《表面项目工程课程教学设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《表面项目工程课程教学设计.doc（25页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
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
2、.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215.2.6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
3、管图1 零件实物图1.2零件尺寸管外径D=40mm；厚度d1=4mm;长度L=1.2m;管最小间距d2=30mm。零件尺寸图见图2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：(l)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5
4、0%；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2050m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，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
5、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
6、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/T 964-2005循环流化床锅炉性能试验规程，涂层厚度应在2mm以上，其涂层结合强度40Mpa，其涂层显微硬度1200HV。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
7、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
8、，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/BFe粉芯线材具有如下优点：（1
9、）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
10、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：化学除油热水洗冷水洗电解除油热水洗冷水洗强腐蚀水洗电镀锌铁合金水洗出光钝化水洗干燥。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ZnNH4Cl载体光亮剂主光亮剂PH值电流密度（A/dm3）温度/oC含量251504%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
11、或碱性环境下都不易被腐蚀。长时间有效的保护钢体。（3）经过铬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
12、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;对于边角、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200m300m，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
13、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/BFe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/BFe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
14、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含量CSiMnSPCrNiCu0.12%0.20%0.3%0.3%0.7%0.045%0.045%允许残余含量0.30%允许残余含量0.30%允许残余含量0.30 %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。Q235B钢属于普
