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1、超耐磨、耐腐蚀金属陶瓷节能技术二O一O年九月一、背景介绍一、背景介绍n n1 1、高温腐蚀、高温腐蚀n n燃煤电站锅炉的水冷壁、过热器、再热器等高温受热燃煤电站锅炉的水冷壁、过热器、再热器等高温受热燃煤电站锅炉的水冷壁、过热器、再热器等高温受热燃煤电站锅炉的水冷壁、过热器、再热器等高温受热面，常常因高温氧化、腐蚀而早期失效。随着大容量、面，常常因高温氧化、腐蚀而早期失效。随着大容量、面，常常因高温氧化、腐蚀而早期失效。随着大容量、面，常常因高温氧化、腐蚀而早期失效。随着大容量、高参数锅炉的应用，这种高温腐蚀现象更加明显，并高参数锅炉的应用，这种高温腐蚀现象更加明显，并高参数锅炉的应用，这种高温
2、腐蚀现象更加明显，并高参数锅炉的应用，这种高温腐蚀现象更加明显，并且严重影响了电厂的安全运行，是造成机组非正常停且严重影响了电厂的安全运行，是造成机组非正常停且严重影响了电厂的安全运行，是造成机组非正常停且严重影响了电厂的安全运行，是造成机组非正常停机的一个重要因素。机的一个重要因素。机的一个重要因素。机的一个重要因素。n n高温腐蚀现象存在于不同容量机组锅炉上，蒸汽参数高温腐蚀现象存在于不同容量机组锅炉上，蒸汽参数高温腐蚀现象存在于不同容量机组锅炉上，蒸汽参数高温腐蚀现象存在于不同容量机组锅炉上，蒸汽参数有次高温高压、高温高压、超高温高压和亚临界压力，有次高温高压、高温高压、超高温高压和亚临
3、界压力，有次高温高压、高温高压、超高温高压和亚临界压力，有次高温高压、高温高压、超高温高压和亚临界压力，使用的燃料有无烟煤、半无烟煤和贫煤，国外使用褐使用的燃料有无烟煤、半无烟煤和贫煤，国外使用褐使用的燃料有无烟煤、半无烟煤和贫煤，国外使用褐使用的燃料有无烟煤、半无烟煤和贫煤，国外使用褐煤的机组也存在着类似的情况。煤的机组也存在着类似的情况。煤的机组也存在着类似的情况。煤的机组也存在着类似的情况。高温腐蚀机理高温腐蚀机理n n水水水水冷冷冷冷壁壁壁壁烟烟烟烟气气气气侧侧侧侧高高高高温温温温腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀的的的的过过过过程程程程比比比比较较较较复复复复杂杂杂杂，目目目目前前前前一一一一般般般般
4、认认认认为为为为高高高高温温温温腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀的的的的发发发发生生生生与与与与下下下下列列列列因因因因素素素素有有有有关关关关：燃燃燃燃煤煤煤煤含含含含硫硫硫硫量量量量高高高高；受受受受热热热热面面面面区区区区域域域域烟烟烟烟温温温温高高高高；水水水水冷冷冷冷壁壁壁壁经经经经常常常常处处处处于于于于还还还还原原原原性性性性气气气气氛氛氛氛中中中中；受受受受热热热热面面面面材材材材质质质质不不不不耐耐耐耐高高高高温温温温腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀；含含含含有有有有可可可可燃燃燃燃物物物物的的的的煤煤煤煤粉粉粉粉火火火火焰焰焰焰直直直直接冲刷壁面等。接冲刷壁面等。接冲刷壁面等。接冲刷壁面等。n n煤煤煤煤
5、的的的的含含含含硫硫硫硫量量量量高高高高时时时时，水水水水冷冷冷冷壁壁壁壁外外外外部部部部沉沉沉沉积积积积物物物物的的的的化化化化学学学学构构构构成成成成易易易易于于于于促促促促成成成成高高高高温温温温腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀的的的的发发发发生生生生。如如如如果果果果水水水水冷冷冷冷壁壁壁壁管管管管壁壁壁壁外外外外部部部部经经经经常常常常遭遭遭遭受受受受含含含含有有有有大大大大量量量量未未未未燃燃燃燃尽尽尽尽煤煤煤煤粉粉粉粉火火火火焰焰焰焰的的的的冲冲冲冲刷刷刷刷，使使使使硫硫硫硫化化化化亚亚亚亚铁铁铁铁（FeSFeSFeSFeS2 2 2 2）随随随随煤煤煤煤粉粉粉粉颗颗颗颗粒粒粒粒或或或或灰灰灰灰
