面向垃圾焚燒發電的Al2O3-TiO2陶瓷涂層的耐高溫氯腐蝕性能研究

蘇猛業 柏華斌 洪 斌 徐新達 李恒生

（1. 中電國際新能源控股有限公司，上海 200086；2. 商丘中電環保發電有限公司，河南商丘 476000；3. 蕪湖中電環保發電有限公司，安徽 蕪湖 241000）

0 引言

新型垃圾發電項目不僅能無害化處理城市垃圾，有效減少對環境影響達到資源回收利用的良好效果，而且產生的熱能用于發電帶來可觀的經濟效益[1]。但垃圾成份復雜其燃燒產物會對鍋爐設備造成嚴重的腐蝕，縮短設備的使用壽命甚至有較大可能導致爆管等事故。故采取一定的防腐耐磨防護措施對鍋爐進行防護，對提高鍋爐使用壽命、減少爆管停機等具有重大意義。

熱噴涂涂層作為鍋爐“四管”防護的主要方式之一，涂層的種類繁多按照噴涂材料的種類不同可分為金屬涂層，陶瓷涂層和金屬陶瓷涂層。陶瓷材料作為一種理想的耐高溫涂層材料，但其較高的熔點和較低的韌性讓陶瓷涂層的實際性能大打折扣。目前常采用等離子噴涂[2]、激光熔覆[3]和高速火焰噴涂等方式制備陶瓷涂層。高速火焰噴涂相對超音速噴涂設備靈活便攜。相對普通火焰噴涂除了焰流能提供噴涂熱能外還能利用高能加速氣流加速噴涂粒子。在高速粒子在撞擊到基材表面時能將動能轉化成熱能提高噴涂溫度，從而獲得致密度和結合強度較高的涂層[4]。激光熔覆的涂層存在較多的裂紋和氣孔等缺陷而且激光熔覆受噴涂設備的限制涂層的噴涂效率較低。等離子噴涂相對其他噴涂方式能提供更高的焰流溫度，實際噴涂效果優于高速火焰噴涂，涂層致密度高結合強度大。

Al2O3和TiO2陶瓷材料因其資源豐富價格低廉高溫性質穩定，已成為耐腐蝕涂層的研究熱點。同時在Al2O3陶瓷涂層中添加TiO2能降低陶瓷涂料的熔點提高涂層的致密性和韌性，提高其耐腐蝕性能[5]。在Ksiazek[6]等人的研究中以鑄造鋁合金為基體NiAl為過渡層，采用超音速噴涂Al2O3-15wt%TiO2涂層。結果表明涂層具有典型層狀結構、低孔隙率和致密結構與基材有良好的粘附性。

目前關于熱噴涂陶瓷涂層的研究主要集中于耐高溫性能和耐腐蝕性能[7]，而面向垃圾發電的耐高溫氯腐蝕涂層的研究很少有報道。本文在12Cr1MoV金屬基體上先噴涂NiCrAl過渡底層，再通過等離子噴涂制備了不同TiO2含量的Al2O3-TiO2復合涂層，并研究了TiO2含量對于涂層的耐高溫腐蝕性能的影響。

1 實驗方法

試樣基體材料為12Cr1MoV，圓片試樣尺寸規格直徑為60mm厚度為3mm；基體須經過噴砂處理，噴砂壓力為0.6～0.8MPa石英砂粒徑為8～14目，噴砂處理后表面清潔度需達到Sa3.0級。NiCrAl過渡底層材料為NiCrAl合金電弧噴涂絲材，絲材直徑1.8mm；等離子噴涂材料為不同質量分數的Al2O3-xTiO2（x=20%、40%、60%）復合陶瓷粉末，粒度為40～50μm。

涂層高溫腐蝕實驗采用高溫熔鹽模擬腐蝕，在涂層表面刷涂一定濃度的KCl溶液，保證涂層上KCl濃度為2mg/cm2，烘干后置于箱式電阻爐內在750℃下保溫2h、12h、24h并記錄質量變化。對高溫腐蝕后的試樣采用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡和能譜儀分別分析腐蝕后的組織、物相、微觀形貌和組成情況。

2 實驗結果與分析

2.1 質量變化

在對不同TiO2含量的陶瓷涂層的高溫腐蝕實驗后，因試樣本身的質量不同，其質量變化情況按照式（1）質量變化百分比i來表示，其中M0為試驗前的試樣質量，Mt為實驗t小時后的試樣質量。

故認為高溫腐蝕后Al2O3-60%TiO2涂層表面孔隙和缺陷較其他兩種涂層少，對金屬基體的保護性最好。

3 結語

（1）采用等離子噴涂在12Cr1MoV基體上以NiCrAl為過渡底層，成功噴涂了質量分數為20%、40%和60%TiO2的Al2O3-TiO2復合陶瓷涂層；

（2）對比三種不同Al2O3-TiO2復合陶瓷涂層的高溫氯腐蝕實驗結果，隨著二氧化鈦含量的增加，涂層高溫腐蝕質量變化越小高溫穩定性越好，涂層耐高溫耐氯腐蝕性越好；

（3）經高溫腐蝕后三種涂層內部均呈層狀結構且表面能譜數據并未檢測到氯元素滲透和殘留；隨著二氧化鈦含量的增加涂層內孔洞和缺陷都減少涂層致密度不斷提高；故綜上所述Al2O3-60%TiO2涂層耐高溫氯腐蝕性較其余兩種涂層好。