气环境下以及固体物料冲蚀、 烟气腐蚀的恶劣环境中高温作业

5、， 其燃烧的煤多为低热值劣质煤(煤矸石、泥煤等 ) 、固体物料( 包括燃料、脱硫剂石灰石、床料等) 。2.3 性能要求2.3.1 零件性能要求（ 1)要求零件在静态650空气气氛中具有抗高温氧化和耐热腐蚀性能。（ 2)要求零件整体耐磨性提高，使零件在固体物料冲蚀、烟气腐蚀的恶劣环境中得到寿命提高。（ 3)要求零件有较高的耐火性，较少的受烟灰影响，从而燃料适应性以及燃烧效率。2.3.2 涂层性能要求为提高受热面管的综合性能， 满足其工况要求和使用要求， 高温耐磨蚀涂层材料必须具备以下性能：（ 1）良好的导热性能，以避免降低锅炉的热效率；（ 2）热膨胀系数要与基材的相近，以避免涂层脱落；（ 3）耐

6、高温腐蚀，即对高温氧化、硫化、氯化和碱金属盐类的热腐蚀具有较高的腐蚀抗力；（ 4）耐高温磨损，即涂层在高温环境下仍要保持高的耐磨性能；（ 5）涂层有低的孔隙率、高的致密度；（ 6）工艺操作性好，喷涂设备简单，技术操作简便，便于在锅炉现场进行大面积喷涂；（ 7） 成本低、 经济性好， 以满足大范围、 大面积喷涂及在国内推广使用的要求。2.4 技术要求循环流化锅炉受热面管涂层整体设计要求为高温条件下耐磨损耐腐蚀。 根据国家标准 DL/T 1600-2016 循环流化床锅炉燃烧系统技术条件以及 DL/T964-2005循环流化床锅炉性能试验规程,涂层厚度应在2mmz上，其涂层结合 强度N0Mpa其涂

7、层显微硬度 *200HV第三章 表面处理技术的选择本设计从热喷涂技术着手，热喷涂技术在国家标准GB/T18719-2002 热喷涂 术语、 分类 中定义 : 热喷涂技术是利用热源将喷涂材料加热至溶化或半溶化状态， 并以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法。 热喷涂技术在普通材料的表面上， 制造一个特殊的工作表面， 使其达到 : 防腐、 耐磨、减摩、抗高温、抗氧化、隔热、绝缘、导电、防微波辐射等一系多种功能，使其达到节约材料， 节约能源的目的， 我们把特殊的工作表面叫涂层， 把制造涂层的工作方法叫热喷涂。 一般认为 , 热喷涂过程经历4 个阶段 , 即喷涂材料加热熔化阶段、 熔

8、滴雾化阶段、 雾化颗粒飞行阶段和喷涂层形成阶段。 热喷涂技术是表面过程技术的重要组成部分之一， 约占表面工程技术的三分之一。 本次课程设计采用的是热喷涂中电弧喷涂Fe/BFe粉芯线材作为表面处理方法，然后以电镀锌 以及手工涂装刷涂易斯柏生产的 GK23耐热高聚合抗氧化防腐蚀漆处理作为对比， 进一步说明采用热喷涂的优势。3.1 电弧喷涂电弧喷涂是高效率、 高质量、 低成本的一项工艺， 是目前热喷涂技术中最受重视的技术之一。电弧喷涂是将两根被喷涂的金属丝作为自耗性电极， 分别接通电源的正负端在喷枪喷嘴处， 利用两金属丝短接瞬间产生的电弧为热源熔化自身， 借助压缩空气雾化熔滴并使之加速， 喷射到基体

9、材料表面形成涂层。 利用电弧喷涂在钢铁构件上喷涂锌、 铝涂层， 可对钢构件进行长效防腐防护。 电弧喷涂作为一种优质的修复技术，在机械零件上喷涂碳钢、铬钢、青铜、巴氏合金等材料，用于修复已磨损或尺寸超差的部位，已在机械维修和机械制造业得以应用。3.1.1 电弧喷涂的优点电弧喷涂 Fe/B Fe 粉芯线材具有如下优点：（ 1）效率高、对工件的热影响小。电弧喷涂将电能直接转化为热能熔化金属，热能利用率可高达60%70%。电弧喷涂时不形成火焰，因而在喷涂过程中工件始终处于低温（不超过200），避免了工件热变形；（ 2）可获得优异的涂层性能。电弧喷涂得到的涂层可以得到较高的结合强度，大于40Mpa使用2

