【摘要】：針對熱電廠鍋爐設備等在運行過程中,零部件易發(fā)生高溫氧化與熱腐蝕的問題,本文研制開發(fā)出一種可以在普通鋼構件表面進行噴涂的高Cr含量的鎳基合金焊絲,以達到對工程構件表面的有效防護,同時降低產品的生產成本。采用真空感應熔煉方法,通過合理設計合金的化學成分及優(yōu)化熔煉工藝,成功制備出了一種Cr含量較高的鎳基合金(含42.98%Cr)。進一步對鑄態(tài)合金進行鍛造和拉拔處理,最終獲得直徑為2mm的焊絲成品。對制備的合金鑄錠、鍛造狀態(tài)試樣、焊絲成品進行金相組織觀察與力學性能測試,并對鑄錠與鍛態(tài)合金試樣進行了X射線衍射分析與拉伸斷口掃描觀察,結果表明,鑄態(tài)合金的組織與性能符合預期設想,制備出的焊絲其力學性能滿足實際使用要求。為了進一步探究制備出的高Cr含量鎳基合金焊絲的抗高溫氧化及耐熱腐蝕性能,分別選取鍋爐管道及高溫受熱面常用材料Q345鋼和304不銹鋼兩種材料作為基體,采用電弧噴涂工藝分別在兩種基體表面制備高Cr含量鎳基合金涂層。分別對Q345鋼涂層試樣在750℃、304不銹鋼涂層試樣在1000℃條件下的抗氧化行為與耐熱腐蝕行為進行了研究,并與相同試驗條件下無涂層的Q345鋼、304不銹鋼基體試樣的高溫氧化與腐蝕行為進行了對比分析。結果表明,在兩種不同基體上噴涂涂層,經過0-60h高溫氧化與熱腐蝕后,兩種涂層試樣的氧化動力學曲線與腐蝕動力學曲線均呈拋物線型,且擬合度都高于0.97。而無涂層基體試樣的氧化動力學曲線與腐蝕動力學曲線都趨于直線式增長。微觀分析顯示,在高溫下涂層表面生成了連續(xù)的Cr_2O_3與具有尖晶石結構的NiCr_2O_4等氧化物,這些組成相致密、均勻分布在涂層中,能夠有效阻礙氧原子侵入基體,抑制氧化與腐蝕過程的持續(xù)進行�？傊�,采用電弧噴涂方法在Q345鋼、304不銹鋼表面制備的高Cr含量鎳基合金涂層,在高溫下表現出良好的抗氧化性能與耐熱腐蝕性能,可對熱電廠鋼制構件與零部件進行有效防護,提高其工作溫度和使用壽命。
【圖文】：

高溫合金可按照多種方式進行分類。按照基體合金元素種類的不同可分為：鐵基、鎳基、鈷基高溫合金，如圖1.1 所示；按照強化機制不同可分為：固溶強化、時效強化兩種合金；根據生產加工工藝不同可以分為：鑄造高溫合金、變形高溫合金、新型高溫合金（包括粉末冶金高溫合金、氧化物彌散強化高溫合金、鈦鋁系金屬間化合物）等。圖 1. 1 高溫合金的分類鎳基高溫合金具有強度硬度高、韌性高、耐熱耐腐蝕性好、導熱系數低、抗蠕變等性能特點，，約占燃氣輪機用材料的50%。鎳基高溫合金具有良好的高溫抗氧化性能和耐腐蝕性能，主要原因如下：(1)鎳屬于面心立方結構，組織穩(wěn)定性較高，在各種溫度下不發(fā)生同素異構轉變，與鐵素體組織相比具有更高的高溫強度[1]；(2)鎳基高溫合金中可以溶解較多的合金元素，合金化能力強，結構穩(wěn)定；(3)能夠形成共格有序的A3B型金屬間化合物γ′[Ni3(Al,Ti)]相，產生沉淀強化效果。鎳基高溫合金中往往需要添加多種合金元素，使其具有優(yōu)異的綜合性能。以下對鎳基合金中常見的合金元素及其所起的作用進行簡述。(1)Ni 是高溫合金中的主要元素，能提高合金的強度，又使合金具有良好的塑性和韌性。Ni 對酸堿腐蝕介質具有很高的耐腐蝕性，在高溫下具有較高的耐腐蝕性和耐熱能力。考慮到國內鎳資源相對缺乏，從節(jié)約資源

12]。從圖1.2中鎳基高溫合金的發(fā)展歷程可以看出，其主要研究開發(fā)方向如下：(1)改變鎳基合金的化學成分，探索不同元素組合來獲得優(yōu)異的性能；(2)改進生產制造工藝，借助新技術、新設備進行鎳基合金研制。20世紀50年代，真空感應熔煉技術的出現，為鎳基高溫合金的發(fā)展提供了重要的技術支持；20世紀60年代，發(fā)達國家采用熔模精密鑄造技術，生產出了許多高溫強度較高的鑄造合金；隨后陸續(xù)生產出了單晶及粉末冶金高溫合金，使合金的性能與穩(wěn)定性更加優(yōu)異。經過廣大技術人員的不懈努力，鎳基高溫合金的質量逐步提高，合金的工作溫度大約以每年10℃的速度持續(xù)升高
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG174.4

【參考文獻】

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本文編號：2611484