15、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。Q235B钢含碳适中，综合性能较好，强度、塑性和焊接等性能得到较好配合，用途最广泛。常用Q235B钢轧制成盘条或圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢、窗框钢等型钢，中厚钢板，大量用于建筑及工程结构。Q235B用于制作钢筋或建造厂房房架、高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉及其零件管、容器、船舶等，在一般机械制造中用作拉杆、吊钩、螺栓、连杆、心轴、销子及零件和焊接件。4.1.2电弧喷涂设备电弧喷涂设备：CMD-AS1620型电弧喷涂设备（见图3）。其工艺参数如表4所示表4 CMD-A
16、S1620型电弧喷涂设备工艺参数名称参数功 率输入电压12 KVAAC380 V（三相）输出电压DC27-38 V输出电流0-300 A送丝速度4-8 m/min空气压力0.5-0.7 MPa空气流量1.6-2.0 m3/min丝材直径1.6-2.0 mm喷涂生产率25Kg/h（锌）主机柜尺寸780560500（mm）送丝机尺寸445290250（mm）主机柜重量190Kg送丝机重量30Kg喷枪重量1KgCMD-AS1620型电弧喷涂机可喷涂1.6-2.0（mm）的丝材，可以喷锌、喷铝、喷不锈钢、喷硬铬、喷钼、喷铜、喷镍，喷镍铬合金等。即适合于做大面积防腐工程、也适合机械零部件恢复尺寸和修复、
17、快速喷制各种模具、耐磨涂层、及制作装饰涂层等。图3 CMD-AS1620型电弧喷涂机其具有以下优点：（1）不提高工件温度、不使用贵重底层材料的情况下，可以达到很高的结合强度，一般可以达到20Mpa以上。其结合强度是火焰喷涂层的2.55倍。（2）生产率高。以喷锌为例，当电流为200A时，每小时可达25Kg，比线材火焰喷涂提高46倍。（3）设备能源利用率非常高，一般可达57%，节能效果十分突出。一般线材火焰喷涂的能源利用率只有13%，而且该设备不使用氧、乙炔气，能源费用可降低50%以上。（4）该设备投资少，收益快，喷涂成本低。设备投资仅为等离子喷涂设备的四分之一，总喷涂成本仅为线材火焰喷涂的十分之
18、一。（5）由于CMD-AS1620型电弧喷涂设备仅使用电，不用易燃、易爆气体，使安全性大大提高。 CMD-AS1620型电弧喷涂设备的应用范围非常广泛，由于喷涂效率相对较高，不仅可以用于大面积防腐工程，还可以用于机械零件的修复和预保护、快速喷制模具及制作装饰涂层等。CMD-AS1620型电弧喷涂设备使用2mm的丝材，全套设备包括电源、送丝机构、送丝管、喷枪等，其辅助设备应配备3m3/分钟空气流量的空气压缩机，压力应达到0.50.7Mpa；用于工件表面前处理的喷砂机，主要目的是为了去除工件表面上的锈蚀、油污、水气、氧化层等，同时将工件表面粗化，粗糙度等级应达到2.53.0级；南方或海边潮湿环境下
19、还应该为空压机配备空气过滤器，去除压缩空气中的水分和杂质。CMD-AS1620型电弧喷涂设备还可以配备CMD-EG1620型电弧喷涂内孔喷枪，用于喷涂管道内壁，经过延长送丝管的长度，可喷涂3m、6m、10m、12m及15m长的管道。4.1.3喷涂材料选择使用Fe/BFe粉芯线材:外皮选用低碳钢冷轧钢带，尺寸为0.4mmx10mm，药芯采用硼铁粉，硼铁粉及钢带的成分分别见表5和表6。粉芯线材经轧制、拉拔后直径为2mm。选用该粉芯线材的原因有：（1） 铁带：铁基合金材料具有良好的高温性能，如填加一些典型的耐热合金元素：Cr、Al、Ti等，可以在高温时（650oC）选择性氧化，生成保护性稳定新相如C
20、rZO3、Al2O3、TiO2等，这些高熔点（2000oC以上）、稳定的氧化膜对金属基体能起到很好的保护作用。而且成本低是铁基粉芯线材的突出优点。（2） 硼铁粉是硼和铁的合金粉，常用于冶金机械工业中作为硼元素添加剂。硼铁作为合金元素添加到钢中，能显著提高钢的淬透性并改善钢的机械性能。硼是一种既能与金属化合又能与非金属化合的元素，它可有效地取代其他一些价格昂贵的提高淬透性的合金元素，如Mn、Ni、Mo。等。硼能与铁形成极稳定的中间化合物Fe2B和FeB，这种硼化物在高温也极为稳定，还能与碳形成稳定的B4C等化合物与钢中的合金元素形成合金硼化物。合金硼化物与铁的硼化物一样，都具有很好的耐磨性及良好