6、份份份份粘粘粘粘附附附附在在在在管管管管壁壁壁壁上上上上，经经经经炉炉炉炉内内内内催催催催化化化化形形形形成成成成的的的的原原原原子子子子S S S S和和和和SOSOSOSO3 3 3 3会会会会使使使使水水水水冷冷冷冷壁壁壁壁产产产产生生生生高高高高温温温温腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀；在在在在缺缺缺缺氧氧氧氧的的的的情情情情况况况况下下下下如如如如果果果果水水水水冷冷冷冷壁壁壁壁面面面面附附附附近近近近的的的的还还还还原原原原性性性性气气气气体体体体H H H H2 2 2 2S S S S和和和和COCOCOCO的的的的含含含含量量量量较高时，也会使水冷壁产生高温腐蚀。较高时，也会使水冷壁产生高温
7、腐蚀。较高时，也会使水冷壁产生高温腐蚀。较高时，也会使水冷壁产生高温腐蚀。 腐蚀实例腐蚀实例(1)(1)n n某电厂某电厂某电厂某电厂2 2 2 2600MW600MW600MW600MW超临界变压直流炉，型号为超临界变压直流炉，型号为超临界变压直流炉，型号为超临界变压直流炉，型号为DG1900/25.4DG1900/25.4DG1900/25.4DG1900/25.46666，锅炉型式为单炉膛、，锅炉型式为单炉膛、，锅炉型式为单炉膛、，锅炉型式为单炉膛、“ “W W W W” ”形火形火形火形火焰燃烧。焰燃烧。焰燃烧。焰燃烧。n n所用无烟煤，属难着火、难燃尽、中等结渣的无烟煤。所用无烟煤，
8、属难着火、难燃尽、中等结渣的无烟煤。所用无烟煤，属难着火、难燃尽、中等结渣的无烟煤。所用无烟煤，属难着火、难燃尽、中等结渣的无烟煤。其中燃用煤中设计硫含量其中燃用煤中设计硫含量其中燃用煤中设计硫含量其中燃用煤中设计硫含量SarSarSarSar 2.312.312.312.31% % % %。n nSar1%Sar1%Sar1%Sar1%， 350350350350，还原性气氛的情况下，受热面，还原性气氛的情况下，受热面，还原性气氛的情况下，受热面，还原性气氛的情况下，受热面即可发生高温腐蚀，管壁的腐蚀减薄速度为即可发生高温腐蚀，管壁的腐蚀减薄速度为即可发生高温腐蚀，管壁的腐蚀减薄速度为即可发
9、生高温腐蚀，管壁的腐蚀减薄速度为0.7-0.7-0.7-0.7-1.5mm1.5mm1.5mm1.5mm/ / / /年。年。年。年。n n运行不到两年，由于水冷壁大面积腐蚀减薄，造成爆运行不到两年，由于水冷壁大面积腐蚀减薄，造成爆运行不到两年，由于水冷壁大面积腐蚀减薄，造成爆运行不到两年，由于水冷壁大面积腐蚀减薄，造成爆管事故多起，严重影响电厂安全经济运行。管事故多起，严重影响电厂安全经济运行。管事故多起，严重影响电厂安全经济运行。管事故多起，严重影响电厂安全经济运行。 示例：某电厂示例：某电厂300MW机组锅炉水冷机组锅炉水冷壁高温腐蚀壁高温腐蚀某电厂仅运行一年后，水冷壁管大面积腐蚀爆管某
10、电厂仅运行一年后，水冷壁管大面积腐蚀爆管某电厂仅运行一年后，水冷壁管大面积腐蚀爆管某电厂仅运行一年后，水冷壁管大面积腐蚀爆管2 2、高温磨损、高温磨损n n火电厂省煤器普遍存在磨损问题；火电厂省煤器普遍存在磨损问题；火电厂省煤器普遍存在磨损问题；火电厂省煤器普遍存在磨损问题；n n循环流化床锅炉水冷壁磨损为共性问题循环流化床锅炉水冷壁磨损为共性问题循环流化床锅炉水冷壁磨损为共性问题循环流化床锅炉水冷壁磨损为共性问题n n水泥窑炉热电偶套管高温磨损严重水泥窑炉热电偶套管高温磨损严重水泥窑炉热电偶套管高温磨损严重水泥窑炉热电偶套管高温磨损严重n nCFBCFBCFBCFB锅炉炉内受热面包括膜式水冷
