热喷涂
高温腐蚀磨损是工业锅炉普遍存在的问题，造成的生产危害和经济损失十分严重。热喷涂技术发展到当今水平为经济而合理地解决锅炉的腐蚀与磨损提供了有利手段。燃煤、燃油锅炉是当前我国重要的能量转换装置，涉及到国民经济各部门，大力推广锅炉防磨技术，对国民经济效益甚大。
锅炉水冷壁管、过热器管、再热器管、节煤（或油）器管（以下简称“四管”）的腐蚀磨损，一直是电力、造纸、冶金和化工等工业中存在的严重问题。
从我国发电厂运行可靠的分析资料表明，在发电设备事故中，锅炉事故最多，而在锅炉事故中，“四管”爆漏次数最高。高温腐蚀与磨损主要发生在炉管外表面，其磨损速率依工况不同而异，一般约为1mm/a，甚者可达5~6mm/a。尤其是流化床锅炉磨损速度更快。
1.循环流化床炉
循环流化床锅炉受热面，由于受高温、硫化物腐蚀、颗粒冲刷等原因，使管壁逐渐减薄，一般寿命多则半年少则1~2个月。锅炉从75t/h到670t/h不等。需要喷涂的部位：
（1）卫燃带部位，即水冷壁管从耐火砖出来0～1600mm（视锅炉大小不同，要求喷涂高度也不同）
（2）高温过热器部位
（3）其他需要强化和保护的部位。
2.喷涂方法
超音速电弧喷涂或高速火焰喷涂（本文重点介绍超音速电弧喷）
2.1超音速电弧喷涂技术特点
在诸多喷涂方法中，电弧喷涂具有生产效率高、成本低，工件受热小等优点，在高效防腐、维修、设备制造和特殊功能涂层的制备方面应用范围广，在热喷涂领域里占有重要地位。
近年来，高能高速喷涂成为热喷涂发展的一个重要方向，特别是粒子速度，受到普遍关注，粒子速度对涂层质量有决定性作用，热喷涂涂层质量的改善往往是粒子速度提高的结果。与等离子喷涂、超音速火焰喷涂相比，普通电弧喷涂粒子速度低，由此可见，粒子速度成为制约电弧喷涂技术发展的重要因素。随着热喷涂技术的发展与提高，一种新的喷涂方法――超音速电弧喷涂技术应运而生，与普通电弧喷涂一样，超音速电弧喷涂是一个不断重复进行熔化――雾化――沉积的过程，其基本原理是：燃烧于丝材端部的电弧将均匀送进的丝材熔化，经拉伐尔喷嘴加速后的超速气流将熔化的丝材雾化为粒度细小分布均匀的粒子，喷向工件形成涂层。
超音速电弧喷涂与普通电弧喷涂工作原理相似，但在雾化方式上有差别，普通电弧喷涂采用亚音速雾化，而超音速电弧喷涂采用超音速雾化，与亚音速雾化相比，超音速雾化的雾化效果好，雾化后的粒子细小均匀，速度高，有利于获得高质量涂层。
2.2超音速电弧喷涂涂层主要优点
2.2.1粒子飞行速度高
超音速电弧喷涂粒子速度高，采用kodakl012型高速运动分析仪测得纯铝涂层的粒子最大速度为385.7 m/s,平均速度为373.6 m/s，T8钢涂层的粒子最大速度为301.9 m/s，平均速度为259.6 m/s。
2.2.2结合强度高
按照标准 ASTM C 633－79在电子拉伸实验机上进行涂层结合强度测试。以常用材料3Cr13为例，涂层结合强度平均值为60 MPa，最大值为68.1MPa。
2.2.3涂层孔隙率低
以3Cr13为例，用金相检查法测定：涂层均匀致密，无大的空洞缺陷，孔隙平均大小为0.9μm，面积密度为0.9％，体积密度为0.7％。
2.2.4涂层硬度高
采用Micromet-Ⅱ显微硬度计测试，以3Cr13为例，涂层硬度平均值为397HV。
2.2.5粒子雾化效果好
