蘇猛業(yè)，柏華斌，洪 斌，徐新達(dá)，李恒生

(1 中電國(guó)際新能源控股有限公司，上海 200086；2 商丘中電環(huán)保發(fā)電有限公司，河南 商丘 476000；3 蕪湖中電環(huán)保發(fā)電有限公司，安徽 蕪湖 241000)

由于人口規(guī)模的不斷增加、城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市固體廢物的產(chǎn)生率急劇增加[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)年生活垃圾總量從2014年的1.786億噸增加到2015年的2.04億噸[2]，并有報(bào)告指出2020年我國(guó)的年固體廢物量將接近2.82億噸[3]。2016年頒布的十三五計(jì)劃已經(jīng)要求建設(shè)無(wú)害化的城市垃圾處理設(shè)施，積極鼓勵(lì)安全的垃圾處理和處置方法，減少垃圾填埋。垃圾焚燒發(fā)電(WTE)由于其能快速減少固體廢物90%的體積和熱能回收發(fā)電等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是可持續(xù)廢物管理和安全處置固體廢物的主要方法。

但垃圾電廠與燃煤電廠相比，垃圾焚燒會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的高溫腐蝕問(wèn)題。據(jù)報(bào)道當(dāng)垃圾焚燒鍋爐的蒸汽溫度高于470 ℃時(shí)[4]，因?yàn)楦g的原因過(guò)熱器材料的壽命平均小于2年。馬文超等[5]分析了一個(gè)垃圾電廠設(shè)備的預(yù)保護(hù)裝置和第三級(jí)過(guò)熱器的沉積中的Cl、K、Na、S、Ca濃度分布情況，發(fā)現(xiàn)其中含有較多的Cl、K和Na。其結(jié)果表明腐蝕主要是Cl元素引起的高溫腐蝕。但目前關(guān)于高溫下固廢垃圾中的不同條件下的氯的腐蝕機(jī)理仍然沒(méi)有完全弄清楚。了解氯腐蝕過(guò)程的機(jī)理和防護(hù)措施，將有助于優(yōu)化焚燒工藝、鍋爐管道的設(shè)計(jì)和維護(hù)，從而提高大型垃圾焚燒裝置的電效率保障垃圾電廠的安全運(yùn)行。

1 高溫氯腐蝕機(jī)理

1.1 Cl離子誘導(dǎo)活性腐蝕

根據(jù)Nielsen[6]的研究，生物質(zhì)燃料燃燒時(shí)HCl的含量通常在0.01%～0.1%之間，而在固體廢物焚燒過(guò)程中HCl含量更高[7]。垃圾焚燒爐在含有HCl氣氛下的金屬腐蝕通常的解釋為根據(jù)“迪肯反應(yīng)”(反應(yīng)1)形成具有較強(qiáng)腐蝕性的Cl2[8]。但通常情況下該反應(yīng)速率非常緩慢。根據(jù)反應(yīng)2和反應(yīng)3在O2存在下或者在O2和H2O同時(shí)存在下，堿金屬的氯鹽沉積(如KCl)和金屬氧化物(如Cr2O3)反應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生腐蝕性的Cl2。

(1)

(2)

(3)

后續(xù)的報(bào)道[9]進(jìn)一步研究了這一觀點(diǎn)，即堿金屬氯化物與鍋爐管道的金屬氧化物反應(yīng)，并通過(guò)如圖1所示的“氯誘導(dǎo)活性腐蝕”機(jī)理對(duì)金屬管道造成嚴(yán)重腐蝕。

圖1 高溫氯腐蝕循環(huán)示意圖[10]

高腐蝕性的Cl2主要來(lái)源于HCl的分解和堿金屬氯化物，生成的Cl2通過(guò)氧化層中的裂紋和孔隙不斷向金屬和氧化層的界面(低氧分壓區(qū))擴(kuò)散。當(dāng)溫度高于400 ℃時(shí)大部分的金屬氯化物開(kāi)始蒸發(fā)并向氧化層外擴(kuò)散(高的氧分壓區(qū))。而在高氧分壓區(qū)，金屬氯化物容易被氧化成金屬氧化物同時(shí)產(chǎn)生腐蝕性的Cl2再次循環(huán)腐蝕金屬基體；而在原來(lái)氧化層的裂縫和孔隙中形成新的金屬氧化物進(jìn)一步導(dǎo)致氧化層開(kāi)裂和剝落[10]。整個(gè)腐蝕過(guò)程形成循環(huán)的腐蝕效應(yīng)，腐蝕一旦開(kāi)始如同被“激活”一般，故稱之為活性腐蝕。

