摘要：循环流化床( CFB) 锅炉金属受热面的磨损问题，一直困扰着锅炉的正常运行。尽管采用过一些防护措施，但成效并不理想。本文介绍了热喷涂对CFB 锅炉金属受热面的防磨技术。指出: 超音速火焰( HVOF) 喷涂金属陶瓷粉( 如Ni Cr- Cr 3C2) ，能取得良好的耐磨效果，但成本太高，不宜在中国推广采用，而电弧喷涂仍是可取的工艺方法。涂层耐磨性的关键是选择优质的喷涂材料。 　　对于CFB锅炉金属受热面的磨损问题，人们已经采取了一系列措施，包括炉型设计、操作制度及各种表面强化与防护。在炉型及操作制度既定的前提下，金属受热面的耐磨强化与保护，是延长其工作寿命的主导方向。 　　迄今为止，在已被试用和开发的炉管强化和防护对策中，先后出现过预熔敷层、加装保护套、导向片、耐磨瓦、耐磨涂料、喷焊及堆焊等方法。实践表明，尽管上述方法都在某种程度上起到一定作用，但在耐磨成效、传热和运转要求方面，尚有严重不足和弊端。无疑，在诸多方法中，热喷涂技术是提供耐磨涂层最有效的一种，它已在国外取得良好成效并继续飞速发展中。国内开展这项工作，已有多年历程，并逐步被电厂接纳与肯定。 　　热喷涂技术发展至今，已出现七八种工艺方法，但真正能用于电厂锅炉生产现场中，只有二三种。出于经济方面的考量，电弧喷涂拥有相对优势，这也是我国大多采用此法的缘由。就喷涂技术而言，涂层的耐磨性能，主要取决于喷涂方法及喷涂材料，当喷涂方法确定为电弧喷涂之后，喷涂材料的选择最为关键。 　　一、 热喷涂技术描述 　　热喷涂技术整整有一百年的发展历史。它是利用电能、燃烧能或其他形式的热源，将喷涂材料熔化或加热至塑性状态，在某种装置中获取一定速度，以熔滴或塑态颗粒状态，被喷射到工件表面，形成不同功能的涂层。喷涂材料有粉末、丝( 线) 材、棒材或带材等不同几何形态，材质可以是金属、非金属、陶瓷、金属陶瓷、玻璃或塑料等。 　　依据热源形式的不同，热喷涂技术大体可分为火焰喷涂、电弧喷涂、爆炸喷涂、等离子喷涂、超音速火焰喷涂( HVOF) 及冷喷涂。各种喷涂方法所提供的火焰温度、颗粒( 熔滴) 的飞行速度及其所形成涂层的有关物理性能见表1 。由表1 可看到，HVOF 可获得最高的结合强度和最低的孔隙率，这对涂层的抗磨性能至为关键。热喷涂技术之所以能在电厂锅炉耐磨抗蚀方面取得成功应用，主要有下列缘由： 　　( 1) 热喷涂工艺方法较多，能提供不同工艺条件，适应于多种材料形成涂层。 　　( 2) 涂层材料有数百种之多，可从中做出恰当的挑选，形成特定涂层性能，以满足不同的工况要求。 　　( 3) 实施喷涂过程中，不会危及到工件的物理和化学形态。 　　( 4) 涂层的物理性能、结合强度、热涨系数和传热效果等方面，能满足锅炉运转的要求。 　　(5) 操作灵活方便，能在炉内作业，施工速度较快，成本低廉。正因如此，热喷涂技术在煤粉炉、废热锅炉、重油锅炉、焚烧炉、干熄炉及CFB 锅炉等金属受热面的防腐抗磨方面得到广泛应用，为时已达30 余年，取得显著成效。 　　二、几种喷涂方法的技术与经济分析 　　1. 方法简评 　　在喷涂材料一定的情况下，涂层性能与喷涂方法密切相关。喷涂方法对喷涂材料提供熔滴的飞行速度、受热温度和气氛等，这些因素对涂层的物理性能至关重要。 　　等离子喷涂具有最高的火焰温度和较高的颗粒飞行速度，几乎可喷涂所有材料，但其设备体系复杂，难以进入炉内施工。火焰喷涂的温度及颗粒速度都是最低的，难以找到合宜的材料形成耐磨涂层。它的另一种工艺是自熔合金喷涂，形成致密的冶金结合涂层，硬度高、耐磨性好。国外有人采用高频重熔技术，预制硬面的合金层炉管，然后装入炉内使用。该工艺将工件加热至1000 ℃左右，存在着工件变形和金相组织变化的可能，施工速度很慢，加之近年镍价飞涨，除某些特殊情况或预制炉管成品外，通常在很少采用。 　　冷喷涂是最近几年发展起来的新工艺，它的最大特点是喷涂材料受热温度低，只达到塑性状态，而颗粒的飞行速度则高至某一临界值，使之能在工件表面形成涂层。冷喷涂最适合喷涂某些易氧化的金属，难以形成耐磨涂层。 　　2. HVOF 工艺 　　HVOF 最适宜喷涂的材料有Ni Cr-Cr3C2 、WC- Co 、及WCCoCr 等。因为HVOF 火焰温度仅为3000℃左右，致使这些材料在喷涂中不会有过多的失碳，保证了涂层性能。 　　上述金属碳化物的HVOF 涂层，工作温度有区别，WCCo 涂层用于550℃ 以下，NiCr-Cr3C2 涂层为550～980 ℃，WCCoCr 涂层则兼有耐磨与耐蚀，通常应用于水介质环境。国外常采用HVOF 喷涂Ni Cr-Cr3C2 粉，用于煤粉炉的抗腐蚀和CFB 锅炉受热面的磨损，有一定的实践基础和较多的理论探讨，涂层耐磨性良好，被认定为最有效的一种工艺方法。 　　采用HVOF 喷涂NiCr- Cr3C2 粉，最大问题是经济成本。NiCr- Cr3C2 粉不仅售价高( 每公斤数百元) ，沉积效率仅20% ～30% ，若喷成0.5mm 厚的涂层，每平米仅粉量就20kg 以上，材料费一项就8000元左右，加上HVOF 的燃油( 或燃气) 及耗氧，成本应在1.2 ～1.5万元之间。如此之高的操作费用，令人望而生畏。何况，0.5mm 涂层究竟坚持多久，国内数次试验并不理想，欲达到如此的性价比，相距遥远，对此国外也在寻求取代的方法。 　　3. 电弧喷涂 　　电弧喷涂具有操作成本低、机动灵活、适于现场作业、以及喷涂线材类别渐多等一系列特点，近几年吸引了更多的注意力。电弧火焰的温度3000 ℃上下。其不足是其熔滴速度通常为200 ～300m/s ，涂层结合强度和致密性受到限制，国外出现了超音速火焰线材喷涂或高速电弧喷涂设备，为制取优质耐磨涂层创造了条件。