11、壁、双面水冷壁以锅炉炉内受热面包括膜式水冷壁、双面水冷壁以锅炉炉内受热面包括膜式水冷壁、双面水冷壁以锅炉炉内受热面包括膜式水冷壁、双面水冷壁以及全分隔墙水冷壁等，其磨损问题是目前及全分隔墙水冷壁等，其磨损问题是目前及全分隔墙水冷壁等，其磨损问题是目前及全分隔墙水冷壁等，其磨损问题是目前CFBCFBCFBCFB锅炉运锅炉运锅炉运锅炉运行中普遍存在的问题。如不采取防磨措施或措施采用行中普遍存在的问题。如不采取防磨措施或措施采用行中普遍存在的问题。如不采取防磨措施或措施采用行中普遍存在的问题。如不采取防磨措施或措施采用不当，往往会在锅炉投运几个月后逐渐暴露出来，锅不当，往往会在锅炉投运几个月后逐渐暴
12、露出来，锅不当，往往会在锅炉投运几个月后逐渐暴露出来，锅不当，往往会在锅炉投运几个月后逐渐暴露出来，锅炉频繁爆管，给电厂带来很大的经济损失，尤其是锅炉频繁爆管，给电厂带来很大的经济损失，尤其是锅炉频繁爆管，给电厂带来很大的经济损失，尤其是锅炉频繁爆管，给电厂带来很大的经济损失，尤其是锅炉燃用劣质煤（煤矸石掺烧比例大、灰分高）时问题炉燃用劣质煤（煤矸石掺烧比例大、灰分高）时问题炉燃用劣质煤（煤矸石掺烧比例大、灰分高）时问题炉燃用劣质煤（煤矸石掺烧比例大、灰分高）时问题更加突出。更加突出。更加突出。更加突出。n n循循循循环环环环流流流流化化化化床床床床锅锅锅锅炉炉炉炉与与与与传传传传统统统统的的
13、的的煤煤煤煤粉粉粉粉锅锅锅锅炉炉炉炉不不不不同同同同，炉炉炉炉内内内内床床床床料料料料在在在在烟烟烟烟气气气气携携携携带带带带下下下下沿沿沿沿炉炉炉炉膛膛膛膛上上上上升升升升，经经经经炉炉炉炉膛膛膛膛上上上上部部部部出出出出口口口口进进进进入入入入分分分分离离离离器器器器，在在在在分分分分离离离离器器器器中中中中进进进进行行行行气气气气、固固固固两两两两相相相相分分分分离离离离，被被被被分分分分离离离离后后后后的的的的烟烟烟烟气气气气经经经经分分分分离离离离器器器器上上上上部部部部出出出出口口口口，进进进进入入入入锅锅锅锅炉炉炉炉尾尾尾尾部部部部烟烟烟烟道道道道，被被被被分分分分离离离离出出出
14、出来来来来的的的的固固固固体体体体粒粒粒粒子子子子，经经经经返返返返料料料料阀阀阀阀再再再再返返返返回回回回炉炉炉炉膛膛膛膛下下下下部部部部。在在在在循循循循环环环环流流流流化化化化床床床床锅锅锅锅炉炉炉炉的的的的运运运运行行行行中中中中，含含含含有有有有燃燃燃燃料料料料、燃燃燃燃料料料料灰灰灰灰、石石石石灰灰灰灰石石石石及及及及其其其其反反反反应应应应产产产产物物物物的的的的固固固固体体体体床床床床料料料料，在在在在炉炉炉炉膛膛膛膛分分分分离离离离器器器器返返返返料料料料阀阀阀阀炉炉炉炉膛膛膛膛这这这这一一一一封封封封闭闭闭闭循循循循环环环环回回回回路路路路里里里里处处处处在在在在不不不不停
15、停停停地地地地高高高高温温温温循循循循环环环环流流流流动动动动中中中中，并并并并在在在在炉炉炉炉内内内内以以以以850850850850950950950950进进进进行行行行高高高高效效效效率率率率燃燃燃燃烧烧烧烧及及及及脱脱脱脱硫硫硫硫反反反反应应应应。除除除除床床床床料料料料在在在在这这这这一一一一回回回回路路路路中中中中作作作作外外外外循循循循环环环环流流流流动动动动外外外外，在在在在重重重重力力力力作作作作用用用用下下下下，床床床床料料料料在在在在炉炉炉炉内内内内不不不不断断断断地地地地进进进进行行行行内内内内循循循循环环环环流流流流动。因此，在循环回路的相应部位会产生一定的磨损。动