對(duì)氧化-氯化環(huán)境中形成的腐蝕產(chǎn)物的成分分析證實(shí)，在金屬和沉積物界面上(低氧分壓)經(jīng)常觀察到金屬氯化物，而最外層的沉積物(高氧分壓)主要為金屬氧化物。金屬氧化物和氯化物的穩(wěn)定性取決于O2和Cl2的分壓。在這個(gè)機(jī)制中，Cl2分子必須通過(guò)氧化物層向內(nèi)擴(kuò)散，可能是通過(guò)大的缺陷，如裂縫和孔隙。

1.2 電化學(xué)腐蝕

在基于電化學(xué)機(jī)制的理論中，Cl元素通過(guò)氧化皮的傳輸方式是以離子形式(Cl-)進(jìn)行而不是分子(Cl2)形式，特別是在腐蝕發(fā)生的初始階段。金屬和氧化物界面對(duì)應(yīng)著陽(yáng)極產(chǎn)生向外擴(kuò)散的金屬陽(yáng)離子(如Cr2+)，如方程式4所示。陰極則是堿金屬氯化物(如KCl)與致密氧化膜(Cr2O3)中的鉻反應(yīng)，形成k2CrO4，破壞氧化膜導(dǎo)致貧鉻區(qū)的產(chǎn)生。如方程式5所示：

Cr=Cr2++2e-

(4)

(5)

即Cl-通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)穿過(guò)氧化物晶界向金屬和氧化物界面擴(kuò)散[11]。在涂層內(nèi)Cl-和Cr2+相互接觸的位置發(fā)生以下反應(yīng)(式6和7)：

Cr2++Cl-=CrCl2(s)

(6)

CrCl2(s)=CrCl2(g)

(7)

對(duì)于鉻氧化的情況總反應(yīng)方程如式8所示，類似的產(chǎn)物可以是CrCl3，也可能是CrCl2和CrCl3混合物。

(8)

1.3 高溫熔鹽腐蝕

在垃圾焚燒鍋爐中當(dāng)合金表面形成低熔點(diǎn)化合物時(shí)，容易產(chǎn)生熔鹽腐蝕。Ishitsuka和Nose[12]的實(shí)驗(yàn)表明，F(xiàn)e、Ni和Cr的氧化物可溶于熔融的堿金屬氯化物，其溶解度主要受到熔鹽的種類和水蒸氣的影響。在燃燒過(guò)程中，垃圾中的鉛和鋅可能與硫和氯反應(yīng)，在煙氣中形成硫酸鹽和氯化物。氯化鋅和氯化鉛的熔點(diǎn)為300～400 ℃并易與其他鹽形成低熔點(diǎn)共晶混合物。這些低熔點(diǎn)固體或氣體可能存在于煙氣中，并可能在過(guò)熱器或水冷壁管的較冷面上冷凝形成腐蝕產(chǎn)物。表1總結(jié)了生物質(zhì)和廢物燃燒鍋爐中可能導(dǎo)致熔鹽腐蝕的各種化合物和混合物的熔點(diǎn)。

表1 垃圾發(fā)電鍋爐中化合物和混合物的熔點(diǎn)[13]

在實(shí)際的鍋爐環(huán)境中甚至可能存在更復(fù)雜的混合物。雖然熔融氯化物由于其熔點(diǎn)較低而更容易產(chǎn)生沉積，但在垃圾焚燒過(guò)程中，氯化物和硫酸鹽都可能在過(guò)熱器管和水冷壁上形成[14]。在腐蝕實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鉛在沉積物中形成K2SO4和PbCl2，引起爐壁腐蝕的加速[15-16]；這種腐蝕是由于為金屬表面的溫度梯度較大，金屬氯化物的沉積，而后金屬氯化物在管道表面形成局部熔融引起的。研究表明氯化鋅已被證明在類似溫度下具有與氯化鉛一樣的腐蝕性[17]。因此，燃燒固體廢物的主要腐蝕問(wèn)題是由低熔點(diǎn)的金屬氯化物引起的熔鹽腐蝕[18]。