用S-2700扫描电镜下观察雾化粒子的形貌，同时测量粒子的粒度，以3Cr13为例，3Cr13粒子基本成球形，平均粒度为4.32μm，较大的为18.8μm，较小的为1μm，，粒子雾化效果好，分布均匀。
所以要提高锅炉受热面的使用寿命，采用超音速电弧喷涂技术是当今最佳技术选择。
3.喷涂的原则工艺流程
基材表面清洁处理→糙化处理（喷砂）→喷耐磨合金层→涂刷封闭层
4.涂层结构：
4.1水冷壁部位
（1）耐磨涂层：SAM（耐磨合金粉芯丝材），厚度0.7mm ；
（2）封闭层：无机盐＋陶瓷，厚度0.1mm；
（3）涂层总厚度0.8mm±0.05mm；
4.1.1喷涂材料及涂层的主要性能
4.1.1.1涂层材料SAM耐磨合金（粉芯丝材）
规格：ф2.0mm，高耐磨合金。材料主要化学成分（wt％）：Cr13～15,
Ni4～6, B 3.5, 稀土少量。
4.1.1.2涂层的主要性能
（6）孔隙率1％;
（7）喷涂时控制基体温度≤120℃，基体不会发生变形。
4.2高温过热器部位(SOR)
4.2.1 SOR高温耐磨、耐蚀涂层
（1）SOR（粉芯丝材），厚度0.5mm ；
（2）封闭层：无机盐＋陶瓷，厚度0.1mm；
（3）涂层总厚度0.6mm±0.05mm；
4.2.2喷涂材料及涂层的主要性能
4.2.2.1涂层材料SOR耐磨合金（粉芯丝材）
规格：ф2.0mm，高耐磨合金。材料主要化学成分（wt％）：Cr40-42, 少量Ni、稀土添加元素（<5％），余Fe。
4.2.2.2涂层的主要性能
（3）涂层与基材结合强度≥50Mpa；
（4）涂层维氏硬度645～800，HRC≥55（换算值）；
（5）涂层耐磨度相当于20#钢18倍以上；
（6）涂层空隙率<1 ％；
4.2.2.3涂层耐高温腐蚀的机理及特性
该材料为粉芯丝材，即不锈钢为外皮，内含耐磨、耐蚀元素，主要成分(wt.%):Cr40-42, 少量添加元素（Ni、稀土<5），Fe余量。电弧喷涂结合强度>50MPa。
涂层平均显微硬度645HV，折合洛氏硬度57HRC。
涂层的抗热震性能较好：850℃，30次，涂层完好。具有较好的抗高温氧化能力，可在600-900℃工况条件下使用。
涂层抗蚀能力强：高铬含量（Cr40-42％）,涂层氧化曲线稳定，增重少，具有较好的抗氧化性能。由于Cr在过热器高温环境下，在涂层表面形成了连续的Cr2O3氧化膜，可有效的抑制腐蚀过程的持续进行，是抗高温、耐腐蚀最佳涂层选择。特别适于电站锅炉“四管”抗高高温氧化-磨蚀防护部位（过热器部位）。以及钢厂转炉烟罩及烟道防腐耐磨部位。
涂层经北京工业大学材料学院考核涂层的试验，具体参数如下：
（1）喷涂层的抗热震性测试：参照JB/T7703-95(热喷涂陶瓷涂层技术条件，第5.1.6条－热震性)规定进行。加热设备：SX2-5-17箱式电阻炉。试样：基材为Q235钢，尺寸为50×30×5mm，表面涂层厚度为0.3-0.5mm。试验方法：试验时将试样置于加热炉中，加热温度分别选择600℃、800℃，到温后保温10分钟取出，放入常温的清水中激冷。观察试样表面涂层有无裂纹、剥离或翘起等。然后再进行加热、保温，如此反复完成加热－冷却－再加热的热循环过程，以此检测涂层的抗热震性能。
（2）高温氧化性能测试：高温氧化试验试样基体材料选用低碳钢Q235，尺寸为25mm×16mm×5mm。先对试样各个面进行清洗和喷砂处理，然后对试样各个面进行喷涂，涂层厚度约为0.5mm ~0.6mm。喷涂后试样表面未作任何机械加工处理。
