發(fā)布時間：2020-04-02 04:55

【摘要】：針對熱電廠鍋爐設(shè)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(gòu)件表面進(jìn)行噴涂的高Cr含量的鎳基合金焊絲,以達(dá)到對工程構(gòu)件表面的有效防護(hù),同時降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。采用真空感應(yīng)熔煉方法,通過合理設(shè)計合金的化學(xué)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(jìn)一步對鑄態(tài)合金進(jìn)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(jìn)行金相組織觀察與力學(xué)性能測試,并對鑄錠與鍛態(tài)合金試樣進(jìn)行了X射線衍射分析與拉伸斷口掃描觀察,結(jié)果表明,鑄態(tài)合金的組織與性能符合預(yù)期設(shè)想,制備出的焊絲其力學(xué)性能滿足實際使用要求。為了進(jìn)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(jìn)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(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明,在兩種不同基體上噴涂涂層,經(jīng)過0-60h高溫氧化與熱腐蝕后,兩種涂層試樣的氧化動力學(xué)曲線與腐蝕動力學(xué)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(xué)曲線與腐蝕動力學(xué)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(jié)構(gòu)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(jìn)行。總之,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(xiàn)出良好的抗氧化性能與耐熱腐蝕性能,可對熱電廠鋼制構(gòu)件與零部件進(jìn)行有效防護(hù),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(jìn)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(jù)生產(chǎn)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(dǎo)熱系數(shù)低、抗蠕變等性能特點，，約占燃?xì)廨啓C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(jié)構(gòu)，組織穩(wěn)定性較高，在各種溫度下不發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(chǎn)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(jìn)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(zhì)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(nèi)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(xué)成分，探索不同元素組合來獲得優(yōu)異的性能；(2)改進(jìn)生產(chǎn)制造工藝，借助新技術(shù)、新設(shè)備進(jìn)行鎳基合金研制。20世紀(jì)50年代，真空感應(yīng)熔煉技術(shù)的出現(xiàn)，為鎳基高溫合金的發(fā)展提供了重要的技術(shù)支持；20世紀(jì)60年代，發(fā)達(dá)國家采用熔模精密鑄造技術(shù)，生產(chǎn)出了許多高溫強度較高的鑄造合金；隨后陸續(xù)生產(chǎn)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(jīng)過廣大技術(shù)人員的不懈努力，鎳基高溫合金的質(zhì)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(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG174.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2611484