16、。因此，在循环回路的相应部位会产生一定的磨损。动。因此，在循环回路的相应部位会产生一定的磨损。动。因此，在循环回路的相应部位会产生一定的磨损。n n在在在在循循循循环环环环流流流流化化化化床床床床锅锅锅锅炉炉炉炉中中中中，炉炉炉炉内内内内受受受受热热热热面面面面的的的的磨磨磨磨损损损损主主主主要要要要表表表表现现现现为为为为冲冲冲冲蚀蚀蚀蚀磨磨磨磨损损损损。冲冲冲冲蚀蚀蚀蚀磨磨磨磨损损损损是是是是指指指指流流流流体体体体或或或或固固固固体体体体颗颗颗颗粒粒粒粒以以以以一一一一定定定定的的的的速速速速度和角度对材料表面进行冲击造成的磨损。度和角度对材料表面进行冲击造成的磨损。度和角度对材料表面进
17、行冲击造成的磨损。度和角度对材料表面进行冲击造成的磨损。n n冲冲冲冲蚀蚀蚀蚀磨磨磨磨损损损损有有有有两两两两种种种种基基基基本本本本类类类类型型型型：一一一一种种种种为为为为冲冲冲冲刷刷刷刷磨磨磨磨损损损损，另另另另一一一一种种种种为为为为撞撞撞撞击击击击磨磨磨磨损损损损，这这这这两两两两种种种种磨磨磨磨损损损损的的的的冲冲冲冲蚀蚀蚀蚀表表表表面面面面流流流流失失失失过过过过程程程程的的的的微微微微观观观观形形形形貌貌貌貌是是是是不不不不完完完完全全全全相相相相同同同同的的的的。冲冲冲冲刷刷刷刷磨磨磨磨损损损损是是是是颗颗颗颗粒粒粒粒相相相相对对对对固固固固体体体体表表表表面面面面冲击角较小
18、，冲击角较小，冲击角较小，冲击角较小，容易产生局部磨损的部位容易产生局部磨损的部位n n浇注料上部的水冷壁浇注料上部的水冷壁浇注料上部的水冷壁浇注料上部的水冷壁n n弯曲变形后的管屏弯曲变形后的管屏弯曲变形后的管屏弯曲变形后的管屏n n受热面穿墙管受热面穿墙管受热面穿墙管受热面穿墙管n n受热面弯管受热面弯管受热面弯管受热面弯管n n受热面开孔的地方受热面开孔的地方受热面开孔的地方受热面开孔的地方n n不规则的水冷壁鳍片焊缝、焊瘤等施工遗留不规则的水冷壁鳍片焊缝、焊瘤等施工遗留不规则的水冷壁鳍片焊缝、焊瘤等施工遗留不规则的水冷壁鳍片焊缝、焊瘤等施工遗留下的痕迹下的痕迹下的痕迹下的痕迹解决区域性
19、磨损的两种方法n n采采采采用用用用受受受受热热热热面面面面表表表表面面面面处处处处理理理理技技技技术术术术，即即即即采采采采用用用用热热热热喷喷喷喷涂涂涂涂技技技技术术术术在在在在受受受受热热热热面面面面表表表表面面面面喷喷喷喷涂涂涂涂一一一一层层层层高高高高硬硬硬硬度度度度的的的的涂涂涂涂层层层层材材材材料料料料，该方法为被动防磨技术；该方法为被动防磨技术；该方法为被动防磨技术；该方法为被动防磨技术；n n采采采采用用用用主主主主动动动动多多多多阶阶阶阶式式式式防防防防磨磨磨磨梁梁梁梁防防防防磨磨磨磨技技技技术术术术，但但但但易易易易引引引引起起起起排烟温度升高。排烟温度升高。排烟温度升高
20、。排烟温度升高。 二、高温腐蚀、磨损的表面防护技术二、高温腐蚀、磨损的表面防护技术n n主动防护：优化设计，但只能减缓腐蚀速度。主动防护：优化设计，但只能减缓腐蚀速度。主动防护：优化设计，但只能减缓腐蚀速度。主动防护：优化设计，但只能减缓腐蚀速度。n n被动防护：被动防护：被动防护：被动防护：表面涂覆层防护技术；表面涂覆层防护技术；表面涂覆层防护技术；表面涂覆层防护技术； 选用选用选用选用较好的耐蚀合金材料，如选用较好的耐蚀合金材料，如选用较好的耐蚀合金材料，如选用较好的耐蚀合金材料，如选用T91/P91T91/P91T91/P91T91/P91、347HFG347HFG347HFG347HF
21、G、HR3CHR3CHR3CHR3C等，但造价过高；等，但造价过高；等，但造价过高；等，但造价过高；n n电厂锅炉常用表面防腐技术：电厂锅炉常用表面防腐技术：电厂锅炉常用表面防腐技术：电厂锅炉常用表面防腐技术：热喷涂热喷涂热喷涂热喷涂技术。技术。技术。技术。2.1 热喷涂技术概述n n热喷涂技术及其分类热喷涂技术及其分类热喷涂技术及其分类热喷涂技术及其分类n n热热热热喷喷喷喷涂涂涂涂技技技技术术术术是是是是材材材材料料料料表表表表面面面面强强强强化化化化与与与与保保保保护护护护的的的的重重重重要要要要技技技技术术术术，它它它它在在在在表面技术中占有重要地位。表面技术中占有重要地位。表面技术中
