h-BN基复合陶瓷涂层防结渣机理及性能研究

作     者：邵振龙 

作者单位：中国计量大学 

学位级别：硕士

导师姓名：池作和;杜志华

授予年度：2018年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：燃煤锅炉 复合陶瓷涂层 结渣 料浆法 铺展动力学 

摘      要：针对燃煤锅炉受热面普遍存在的结渣问题,采用料浆法,在水冷壁常用基材20G钢表面制备了h-BN基复合陶瓷涂层,该涂层已在20多台600MW-1000MW大型煤粉锅炉上使用,取得了良好的的防结渣和防水冷壁高温腐蚀效果,本文通过粘附特性实验和铺展动力学分析,探究了h-BN基复合陶瓷涂层防结渣机理及性能。灰渣粘附特性实验表明:在42080℃温度范围内,熔融灰在喷涂钢片表面接触角大于未喷涂钢片,涂层表现出较差的润湿性;粘附功小于未喷涂钢片,涂层具有降低熔融灰粘附强度的作用;在改变试验倾角试验中,倾斜角分别为30o、45o、60o,熔融灰在涂层表面接触角滞后值均比钢片小,熔融灰更容易从涂层表面滚落;熔融灰撞击钢片表面后形成一层连续液膜,而撞击涂层表面时,则出现破碎飞溅现象,这是因为涂层表面具有更低的表面能和化学不亲和性。微观形貌检测表明:熔融灰与钢片表面的氧化膜结合牢固,熔融灰中Pb元素已扩散至氧化膜内达到10.1At.%,熔融灰与氧化膜互相融合,不易清除;而涂层表面与熔融灰界线清晰,交界处有明显的孔隙,熔融灰扩散至涂层的Pb元素只有2.8At.%,这说明涂层能有效防止灰渣成分的渗透。在48080℃温度条件下,熔融灰在涂层和钢片表面的铺展过程可分为三个阶段:快速铺展阶段、缓慢铺展阶段、渐变平衡阶段。用经验幂率公式R描述熔融灰在试样表面的铺展过程,结果表明在前两阶段,钢片表面幂率指数n都大于涂层,熔融灰在钢片表面铺展速率大于涂层;n值均小于1,铺展润湿体系都属非饱和润湿体系,铺展动力学机制为反应、溶解和扩散的混合控制模型。动力学分析计算结果为:在非线性铺展阶段,熔融灰在钢片表面反应激活能E=4.33kJ/mol,小于涂层表面反应激活能E=12.38kJ/mol;在线性铺展阶段,钢片表面反应激活能E=26.76kJ/mol,小于涂层表面反应激活能E=39.29kJ/mol。相比未喷涂钢片表面,熔融灰在喷涂涂层表面的反应激活能更高,涂层表现出更好的防结渣特性。