21、的耐蚀性和抗高温氧化性。这些相对低碳钢基体可以起到弥散强化作用，因此，在钢中加入硼能代替铬、铝、镍等合金元素，大大提高材料耐高温磨蚀性能。硼铁粉的一个突出优点是价格很低，一般为2030元/公斤，所以，本文选用硼铁粉作为粉芯线材的药芯，以制备出具有较高性价比的涂层。表5 硼铁粉化学成分表元素BCSiAlSPFe含量/%161.04.00.50.010.2余表6 钢带化学成分表元素CMnSPFe含量/%0.050.110.250.500.040.04余4.2电弧喷涂工艺流程电弧喷涂Fe/BFe粉芯线材基本工艺流程如下：基材除锈基材除油水洗烘干基材表面粗化处理空气吹灰喷涂粉末的烘干工件预热喷涂涂层封
22、闭4.2.1基材预处理基材预处理包括：基材除锈、基材除油、水洗、烘干。除锈：基材表面采用河北邢台任县康丰机械厂生产的钢管除锈机（如图4）进行除锈。图4 钢管除锈机钢管除锈机是一种组合清理钢管内外壁的除锈机，通过抛丸来清理钢管的外表面，通过抛喷丸清理内表面，使表面的氧化皮均祛除掉。该机主要利用高效强力抛丸器抛出的高速丸流，抛打位于室体内的旋转工件表面与内腔上，去掉其它的粘砂、锈层、焊渣、氧化皮及其杂物，使之获得精细的光洁表面。除油：采用东莞市盛亿化工有限公司中性除油剂进行除油，室温下时间为10min。中性除油剂具有以下优点：中性环保配方，不伤手、不腐蚀工件，安全、环保除油速度快，效率高综合成本低
23、，零能耗、循环使用、废水直接排放试用范围广，适用于任何金属材质、塑料材质、玻璃材质。水洗：用室温条件下的水将工件清洗30s。烘干：鼓入40oC左右的热风大约10min，使工件表面保持干燥，以便进行后续的处理。4.2.2喷涂过程电弧喷涂的施工过程主要有道工序：喷砂、喷涂以及涂层封闭。喷砂：即基材表面粗化处理，采用射吸式喷砂设备（图5）对基材表面进行粗化处理，其目的是为了增强涂层与基体的结合力（可采用北京喷砂机专业设备有限公司生产的射吸式喷砂设备，型号为YZB-9080X）。喷砂时一般先选用18号石英砂粗喷，最后用15号轴承钢砂进行表面粗糙化处理，使其表面粗糙度达到70，喷砂后管壁表面应干燥，无灰
24、尘油污、无氧化物或其他杂物，保持清洁，因此需要进行后续的空气吹灰和干燥过程。图5 射吸式喷砂设备空气吹灰：喷砂后用压缩空气将表面灰尘吹净,避免涂层与基体之间有杂质夹杂而影响结合力。本设计采用的国家标准GB/T13277-91一般用压缩空气质量等级中的第三等级，具体如下表7。表7一般用压缩空气质量等级质量等级固体颗粒最大直径（）水压力露点oC0.7MPa/g油（包括蒸汽）mg/m310.1-700.0.121-400.135-201.0415+35540+7256+10喷涂粉末的烘干：喷涂粉末在喷涂之前要烘干，以避免在喷涂过程中湿气受热膨胀在涂层中形成气孔，使涂层质量大大降低。利用郑州汇生机械设
25、备有限公司生产的金属粉末烘干机300oC下进行烘干，大约5min左右。工件预热：为消除工件表面的水分和湿气，减少因热膨胀所造成的涂层应力，应对工件进行预热，预热温度控制在130。喷涂：为避免工件表面受到污染，要在尽量短的时间内进行喷涂，一般不超过2小时。CMD-AS1620型电弧喷涂设备作业时采用井字型喷涂方式，确保喷涂层的厚度均匀及接合力足够大。喷涂表面应是干净均匀的，不允许有起皮、鼓包、颗粒粗大、裂纹、掉块、漏喷及其他影响涂层使用的缺陷。喷涂所用原理为利用两根连续送进的金属作为自耗电极，在其端部产生电弧作为热源，利用压缩空气将熔化了的丝材雾化，并以高的速度喷向工件表面形成涂层的一种热喷涂方
26、法。喷涂时，两根丝状金属喷涂材料通过送丝装置均匀连续的分别送进电弧喷涂枪中的导电嘴内，导电嘴分别接电源的正负极并保证两根丝材在未接触前的可靠绝缘。当两根金属丝材端部由于送进而相互接触时，发生短路而产生电弧，使丝材端部瞬间熔化，压缩空气将熔融金属熔化成微熔滴，以很高的速度喷射到工件表面，形成电弧喷涂层。（大致示意图如图6）图6 电弧喷涂原理示意图涂层封闭：对于热喷涂涂层来说，封孔是一项必要的后处理过程。当涂层面临腐蚀及氧化环境时，封孔是涂层设计必需要考虑的一项内容。为研究喷涂后封孔处理对涂层性能的影响，采用湖北新四海化工股份有限公司生产的LG-3型硅树脂封孔剂对Fe/BFe涂层进行封闭处理。LG
27、-3型硅树脂为双组份的耐高温硅树脂，适用于抵抗在600oC以上高温环境下的稀酸、碱、油类、液流、水和盐水等介质的腐蚀，固体含量为25%。封孔剂用量为8m2/L。其长期工作温度为580C以上。施工方法喷涂法或浸泡法，在室温下空气干燥约1小时，但充分固化需3天，在145C烘2小时可加速固化。4.2.3零件的工装图零件的工装示意图图见图7图7 零件的工装示意图第五章 涂层的表征5.1涂层的组织形貌、成分及物相5.1.1涂层的组织形貌涂层在电子探针下，涂层组织呈现典型的层状组织结构，涂层较致密，颗粒变形充分，尺寸细小均匀，涂层内部有少量氧化物夹杂和孔隙，涂层之间、涂层与打底层以及打底层与钢基体之间都结