22、占有重要地位。表面技术中占有重要地位。n n该该该该项项项项技技技技术术术术在在在在我我我我国国国国始始始始于于于于20202020世世世世纪纪纪纪50505050年年年年代代代代，目目目目前前前前，无无无无论论论论在在在在设设设设备备备备、材材材材料料料料、工工工工艺艺艺艺、应应应应用用用用成成成成果果果果等等等等方方方方面面面面都都都都在在在在迅迅迅迅速速速速发发发发展展展展与与与与提提提提高，已成为表面技术一个重要组成部分。高，已成为表面技术一个重要组成部分。高，已成为表面技术一个重要组成部分。高，已成为表面技术一个重要组成部分。n n热热热热喷喷喷喷涂涂涂涂以以以以热热热热源源源源形形
23、形形式式式式可可可可简简简简单单单单分分分分为为为为四四四四大大大大类类类类：火火火火焰焰焰焰喷喷喷喷涂涂涂涂、电电电电弧喷涂、等离子喷涂和特种喷涂弧喷涂、等离子喷涂和特种喷涂弧喷涂、等离子喷涂和特种喷涂弧喷涂、等离子喷涂和特种喷涂。热喷涂技术热喷涂技术 原理：原理： 指指以以某某种种热热源源，将将粉粉末末或或线线状状材材料料加加热热到到熔熔化化或或熔熔融融状状态态后后，用用高高压压高高速速气气流流将将其其雾雾化化成成细细小小的的颗颗粒粒喷喷射射到到零零件件表表面面上上，形成一层覆盖层的过程。形成一层覆盖层的过程。 常用热喷涂的主要方法 1)1)火焰喷涂火焰喷涂2)2)电弧喷涂电弧喷涂3)3)
24、等离子喷涂等离子喷涂( (气体导电（或放电）所产气体导电（或放电）所产生的等离子电弧作为高温热源生的等离子电弧作为高温热源 ) )表1 常见热喷涂技术的特点技术特点等离子喷涂(PS)超音速火焰喷涂(HVOF)电弧喷涂(AS)熔粒速度/ms-1温度值/K涂层孔隙率/%典 型 结 合 强 度/MPa喷涂特点40010000120001103070 喷涂陶瓷颗粒材料，孔隙率低，结合性好，污染低，成本较高60030004000154090喷涂一般颗粒材料，孔隙率低，结合性好，成本较高100400050002151540成本低，效率高，喷涂导电金属丝材，孔隙率较高热喷涂技术的共同特点n n热喷涂技术的种
25、类多；热喷涂技术的种类多；热喷涂技术的种类多；热喷涂技术的种类多；n n涂层的功能多；涂层的功能多；涂层的功能多；涂层的功能多；n n热喷涂涂层中含有一定的孔隙热喷涂涂层中含有一定的孔隙热喷涂涂层中含有一定的孔隙热喷涂涂层中含有一定的孔隙（固有缺点）（固有缺点）；n n适用热喷涂的零件范围宽；适用热喷涂的零件范围宽；适用热喷涂的零件范围宽；适用热喷涂的零件范围宽；n n设备简单、生产率高；设备简单、生产率高；设备简单、生产率高；设备简单、生产率高；n n涂层与基体之间主要是机械结合涂层与基体之间主要是机械结合（固有缺（固有缺点）点）热喷涂技术原理热喷涂技术原理n n火焰喷涂n n电弧喷涂n n
26、等离子喷涂n n高速氧燃料喷涂HVOF各种热喷涂技术的指标各种热喷涂技术的指标火焰喷涂火焰喷涂Schematic of Flame Spraying System 电弧喷涂电弧喷涂电弧喷涂电弧喷涂火电厂常用技术火电厂常用技术火电厂常用技术火电厂常用技术 电弧喷涂工艺基本设施电弧喷涂工艺基本设施Schematic of Arc Spraying System 电弧喷涂枪原理喷涂施工过程喷涂施工过程n n表面预处理；喷涂施工；涂层后处理。表面预处理；喷涂施工；涂层后处理。n n热喷涂主要工序：前处理热喷涂主要工序：前处理喷涂喷涂后处后处理（产品检验理（产品检验除油除油去毛疵及飞溅物去毛疵及飞溅物等
