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热喷涂复合结构MCrAlY/8YSZ热障涂层的抗剥落能力

956 编辑：中冶有色网来源：刘福广,陈胜军,潘红根,董鹏,马英民,黄杰,杨二娟,米紫昊,王艳松,雒晓涛

2024-04-10 14:43:00

超(超)临界锅炉机组的频繁调峰乃至深度调峰，使水冷壁换热管大面积横向开裂加剧这个问题不仅使检修机组时需要大面积换管，而且容易发生泄漏而导致非计划停机，已经成为影响超超临界机组长期安全运行的极大隐患[1,2] 研究表明，出现横向裂纹的原因是：交变热应力和高温腐蚀介质使水冷壁管向火侧产生热腐蚀疲劳开裂[3, 4] 针对此类问题，火电机组的主要措施是逢停必检一旦发现裂纹，立即更换；进行燃烧优化调整、常规锅炉管喷涂等治理措施，效果不明显以优化调整水冷壁管开裂区域的运行工况为基础，通过温度场监测、应力测量及相关防护试验得到治理水冷壁管横向开裂的工艺，是降低检修成本、提高机组运行效率和可靠性的关键温度变化是引起15CrMo水冷壁管横向开裂的重要原因，通过常规热障涂层隔热策略可减弱由表面温度变化引起的应力幅值，进而防止或延缓裂纹的产生及扩展尽管表面温度相对更低，但是由于超(超)临界锅炉水冷壁内外管壁的温度梯度远高于飞机发动机和重型燃气轮机，采用超音速火焰喷(HVOF)和大气等离子喷涂(APS)在现场制备的常规结构MCrAlY/YSZ热障涂层，在较短服役周期内即发生剥落而失效对现场失效涂层取样观察发现，涂层剥落主要发生在MCrAlY粘接层与YSZ陶瓷层界面，只有少量剥落发生在陶瓷层底部这与应用于燃气轮机领域的热喷涂制备MCrAlY/YSZ热障涂层的失效模式，基本相同 [5, 6] 针对上述问题，考虑到影响热障涂层剥落失效的关键力学性能是陶瓷层与金属粘接层结合强度和陶瓷层的韧性，本文用等离子喷涂制备MCrAlY-YSZ梯度复合结构粘接层，通过粘接层与陶瓷层界面的成分过渡提高陶瓷层的结合强度；在常规层状结构陶瓷层中引入半熔化团聚烧结YSZ粉末，通过未熔化团聚烧结粉末对层状结构的钉扎作用使层间裂纹止裂，以提高陶瓷层的断裂韧性鉴于超(超)临界锅炉水冷壁的服役温度远低于燃气轮器叶片但温度梯度更大的特点，通过加热-水淬实验考察涂层在极端快冷情况下的抗剥落能力 1 实验方法如图1所示的热障涂层新结构的制备：先用超音速火焰喷涂(HVOF)在15CrMo耐热不锈钢表面制备厚度约为100 μm的高致密度NiCoCrAlTaY粘接层，然后以8YSZ与NiCoCrAlTaY混合粉末为原料用大气等离子喷涂(APS)制备厚度约为100 μm的层状结构复合过渡层，最后以熔炼破碎8%Y

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