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    熱噴涂復合結構MCrAlY/8YSZ熱障涂層的抗剝落能力

    1133   編輯：中冶有色網   來源：劉福廣,陳勝軍,潘紅根,董鵬,馬英民,黃杰,楊二娟,米紫昊,王艷松,雒曉濤  
    2024-04-10 14:43:00
    超(超)臨界鍋爐機組的頻繁調峰乃至深度調峰，使水冷壁換熱管大面積橫向開裂加劇 這個問題不僅使檢修機組時需要大面積換管，而且容易發生泄漏而導致非計劃停機，已經成為影響超超臨界機組長期安全運行的極大隱患[1,2] 研究表明，出現橫向裂紋的原因是：交變熱應力和高溫腐蝕介質使水冷壁管向火側產生熱腐蝕疲勞開裂[3, 4] 針對此類問題，火電機組的主要措施是逢停必檢 一旦發現裂紋，立即更換；進行燃燒優化調整、常規鍋爐管噴涂等治理措施，效果不明顯 以優化調整水冷壁管開裂區域的運行工況為基礎，通過溫度場監測、應力測量及相關防護試驗得到治理水冷壁管橫向開裂的工藝，是降低檢修成本、提高機組運行效率和可靠性的關鍵 溫度變化是引起15CrMo水冷壁管橫向開裂的重要原因，通過常規熱障涂層隔熱策略可減弱由表面溫度變化引起的應力幅值，進而防止或延緩裂紋的產生及擴展 盡管表面溫度相對更低，但是由于超(超)臨界鍋爐水冷壁內外管壁的溫度梯度遠高于飛機發動機和重型燃氣輪機，采用超音速火焰噴(HVOF)和大氣等離子噴涂(APS)在現場制備的常規結構MCrAlY/YSZ熱障涂層，在較短服役周期內即發生剝落而失效 對現場失效涂層取樣觀察發現，涂層剝落主要發生在MCrAlY粘接層與YSZ陶瓷層界面，只有少量剝落發生在陶瓷層底部 這與應用于燃氣輪機領域的熱噴涂制備MCrAlY/YSZ熱障涂層的失效模式，基本相同 [5, 6] 針對上述問題，考慮到影響熱障涂層剝落失效的關鍵力學性能是陶瓷層與金屬粘接層結合強度和陶瓷層的韌性，本文用等離子噴涂制備MCrAlY-YSZ梯度復合結構粘接層，通過粘接層與陶瓷層界面的成分過渡提高陶瓷層的結合強度；在常規層狀結構陶瓷層中引入半熔化團聚燒結YSZ粉末，通過未熔化團聚燒結粉末對層狀結構的釘扎作用使層間裂紋止裂，以提高陶瓷層的斷裂韌性 鑒于超(超)臨界鍋爐水冷壁的服役溫度遠低于燃氣輪器葉片但溫度梯度更大的特點，通過加熱-水淬實驗考察涂層在極端快冷情況下的抗剝落能力 1 實驗方法 如圖1所示的熱障涂層新結構的制備：先用超音速火焰噴涂(HVOF)在15CrMo耐熱不銹鋼表面制備厚度約為100 μm的高致密度NiCoCrAlTaY粘接層，然后以8YSZ與NiCoCrAlTaY混合粉末為原料用大氣等離子噴涂(APS)制備厚度約為100 μm的層狀結構復合過渡層，最后以熔煉破碎8%Y
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    熱障涂層 復合結構
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