27、等除锈除锈粗糙粗糙检测粗糙度检测粗糙度清理干清理干净净喷涂喷涂检验检验封闭封闭检验检验出厂）出厂） 为何要进行表面预处理？为何要进行表面预处理？电弧喷涂技术在国内发展历程电弧喷涂技术在国内发展历程n n上上上上世世世世纪纪纪纪80808080年年年年开开开开始始始始：航航航航空空空空、机机机机械械械械制制制制造造造造、冶冶冶冶金金金金、石石石石油油油油化化化化工工工工、交交交交通通通通、纺纺纺纺织织织织、桥桥桥桥梁梁梁梁、电电电电站站站站锅锅锅锅炉炉炉炉等等等等先先先先后后后后采采采采用用用用渗渗渗渗铝铝铝铝，热热热热喷喷喷喷涂涂涂涂技技技技术术术术制制制制备备备备涂涂涂涂层层层层，用用用用于
28、于于于耐耐耐耐磨磨磨磨、耐耐耐耐蚀蚀蚀蚀、耐耐耐耐高高高高温温温温氧氧氧氧化化化化、电电电电绝绝绝绝缘缘缘缘、减减减减摩摩摩摩、防滑和润滑、密封等目的；防滑和润滑、密封等目的；防滑和润滑、密封等目的；防滑和润滑、密封等目的；n n电电电电站站站站锅锅锅锅炉炉炉炉：20202020世世世世纪纪纪纪90909090年年年年代代代代以以以以来来来来，电电电电弧弧弧弧喷喷喷喷涂涂涂涂在在在在多个火电厂应用。多个火电厂应用。多个火电厂应用。多个火电厂应用。电弧喷涂电弧喷涂其它热喷涂技术其它热喷涂技术n n等离子喷涂n n高速氧燃料喷涂HVOF等离子喷涂加热温度高，喷涂粉末，设备复杂，成本高，难以在电厂推
29、广。加热温度高，喷涂粉末，设备复杂，成本高，难以在电厂推广。加热温度高，喷涂粉末，设备复杂，成本高，难以在电厂推广。加热温度高，喷涂粉末，设备复杂，成本高，难以在电厂推广。等离子弧温度等离子弧温度n n转转转转移移移移型型型型等等等等离离离离子子子子弧弧弧弧温温温温度度度度高高高高( ( ( (1000010000100001000052000520005200052000)有有有有效效效效热热热热利利利利用用用用率率率率高高高高主主主主要要要要用用用用于于于于切切切切割割割割焊焊焊焊接接接接和和和和熔熔熔熔炼金属。炼金属。炼金属。炼金属。 n n非非非非转转转转移移移移型型型型等等等等离离离
30、离子子子子弧弧弧弧温温温温度度度度最最最最高高高高可可可可达达达达18000180001800018000主主主主要要要要用用用用于于于于工工工工件件件件表表表表面面面面喷喷喷喷涂涂涂涂耐耐耐耐高高高高温温温温耐耐耐耐磨磨磨磨损损损损耐耐耐耐腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀的的的的高高高高熔熔熔熔点点点点金金金金属属属属或或或或非非非非金金金金属属属属涂涂涂涂层层层层也也也也可可可可以以以以切切切切割割割割薄薄薄薄板板板板金金金金属属属属材材材材料料料料还还还还可可可可以以以以作作作作为为为为金金金金属属属属表表表表面面面面热热热热处处处处理理理理的热源。的热源。的热源。的热源。 高速氧燃料喷涂设备及工艺n
31、nHVOFHVOF其其特特点点是是颗颗粒粒飞飞行行速速度度高高，涂涂层层与与基基体体结结合合强强度度高高，孔孔隙隙率率低低，这这些些设设备备已已在在航航天天、航航空空、冶冶金金、化化工工和和电电力力等等行行业业发发挥挥着着重重要要作作用用。JET-KOTEJET-KOTE型型超超音音速速火火焰焰喷喷涂涂是是2020世世纪纪8080年年代代在在美美国国出出现现的的一一种种新新型型火火焰焰喷喷涂涂装装置置。该该装装置置是是利利用用一一种种特特殊殊火火焰焰喷喷涂涂枪枪获获得得高高温温，高高速速焰焰流流用用来来喷喷涂涂碳碳化化钨钨等等难难熔熔材材料料并并得得到到优优异异性性能能的喷涂层。的喷涂层。Sc