10、根成分不同的金属丝还可以制备出表面合金化涂层，可以获得具有独特综合性能的涂层，该涂层可获得在650oC 以上高温条件下耐磨损耐腐蚀的优异性能。（ 3） 经济性好。 电弧喷涂能源利用率高, 而且电能的价格远远低于燃气价格， 施工成本低。3.1.2 电弧喷涂的缺点需要特定的金属丝，因此想要获得性能优异的涂层，对金属丝要求较高。3.2 电镀锌电镀锌又称冷镀锌，就是利用电解，在制件表面形成均匀、致密、结合良好的金属或合金沉积层的过程。与其他金属相比，锌是相对便宜而又易镀覆的一种金属，属低值防蚀电镀层， 被广泛用于保护钢铁件，特别是防止大气腐蚀，并用于装饰。其工艺流程为：化学除油一热水洗一冷水洗一电解除

11、油一热水洗一冷水洗一强腐 蚀一水洗一电镀锌铁合金一水洗一出光一钝化一水洗一干燥。其溶液配方如下表(表1)表1酸性氯化物镀锌配方组分及条件ZnNHCl载体光亮剂主光亮剂PH值电流密度(A/dm3)温度/oC251504%0.25%4.52.5203.2.1 电镀锌优点(1)抗腐蚀性好，结合细致均匀，不易被腐蚀性气体或液体进入内部。(2)由于锌层比较纯，无论在酸或碱性环境下都不易被腐蚀。长时间有效的保护钢体。(3)经过铭酸钝化后形成各种颜色使用，可根据客户喜爱挑选，镀锌美观大方, 具有装饰性。(4)锌镀层具有良好的延展性，在进行各种折弯，搬运撞击等都不会轻易掉落。3.2.2 电镀锌缺点(1)必须采

12、用阴极移动。移动太快，高电流密度区镀层粗糙；太慢，可能产生 气流，局部无镀层。(2)受温度的影响较大。温度太高，分散能力下降，镀层中铁含量高，耐蚀性 降低，钝化膜颜色不均匀，发花；温度太低，高电流密度区烧焦，镀层脆 性大，沉积速度慢。3.3 手工涂装刷涂是一种使用最早和最简单的涂装方法， 适用涂料的品种多。其操作是手 工用毛刷蘸上或由供给泵供给涂料， 按照一定操作方法，将涂料刷涂在工件表面 上，经干燥形成涂层。3.3.1 手工涂装的优点(1)工具简单，施工简便，易于掌握，灵活性强，适用性强，节省涂料 ；对于边 方、沟槽、及其设备底座等特殊位置和狭窄区域，其他施工方式难以涂装 的部位，常采用手工

13、刷涂方法施工。(2)涂料干燥后形成的涂层适用在长期 600oC高温腐蚀环境条件下对钢铁等金 属基体的防护；经涂覆23次后，涂层厚度可达200叩300叩，具有了高 效抗氧化性能。3.3.2 手工涂装的缺点(1)手工操作，生产效率低，劳动强度大，难控制涂层平均厚度。(2)对于干性较快的和流平性较差的涂料，刷涂容易留下刷痕，形成涂层不均 匀的现象，影响涂膜的平整度和装饰效果。3.4三种处理技术的对比与选择(1)从温度范围来讲，电镀锌涂层分解温度在400oC左右，而电弧喷涂Fe/B Fe粉芯线材和手工涂装的涂层其分解温度都在 600oC以上甚至更 高。(2)从实际操作来讲，电镀锌以及手工涂装两者操作不

14、简便，电镀锌操作时受 温度条件制约，手工涂装劳动强度太大，而电弧喷涂设备灵活，易于操作， 不受温度等条件制约。(3)从涂层性能、喷涂设备价格、喷涂材料成本和工艺的现场操作性等各方面 综合考虑，电弧喷涂成本低，涂层具有优异的耐高温腐蚀磨损性能，能够 有效地延长循环流化床锅炉受热面的使用寿命。综上所述，本表面工程课程设计选用电弧喷涂Fe/B Fe粉芯线材做为表面处理技术处理所选择的零件，其所需要的工艺参数见表2。表2电弧喷涂工艺参数空载电压工作电压工作电流空气压力喷涂距离喷枪移动速度涂层厚度36V35V270A0.6MPa80mm6cm/s3mm第四章 零件表面处理的工艺路线4.1 用材选择4.1.1 零件基材选择根据需要，基材选择 Q235B无缝钢管。其化学成分根据国标 GB700-88,如 表3。表3 Q235B无缝钢管化学成分元素成分C旬.12%0.20%Si4.3%MnR.3%0.7%S旬.045%P旬.045%Cr允许残余含量旬.30%Ni允许残余含量旬.30%Cu允许残余含量R.30 %Q235B钢管是以带钢卷板为原材料，经常温挤压成型，以自动双丝双面埋弧 焊工艺焊接而成的钢管。Q235Bffi属于普通碳素结构钢，与优质碳素钢的主要区 别在于对碳含量及性能范围要求，以及对硫、磷等残余元素的限制较宽，一般在 热轧状态下使用。Q235Bffi含碳适中，综合性能较