加热设备是上海电炉厂生产的SX2-5-17 箱式电阻炉，试验温度为600-800℃。质量测量采用的是北京塞多利斯仪器公司的BS2202S电子天平，精确到0.0001g。制备好的试样放进在经800℃×1h脱气处理后的坩埚内，一起称重，记录该值，然后将坩埚和试样放在600-800℃的电阻丝炉内进行高温处理，每隔24h取出试样，冷却到室温后测量并记录试样和坩埚质量，至288h。
（3）热腐蚀试验：采用加热设备为SX-5-17箱式电阻炉，试样基体为20钢，涂盐实验所选用的热喷涂材料试件尺寸为25′16′5mm。对试样进行六面喷涂后不作机械加工处理，涂层厚度为0.4~0.5mm。涂盐实验中，采用坩埚来承载试件。实验时在试件表面涂覆盐层，该盐层的成分组成与锅炉管道钢工作时灰分所沉积的熔融盐膜相似。摩尔比为7:3的Na2SO4+K2SO4的饱和水溶液刷涂到试件表面，并保证涂盐量达2.0-3.0mg/cm2，烘干，取出称重，然后将刷涂后的试件放置在7500C的箱式电阻炉内加热，保温，取出，冷却称重；涂盐、烘干、冷却称重；再涂盐如此不断循环进行实验。总腐蚀时间为36个小时，以6小时为一次循环。每种涂层有三块试样，得到涂层腐蚀增重与时间的关系曲线。
4.3高温过热器部位(PS45)
注：由于燃烧的煤质不同，有些电厂要求涂层特别耐腐蚀，要求喷涂高铬镍基合金（PS45，相当于美国45CT）
4.3.1 PS45高铬镍基合金喷涂材料主要化学成分
（wt％）：Cr>43, Ni>55Ti >1。
4.3.2? PS45高铬镍基合金的特性及防蚀机理
该合金经权威单位测试，得出如下结论：
综上所述，PS45高铬镍基合金喷涂层是防硫化物、钠盐、钾盐以及有机物燃烧后气体介质腐蚀的最佳选择。
5.执行标准
喷砂：GB/T11373-1989,达到Sa3标准
喷涂：JB/T6974-1993
6.质保期：一年以上
第二部分防磨、防腐涂层在粉煤锅炉受热面上的主要应用
1.概述：略
2.喷涂的主要部位
粉煤炉水冷壁管，许多大型锅炉（大于400t/n）如果全部管道喷涂面积较大，为了节省资金，一般喷涂吹灰器、喷燃器口周围磨损比较厉害的部位（每个口周围喷涂面积约2m2左右。总之根据燃烧煤质不同，不同锅炉磨损部位的轻重程度也不同，其确定的喷涂部位也略有不同,按用户要求施工。
3.主要工艺流程
金属管壁表面喷砂处理→喷涂耐磨合金层→封闭处理
4.涂层结构（涂层总厚度0.4～0.5mm）
5.涂层的主要性能：
5.1 MC耐磨合金粉芯丝材主要化学成分
C |
Cr |
Fe |
Ni、Ti、Al、RE |
1.0～1.2 |
20～25 |
余量 |
少量 |
5.2? MC涂层主要特性
（1）涂层与基材结合强度：50MPa；
（2）线膨胀系数13.5×10-6/K，与20＃钢基本相近；
（3）涂层硬度：HRC55 ~60.（由显微硬度换算值）；
（4）涂层导热率：18～21w/m.k；
（5）耐磨度是20#锅炉钢18倍以上；
（5）涂层耐高温腐蚀(耐温900℃)、磨粒磨损。
5.3SAM耐磨合金涂层特性
主要化学成分及涂层特性同4.1.1.2
6.执行标准
喷砂：GB/T11373-1989,达到Sa3标准
喷涂：JB/T6974-1993
7.质保期：4年以上