技术领域
本发明涉及一种锅炉受热面管防磨损涂层性能测定方法。
背景技术：
锅炉受热面管磨损主要有飞灰磨损、吹灰器吹损和机械磨损三种形式，其中以飞灰磨损为主。飞灰磨损是指飞灰颗粒（SiO2、Fe2O3、Al2O3等）与烟气构成的气固两相流对管壁造成塑性磨损和切削磨损。塑性磨损是由于固体颗粒长期重复撞击管壁，金属受反复挤压产生塑性变形硬化，形成疲劳损伤，形成斑点磨坑；切削磨损是气固两相流高速运动，飞灰颗粒切削管壁造成金属损伤。
而受热面管防磨损的最有效的途径之一，就是实施防磨损喷涂。
但是由于当前喷涂市场异常混乱，缺乏防磨损涂层性能评价手段，从而导致喷涂效果千差万别。
因而有必要设计一种科学有效的受热面防磨损涂层性能测定方法。
技术实现要素：
本发明针对上述技术问题，提供一种锅炉受热面管防磨损涂层性能测定方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种锅炉受热面管防磨损涂层性能测定方法，包括以下步骤：
1）涂层厚度测量，测定涂层厚度均匀性；
2）对涂层进行微观组织形貌检验，测定微观形态、孔隙率、物相组织；
3）对涂层结合强度进行检验，测定涂层结合性能；
4）涂层热震测试，测定涂层的抗冷热交变能力；
5）涂层传热特性测试。
6）涂层显微硬度检验，测定涂层防冲刷磨损的综合性能；
7）涂层防磨损特性检验，评价涂层防冲刷磨损的综合性能。
锅炉受热面管防磨损涂层的测定过程如下：
1）涂层厚度：要求厚度达到0.4～0.7mm。
2）涂层微观组织检验：
微观外貌不允许有裂纹和穿透性缺陷；
孔隙率≤3%；
物相组织为非晶相、FeCr相、Fe2B相构成。
3）结合强度：涂层与受热面管基材结合强度、涂层之间的结合强度测定均应不低于50MPa。
4）热震性能测试：试验温度600～720℃、保温1.5～2小时、冷却至11～20℃，如此往复10～15次。涂层不脱落、不开裂，即为达标。
5）传热特性测试：涂层导热系数须与不锈钢导热系数基本相似，应不低于13W·m-1·K-1。
6）涂层显微硬度：硬度值980（HV0.1）以上。
7）防磨损性能：选用3～5MPa压力、60～70目棕刚玉行冲蚀试验，冲蚀角度分别选择30°、60°、90°等3种。涂层不脱落、不开裂、不减薄，即为达标。
本发明中，涂层喷涂材料选用FeCrNiB系列喷涂材料，如KM99喷涂材料。
步骤2）中检验结果良好，具体条件如下：
利用扫描电镜进行微观形貌检验，涂层结合致密，不允许穿透性的缺陷和裂纹。
利用图像测试法计算涂层孔隙率，均在2～3%。
利用X射线衍射仪对涂层物相进行分析，涂层物相组织以非晶相为主，同时其与少量FeCr相、Fe2B相均匀混合。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1、本发明的测试方法，设计新颖，科学合理，可以有效检测锅炉受热面防磨损涂层的性能，从而保护管壁经久耐用。
2、采用本方法，可以综合评定涂层的防磨损效果，为鉴定防磨损涂层的性能优劣提供了测定体系，并且简单可靠。
3、经本测定方法测定合格的受热面防磨损喷涂，使用寿命在4年左右，仍有较好的防磨损效果。
4、本发明的测定方法可以有效控制目前喷涂市场普遍存在的材质以假乱真、施工及喷涂工艺混乱、施工验收盲目等乱象，有利于行业整顿及健康发展。
本发明的锅炉受热面管防磨损涂层性能测定方法中各步骤作用如下：
1）涂层厚度：该项指标考核的是涂层厚度均匀性。
2）涂层微观组织检验：该项指标考核的是涂层的微观形貌、孔隙率和物相组织。物相组织和形态结构决定了涂层是否具有防磨损的能力。考核孔隙率主要是因为：如有较多孔隙存在，则磨损介质容易在孔隙处将涂层冲刷开裂；另外孔隙率也从侧面反映了原材料的优劣和喷涂施工质量。
3）结合强度：该项指标考核的是涂层与管子基材的结合性能、涂层之间的结合性能。可以判定涂层的牢固程度和抗破坏程度。
4）热震性能：该项指标考核都是涂层经受冷热交变的能力。
5）传热特性：该项指标考核的是锅炉的热效率。涂层既要有防磨损的性能，又要有良好的传热性，不能影响锅炉效率和经济效益。
6）涂层显微硬度：该项指标考核的是涂层防冲刷磨损的综合性能
7）防磨损性能：采用利用冲蚀试验机，选用适当压力、介质颗粒、冲蚀角度对涂层进行冲刷磨损检验。试验后进行扫描电镜分析，评判涂层的防磨损效果。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一：
本实例以某火力发电厂进行了吹灰器附近水冷壁防磨损喷涂为例，其喷涂材质为KM99（属FeCrNiB系列喷涂材料），采用目前广泛应用的超音速电弧喷涂方式进行喷涂施工。采用本发明进行了吹灰器附近水冷壁防磨损涂层性能的测定，各项测定标准和过程如下。
1）涂层厚度：厚度0.4～0.7mm。