28、合良好。整个涂层与基材的界面呈锯齿状，结合形式属于机械咬合，锯齿状是喷砂粗化的结果。而涂层的背散射电子像，可以看到涂层组织主要由层状白色相、灰色细条纹相和黑色条状、块状相组成，其中黑色块状相数量较少，基本上都呈不规则的棱角形。5.1.2涂层的成分对涂层内部两个不同部位的电子探针面扫描结果可知，FeBFe涂层中弥散分布的黑色不规则小块主要含B元素和Si元素，几乎不含Fe元素，而基体部分均匀分布着Fe、C元素，据此可以推测，涂层基体应该是铁基固溶体。B、Si、C三种元素的弥散分布说明喷涂中钢带与硼铁粉能够均匀混合，形成致密度较高的涂层。5.1.3涂层的物相涂层的X射线衍射结果表明，涂层中含有-Fe
29、和Fe3B两相。衍射图谱中。其他相的峰值太低，无法查出相对的PDF卡。对涂层进行选区电子衍射，电子衍射法测得的d值与ASTM卡中的d值非常接近。为使衍射斑点指数标定结果可靠，用正交晶系晶面法线间夹角公式进行了检验。结果表明，计算值与量角器测量值吻合。从而可以确定白色相为体心立方点阵的a-Fe，其点阵常数a=b=c=2.866A=0.2866nm。透射电镜的衍射结果可知，Fe/BFe涂层中主要含有-Fe相和Fe3(Si,B)、Fe5SiB2、Fe2B、Fe23(C,B)6、FeB等硼化物陶瓷相。其中-Fe相是大片白色组织，为涂层的基体；其他几个硼化物相分别为镜像下弥散分布的黑色或灰色的组织，是涂
30、层中的硬质强化相。涂层的急冷还导致某些碳硼化物的相变以孪生的方式进行，因而发现了Fe23(C,B)6晶粒内部有孪晶亚结构。Fe3(Si,B)、Fe5SiB2、Fe2B、Fe23(C,B)6、FeB等硬质相对涂层耐磨、耐蚀性能会产生很大影响。这是因为金属硼化物不但在硬度方面而且在化学稳定性(其中包括耐高温氧化)方面，都具有优异的性能，甚至比相应的金属碳化物相更高。含硼量为8.84%的Fe2B和含硼量为1.625%的FeB都是高温也极为稳定的化合物，二者都具有很高的硬度，其中Fe2B属正方晶系,硬度为12901680HV，熔点为1389；FeB属斜方晶系，硬度为18902340HV，熔点为1540
31、。其他硼化物也与铁硼相一样，具有很高的硬度，高的红硬性和良好的耐蚀性能，它们在800以下能保持高的硬度，在600以下具有良好的抗氧化性。因此，这些硬质颗粒的存在会大大提高该涂层在高温下的耐磨和耐蚀性能。5.2涂层的性能表征5.2.1涂层硬度的检测根据国家标准GB/T13289金属显微组织检测方法规定以及国家标准GB/T9790-1988金属覆盖层及其他有关覆盖层维氏和努氏显微硬度试验明确规定了金属涂层表面硬度的检测方法，采用HVS-1000(中国上海)型数字式显微硬度计测量涂层的维氏硬度。所用载荷均为100gf，载荷保持时间为15s，由于涂层本身组织不均匀，易产生偏析，在测试中出现高硬度和低硬
32、度值，因此至打5个压痕点，然后取平均值。根据DL/T 964-2005循环流化床锅炉性能试验规程，涂层硬度应在1200HV以上。涂层高硬度的解释：Fe/BFe涂层虽然是以-Fe为基体，但从显微硬度检测结果可知，该涂层的硬度很高。这是由于喷涂过程中熔粒冷却速度非常快，涂层中的C原子来不及扩散析出，大部分保留在铁素体点阵中，形成碳在-Fe中的过饱和固溶体，使-Fe的点阵发生正方畸变，从而对涂层产生了固溶强化作用。涂层的急冷还导致某些碳硼化物的相变以孪生的方式进行，因而发现了Fe23(C,B)6晶粒内部有孪晶亚结构。Fe3(Si,B)、Fe5SiB2、Fe2B、Fe23(C,B)6、FeB等硬质相对
33、涂层耐磨、耐蚀性能会产生很大影响。这是因为金属硼化物不但在硬度方面而且在化学稳定性(其中包括耐高温氧化)方面，都具有优异的性能，甚至比相应的金属碳化物相更高。含硼量为8.84%的Fe2B和含硼量为1.625%的FeB都是高温也极为稳定的化合物，二者都具有很高的硬度，其中Fe2B属正方晶系,硬度为12901680HV，熔点为1389；FeB属斜方晶系，硬度为18902340HV，熔点为1540。其他硼化物也与铁硼相一样，具有很高的硬度，高的红硬性和良好的耐蚀性能，它们在800以下能保持高的硬度，在600以下具有良好的抗氧化性。因此，这些硬质颗粒的存在会大大提高该涂层在高温下的耐磨和耐蚀性能。5.