32、hematic of High Velocity Schematic of High Velocity OxyfuelOxyfuel (HVOF) (HVOF) Spraying SystemSpraying System 热喷涂技术的固有局限性1、机械结合涂层易脱落涂层与基体为机械结合，其中电弧喷涂结合强度涂层与基体为机械结合，其中电弧喷涂结合强度涂层与基体为机械结合，其中电弧喷涂结合强度涂层与基体为机械结合，其中电弧喷涂结合强度10-10-10-10-40MPa;40MPa;40MPa;40MPa;涂层在交变热应力、颗粒冲刷等作用下，运行一涂层在交变热应力、颗粒冲刷等作用下，运行一涂层在交
33、变热应力、颗粒冲刷等作用下，运行一涂层在交变热应力、颗粒冲刷等作用下，运行一定时间后易脱落。定时间后易脱落。定时间后易脱落。定时间后易脱落。喷涂后水冷壁被严重剥蚀喷涂后水冷壁被严重剥蚀2、局部区域达不到效果、局部区域达不到效果n n对磨损、腐蚀严重的部位仍回天无力。对磨损、腐蚀严重的部位仍回天无力。局部区域常会遇到耐磨、耐蚀性达不到局部区域常会遇到耐磨、耐蚀性达不到预期效果问题，对这种顽症，尚找不到预期效果问题，对这种顽症，尚找不到理想的喷涂方法及相应的材料，使之能理想的喷涂方法及相应的材料，使之能与其他部位达到相同寿命。与其他部位达到相同寿命。3 3、涂层厚度受限制，保质期较短、涂层厚度受限
34、制，保质期较短n n涂层厚度为涂层厚度为涂层厚度为涂层厚度为200-400200-400200-400200-400m(m(m(m(太厚易剥落）太厚易剥落）太厚易剥落）太厚易剥落）n n涂涂涂涂层层层层厚厚厚厚度度度度难难难难以以以以准准准准确确确确测测测测量量量量。炉炉炉炉管管管管和和和和多多多多数数数数涂涂涂涂层层层层都都都都含含含含Fe Fe Fe Fe 、Ni Ni Ni Ni 等等等等元元元元素素素素，属属属属导导导导磁磁磁磁材材材材质质质质，欲欲欲欲用用用用非非非非磁磁磁磁性性性性、磁磁磁磁性性性性、涡涡涡涡流流流流及及及及超超超超声声声声等等等等原原原原理理理理制制制制作作作作的
35、的的的测测测测厚厚厚厚仪仪仪仪，都都都都不不不不能能能能准准准准确确确确地地地地给给给给出出出出厚厚厚厚度度度度值值值值，这这这这是是是是国国国国内内内内外外外外普普普普遍遍遍遍遇到的尚待解决的问题。遇到的尚待解决的问题。遇到的尚待解决的问题。遇到的尚待解决的问题。n n一般保质期一般保质期一般保质期一般保质期5 5 5 5年，实际寿命更短。年，实际寿命更短。年，实际寿命更短。年，实际寿命更短。4、二次喷涂效果更差、二次喷涂效果更差n n废旧涂层难以去除和接口：以废旧涂层难以去除和接口：以LX88A LX88A 涂涂层为例，运行一年之后，该涂层欲去除层为例，运行一年之后，该涂层欲去除重新喷涂，
36、难以用常规方法除尽。重新喷涂，难以用常规方法除尽。5 5、涂层存在孔隙率、涂层存在孔隙率影响防腐、耐影响防腐、耐磨效果磨效果n n电电弧弧喷喷涂涂涂涂层层存存在在2-10%2-10%孔孔隙隙率率，即即便便涂涂封封孔孔剂剂，也也易易形形成成腐腐蚀蚀通通道道，显显著著影影响整体耐蚀性。响整体耐蚀性。三三、突突破破热热喷喷涂涂技技术术局局限限性性的的新新技技术术 高高耐耐腐腐蚀蚀、耐耐磨磨复复合合锅锅炉炉管管n n制备具有冶金结合的覆层，厚度制备具有冶金结合的覆层，厚度制备具有冶金结合的覆层，厚度制备具有冶金结合的覆层，厚度0.5-1.5mm;0.5-1.5mm;0.5-1.5mm;0.5-1.5m