主要由于：太薄不能有效覆盖管子基材的粗糙度；太厚又因为涂层热膨胀性与管子基材有差异，容易出现涂层表面开裂。
对喷涂区域进行了测厚，检验结果显示：喷涂区域厚度全部分布于0.5～0.7mm范围内，则喷涂均匀。
2）涂层微观组织检验：
微观外貌不允许有裂纹和穿透性缺陷；
孔隙率≤3%；
物相组织为非晶相、FeCr相、Fe2B相均匀弥散分布构成，其中主要为非晶相。
主要由于：
当有裂纹或穿透性缺陷时，容易被飞灰颗粒冲刷脱落，根本无法起到保护基材的作用。
孔隙率太大涂层容易开裂，而又由于受喷涂实施方式的影响孔隙率也不能达到低于1%。孔隙率大于3%说明喷涂不致密，容易被磨损介质冲刷开裂。
含大量非晶相的物相，不仅可以提高强度，其韧性和耐磨性也较高。利于抗磨损和加强涂层对基材的附着性。
检验结果良好，具体如下：
利用扫描电镜进行微观形貌检验，涂层结合致密，未见穿透性的缺陷和裂纹。
利用图像测试法计算了涂层孔隙率，均在2%左右，测符合要求。
利用XRD分析，发现涂层中含大量非晶相，同时其与少量FeCr相、Fe2B相均匀混合分布，则为合格，其提高了涂层强度和耐磨性。
3）结合强度：涂层与吹灰器附近水冷壁管子基材结合强度、涂层之间的结合强度均应不低于50MPa。
主要由于：结合强度反映了涂层抗外力冲刷破坏能力；当结合强度低于25MPa时，容易在实际工况中脱落。
检验结果：用拉伸试验机进行拉伸试验，按GB/T8642-2002标准制备试样并进行试验。结果显示断裂位置均在涂层与吹灰器附近水冷壁管子基材结合部位，结合强度均在56MPa左右。
4）热震性能：试验温度700℃、保温2小时、冷却至11℃左右，如此往复15次。涂层不脱落、不开裂，即为达标。
主要由于：试验温度700℃、保温2小时、冷却至11℃左右，如此往复15次与实际工况下（水冷壁壁面温度为400℃～500℃左右，且停炉后随炉缓慢冷却）锅炉启停15次（一般情况下，5年时间锅炉启停次数约10次左右）的热疲劳损伤当量值相同。
此结论的获得由如下方法测定：由于热疲劳损伤即冷热交变损伤亦即热震损伤。因此采用热疲劳试验机对管子基材15CrMo钢进行试验温度700℃、保温2小时、冷却至11℃左右，如此往复15次的热疲劳试验，然后运用X射线衍射仪测量热应力，同时对运行5年的锅炉（该炉启停记录15次）水冷壁割管，其材质同样为15CrMo钢，同样运用X射线衍射仪测量热应力。两者热应力值基本相同（热应力是热疲劳的直接表征），因此两者热疲劳损伤当量值相同。
检验结果：用热处理炉将涂层试样（涂层厚度0.5mm），加热至700℃、保温2小时、冷却至11℃左右，如此往复，对涂层试样进行检验。重复22次后，才开始出现涂层起皮变形的迹象。
5）传热特性：导热系数须与奥氏体不锈钢导热系数基本相似，应不低于13W·m-1·K-1。
检验结果：采用热导率测试仪检测，结果显示涂层的导热系数均在16W·m-1·K-1之间，与奥氏体不锈钢导热系数基本相同。
6）涂层显微硬度：硬度值980（HV0.1）以上。
主要由于：硬度与耐磨性成线性关系。硬度低耐磨性便随之降低，保持硬度值980（HV0.1）以上，则实际运行工况下，不会对耐磨性产生影响。
检验结果：涂层的显微硬度均在986～1100（HV0.1）范围内。
7）防磨损性能：选用3MPa压力、60～70目棕刚玉行冲蚀试验，冲蚀角度分别选择30°、60°、90°等3种。涂层不脱落、不开裂、不减薄，即为达标。
主要由于：选用3MPa压力、60～70目棕刚玉进行冲蚀试验，冲蚀角度分别选择30°、60°、90°等3种，综合3种角度的平均失重数据。该方法用于吹灰器附近水冷壁管子基材15CrMo钢的冲刷磨损失重量与循环流化床锅炉受热面管运行4年后的失重量相同。
此结论的获得由如下方法测定：循环流化床锅炉受热面管运行4年后的壁厚减薄量，根据管子直径与管子密度，换算成失重量。一般而言，由于工作原理不同，循环流化床锅炉受热面管的磨损情况是发电锅炉里磨损最严重的炉型。
选用3MPa压力、60～70目棕刚玉进行冲蚀试验，冲蚀角度分别选择30°、60°、90°等3种，综合3种角度的平均失重数据。获得吹灰器附近水冷壁管子基材15CrMo钢的冲刷磨损失重量。
两者失重量相同。则认为选用3MPa压力、60～70目棕刚玉进行冲蚀试验，冲蚀角度分别选择30°、60°、90°等3种，综合3种角度的平均失重数据。与循环流化床锅炉受热面管运行4年效果相同。
检验结果：
试验后对涂层试样进行扫描电镜分析，发现涂层存在变形、脱落、开裂。进行涂层测厚未见减薄。
经本发明以上综合测定，结论为：该涂层具有优良的抗磨损性能，锅炉实际运行工况下，可应用4年左右。
该吹灰器附近水冷壁经过9个月的运行后，锅炉停机检修时，对其进行涂层测厚和宏观检验，结果显示涂层未出现裂纹及变形脱落情况，防磨损效果运行良好。后续持续跟踪该涂层运行效果，每逢停机，进行涂层检查。