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电站锅炉高铬铸钢燃烧器工作在高温环境中,受到高速煤粉气流的冲蚀,喷嘴冲蚀磨损严重,严重影响锅炉运行安全。喷嘴失效形式主要为严重磨损和变形,其原因是高速煤粉气流中含有高硬度颗粒所致。扫描电镜分析,材料的磨损以犁沟式切削磨损为主,以剥落式弹塑性压痕破裂冲蚀磨损为辅,磨损是失效主导因素。冲蚀磨损的物理模型为喷嘴材料产生变形的“冲蚀破坏氧化膜类型”或冲击能量足以除去氧化皮的直接“冲蚀金属类型”。目前,研究重点一直是改变燃烧器喷嘴材料,提高整体耐磨性。但是,由于燃烧器工作环境恶劣,强化效果不明显。
采用激光表面改性技术,利用激光熔凝与激光熔覆复合,金属基体与金属间化合物复合,在高铬铸钢表面制备耐热、耐磨涂层。研究了激光熔凝和激光熔覆对高铬铸钢组织和性能的影响规律。通过试验研究制定了激光表面改性工艺,确定了耐高温、耐磨损复合涂层材料,制备了适合于锅炉喷嘴工矿条件的涂层,提高锅炉喷嘴的耐高温、耐磨损性能,从而提高锅炉喷嘴的使用寿命。
高铬铸钢激光熔凝后组织由原来粗大的奥氏体组织变得细化,熔凝区存在奥氏体和碳化物两类枝晶结构,微观组织是由细小的胞状晶、枝状晶和碳化物构成。高铬铸钢激光熔凝时,在扫描速度和激光功率适当时,熔凝层奥氏体晶粒细化,组织硬度增加,耐磨性提高,并且超细晶区的耐磨性能最好。试验表明利用激光熔凝技术来改善高铬铸钢表面的组织及硬度,提高高温耐磨性是可行的。
研究了激光熔覆NiAl复合涂层的显微组织结构和成分分布的变化、激光表面强化处理对高铬铸钢的高温冲蚀磨损性能的影响,获得提高材料的耐高温冲蚀磨损性能的激光表面改性方法,并对高温下材料的冲蚀磨损机理进行分析研究。结果表明:激光熔覆层成型良好,实现了与基体的冶金结合,熔覆层的物相组成以NiAl金属间化合物为主,还含有γ-FeNi和少量的Ni<,3>Al化合物。熔覆层中存在大量的孪晶和位错塞积。