34、2.2涂层的耐磨性检测本设计采用宣化试验机厂生产的MLS-225型湿砂橡胶轮式磨损试验机（其中试验参数如下：橡胶轮转速：240r/min；橡胶轮直径：178mm、橡胶轮硬度：60(邵尔硬度)、砂浆比例：1000克水以及1500克砂、载荷：10Kg、磨损时间：50min、橡胶轮转数：约12000转、磨料：60目的石英砂）。这是一种湿砂半自由磨料磨损试验机，它利用橡胶轮带动与水混合的磨料对各种金属或非金属材料产生磨损，对工件进行耐磨性试验。它可以根据实际情况改变对试样施加的正压力、橡胶轮的转速以及时间等参数，故可以很好的模拟各种工况。由于在测试过程中橡胶轮能有效地将磨粒带到轮缘和试样中间，并使加在
35、试样上的单位压力保持基本不变，而且橡胶轮的弹性使磨料不致被严重破碎，试验参数不会发生较大的变化，能很好的模拟锅炉内低应力的磨料磨损状态。根据循环流化床锅炉受热面防磨喷涂技术规范 DLT 1595-2016，本实验采用重量磨损量来评定涂层的耐磨性。具体操作如下：（1）按照上述的工艺流程，选取同种钢管同种材料进行试样制备。（2）在正式磨损之前，先对涂层进行预磨，以产生一个预制磨痕，消除试样表面质量和受力不均带来的测试误差。（3）预磨后，用丙酮或酒精清洗试样，然后采用万分之一分析天平测量试样重量，结果作为试样磨损前的初始重量。为尽量减少试验误差，在测量过程中注意避免试样被污染。本测试采用的分析天平是
36、上海国营长江科学仪器厂生产的TG328A全机械加码分析天平，其最大载荷为200g，分度值为0.1mg。（4）对试样进行正式磨损，磨损时间为200min，正式磨损试验在跑合的磨痕同一处进行，磨损后用同样的方法清洗、称重，作为磨损后的试样重量。（5）对每一试样磨损前后的重量相减，计算出重量磨损量。5.2.3涂层抗氧化性能测试循环流化床锅炉长期工作在高温状态下，高温氧化成了其造成腐蚀的最基本的形式之一。因此，耐高温氧化反应速率的测定是定量描述涂层材料腐蚀行为的基础。对高温氧化反应速率的测试方法最常用的是重量测量法。如果试验中产生大量的腐蚀产物且涂层表面有剥落现象产生，则应使用矢量法，也就是要去除失去
37、的腐蚀产物，然后称量失去腐蚀产物后的重量。如果腐蚀产物致密且附着性好，且应采用增量法，也就是测量样品腐蚀后所增加的重量。5.2.4涂层的耐蚀性测试实验所用设备为采用硅碳棒作为发热体的SX-4-10的箱式电阻炉。选用摩尔比为7:3的Na2SO4+K2SO4饱和水溶液作为腐蚀介质，将其涂刷于试样表面，盐膜量控制在3.0mg/cm2。将试样放在202-2型电热干燥箱内进行烘干，烘干温度约200。本实验根据DL/T964-2005循环流化锅炉性能试验规程，采用不连续增重法来测定反应试样的腐蚀速度，所用天平为TG328A型全机械加码分析天平。实验中为避免腐蚀产物脱落和杂质的掺入影响试验结果，将试样放在坩
38、埚内一起称量。试样烘干后的称量结果作为原始重量。因循环流化床锅炉受热面管的壁温在600左右，故本次高温腐蚀试验温度设定为650，总腐蚀时间为100小时，每隔10小时取出试样进行一次称重，并观察、记录试样涂层表面的腐蚀情况。经封孔处理的Fe/BFe涂层具有很好的耐蚀性能，其平均腐蚀率为20g的1/51/6。DL/T964-2005循环流化锅炉性能试验规程5.2.5涂层的结合强度电弧喷涂涂层的结合强度是反映涂层性能的一个重要指标，其主要包括涂层与工件基体之间的结合强度和涂层内部得内聚结合强度。（1）实验设备本实验所使用的设备是css-silo电子万能材料拉伸试验机。（2）试样的制备根据标准GB/T
39、 8642-1988 热喷涂层结合强度的测定。拉伸试样的材质是普通的Q235B钢，经车削加工而成。将试件端面均匀地喷上待测结合强度的涂层，厚度约为3mm，经过100，1小时加热固化以后，将试件夹在试验机夹具上，以1m/min的速度进行拉伸，记下拉断时所施加的载荷大小，同时观察拉断时，试件端面涂层的剥落情况。（3）结果的计算用下式计算结合强度：b=F/A0，b涂层得结合强度，单位N/mm2；F试样破裂的最大载荷，单位N；A0试验的涂层面积，单位mm2。（4）评定标准基本破断类型：a.涂层从基体上全部脱落，此为结合强度；b.涂层从基体上部分脱落，部分从胶层破断，此时，结合强度与胶粘强度相接近；c.胶粘层破断，此时，结合强度高于胶枯强度；d.涂层层间破断，此时，结合强度高于涂层自身强度。最终的测定结果应大于40MPa，涂层才会具有优良的性能。5.2.6涂层厚度检测涂层厚度是衡量涂层质量的重要指标之一，影响着产品的可靠性和使用价值。厚度检测可分为平均厚度检测和局部厚度检测两类，局部厚度比平均厚度在实际应用中更能反映产品的质量，故采用局部厚度检测法。金相显微镜法是最常用的局部厚度检测法之一。（本设计所渡涂层厚度为3mm）试验操作：制作被测涂层的断面试样，将试样置于显微镜载物台上，观察面朝下，通过计算机软件可直接测量防护层的厚度。防护层厚度应不小于2mm。