37、m;n n使涂覆层的孔隙率为零，提高耐蚀性；使涂覆层的孔隙率为零，提高耐蚀性；使涂覆层的孔隙率为零，提高耐蚀性；使涂覆层的孔隙率为零，提高耐蚀性；n n用于耐磨的覆层硬度用于耐磨的覆层硬度用于耐磨的覆层硬度用于耐磨的覆层硬度900-1200HV900-1200HV900-1200HV900-1200HV；n n耐蚀寿命可达耐蚀寿命可达耐蚀寿命可达耐蚀寿命可达15-2515-2515-2515-25年年年年; ; ; ;n n耐磨寿命为电弧喷涂涂层寿命的耐磨寿命为电弧喷涂涂层寿命的耐磨寿命为电弧喷涂涂层寿命的耐磨寿命为电弧喷涂涂层寿命的5 5 5 5倍以上倍以上倍以上倍以上; ; ; ;超细晶冶
38、金结合熔覆层制备原理超细晶冶金结合熔覆层制备原理与优势（与优势（1）n n自主知识产权的等离子熔覆自主知识产权的等离子熔覆自主知识产权的等离子熔覆自主知识产权的等离子熔覆- - - -原位反应合成金属陶瓷原位反应合成金属陶瓷原位反应合成金属陶瓷原位反应合成金属陶瓷技术；技术；技术；技术；n n熔覆层与基体冶金结合，结合强度为电弧喷涂的熔覆层与基体冶金结合，结合强度为电弧喷涂的熔覆层与基体冶金结合，结合强度为电弧喷涂的熔覆层与基体冶金结合，结合强度为电弧喷涂的8 8 8 8倍倍倍倍以上，完全解决了热喷涂涂层脱落问题；以上，完全解决了热喷涂涂层脱落问题；以上，完全解决了热喷涂涂层脱落问题；以上，完
39、全解决了热喷涂涂层脱落问题；n n熔覆层厚度为熔覆层厚度为熔覆层厚度为熔覆层厚度为400-1500400-1500400-1500400-1500m m m m，确保锅炉管整个寿命周，确保锅炉管整个寿命周，确保锅炉管整个寿命周，确保锅炉管整个寿命周期无需二次制备涂层；期无需二次制备涂层；期无需二次制备涂层；期无需二次制备涂层；n n熔覆层为超细晶，孔隙率为熔覆层为超细晶，孔隙率为熔覆层为超细晶，孔隙率为熔覆层为超细晶，孔隙率为0 0 0 0，可确保熔覆层长寿命，可确保熔覆层长寿命，可确保熔覆层长寿命，可确保熔覆层长寿命运行。运行。运行。运行。n n制备成本低，约为激光熔覆成本的制备成本低，约为
40、激光熔覆成本的制备成本低，约为激光熔覆成本的制备成本低，约为激光熔覆成本的1/3-1/4,1/3-1/4,1/3-1/4,1/3-1/4,熔覆效率熔覆效率熔覆效率熔覆效率为激光的为激光的为激光的为激光的3 3 3 3倍以上。倍以上。倍以上。倍以上。超细晶冶金结合熔覆层制备原理超细晶冶金结合熔覆层制备原理与优势（与优势（2）n n制备成本约为热喷涂的制备成本约为热喷涂的1.5-21.5-2倍，但熔倍，但熔覆层寿命为热喷涂的覆层寿命为热喷涂的5 5倍以上。倍以上。高耐腐蚀、耐磨复合锅炉管高耐腐蚀、耐磨复合锅炉管耐腐蚀、耐磨复合锅炉管（覆层与基体冶金结合，孔隙率为零）已批量交付已批量交付5 5个电厂
41、使用，具有冶金结合的耐腐蚀个电厂使用，具有冶金结合的耐腐蚀覆层覆层(CT45)(CT45)厚度为厚度为1mm1mm，预计耐蚀寿命可达，预计耐蚀寿命可达15-2015-20年。年。高耐腐蚀、耐磨复合锅炉管高耐腐蚀、耐磨复合锅炉管熔覆层显微组织与电弧喷涂对比熔覆层显微组织与电弧喷涂对比耐腐蚀熔覆层SEM耐磨熔覆层耐磨熔覆层电弧喷涂涂层电弧喷涂涂层电弧喷涂涂层电弧喷涂涂层熔覆层与电弧喷涂涂层对比熔覆层与电弧喷涂涂层对比涂层参数涂层参数微束等离子熔覆微束等离子熔覆微束等离子熔覆微束等离子熔覆 电弧喷涂电弧喷涂结合强度结合强度(MPa)(MPa) 300300（冶金结（冶金结合，合，永不脱落永不脱落永不脱落永不脱落）20-4020-40（机械结（机械结合，合，易脱落易脱落）孔隙率（孔隙率（%） 0 0（耐蚀性优（耐蚀性优（耐蚀性优（耐蚀性优）2-102-10（降低耐蚀性）（降低耐蚀性）（降低耐蚀性）（降低耐蚀性）组织组织快速凝固组织快速凝固组织层状烧结结构层状烧结结构厚度（厚度（ mm）500-1500500-1500100-800100-800感谢下列协作单位！感谢下列协作单位！浙江大学，杭州全源聚能电力工程有限公司浙江大学，杭州全源聚能电力工程有限公司华北电力大学华北电力大学苏州热工研究院苏州热工研究院