2 主要防護(hù)措施

2.1 混合燃燒

由于燃燒過(guò)程中主要環(huán)境的復(fù)雜性，可能會(huì)對(duì)應(yīng)不同的腐蝕機(jī)理。雖然關(guān)于保護(hù)性氧化物分解的解釋尚未統(tǒng)一，但很明顯主要與堿金屬氯化物有關(guān)。因此，目前的研究致力于減少堿金屬氯化物在金屬表面上的形成和沉積。硫化物常以硫酸銨在污水和污泥中形式在生物質(zhì)燃燒過(guò)程中加入。根據(jù)硫酸化反應(yīng)，將堿金屬氯化物轉(zhuǎn)化為腐蝕性較低的堿金屬硫酸鹽，其示意圖如圖2所示。

圖2 S存在時(shí)管道表面灰分沉積示意圖[19]

事實(shí)上，在氯化物沉積到管道表面之前，硫化物可以通過(guò)從氯化物中捕獲堿金屬來(lái)控制腐蝕。與硫酸鹽相比，氯化物的熔點(diǎn)更低，其危害性更大。Spiegel和Grabke[19]研究了含硫氣體(如SO2)對(duì)金屬氯化物沉積腐蝕的影響，發(fā)現(xiàn)SO2存在時(shí)腐蝕速率降低。他們發(fā)現(xiàn)金屬氯化物在高濃度SO2下轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，硫酸鹽的沉積相比氯化物的腐蝕性要小的多。可認(rèn)為堿金屬硫酸鹽在垃圾焚燒鍋爐中相當(dāng)穩(wěn)定，不會(huì)造成嚴(yán)重腐蝕。Salmenoja等[20]在研究了不同燃料混合物的腐蝕性后，獲得了類似的硫的積極影響的結(jié)論。當(dāng)燃料中S:Cl為4:1時(shí)的腐蝕速率最低。在垃圾焚燒鍋爐的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明在燃料中加入了含硫添加劑，能有效降低腐蝕速率[21-24]。

2.2 涂層防護(hù)

腐蝕與防護(hù)一直是材料領(lǐng)域研究的重點(diǎn)問(wèn)題，特別是在高溫環(huán)境下的耐腐蝕耐高溫材料開(kāi)發(fā)研究[25]。但隨著垃圾焚燒發(fā)電的發(fā)展，想要提高垃圾發(fā)電的效率，首先需要解決的便是鍋爐腐蝕防護(hù)問(wèn)題。涂層防腐相對(duì)更換更耐腐蝕的高合金材料鍋爐部件更加具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。主要因?yàn)橥繉涌梢栽诓唤祷w材料機(jī)械性能的同時(shí)提供高溫腐蝕環(huán)境下的保護(hù)功能[26]。常見(jiàn)的涂層工藝有堆焊、激光熔覆和熱噴涂。

堆焊是直接金屬熔化焊接在基底上的金屬涂層。高溫焊接過(guò)程導(dǎo)致涂層與基底金屬形成冶金結(jié)合，在界面處的基底產(chǎn)生合金化的效果。得到一種幾乎無(wú)孔的耐磨涂層具有良好的耐腐蝕性[27-28]。如目前普遍應(yīng)用的鎳基堆焊層。然而在同一區(qū)域重復(fù)應(yīng)用堆焊可能會(huì)引起舊堆焊層的脆化，并導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展到堆焊管中影響基體材料的機(jī)械性能。此外，堆焊過(guò)程中合金元素的擴(kuò)散，例如，合金625堆焊層[29]由于合金元素的擴(kuò)散作用，導(dǎo)致堆焊層合金元素的稀釋，降低焊縫的耐腐蝕性能。此外堆焊層的表面通常較為粗糙，其厚度也存在不均勻性，這使得鍋爐管道更容易產(chǎn)生結(jié)渣結(jié)焦加速腐蝕過(guò)程。堆焊層的厚度一般為2～3 mm由于堆焊層厚度較大不僅會(huì)降低管道的熱交換效率同時(shí)增加涂層管的熱疲勞開(kāi)裂趨勢(shì)。

在激光熔覆中，高能激光束將涂層材料熔化到基底表面上產(chǎn)生致密均勻的涂層。在沉積過(guò)程中，基材的頂層熔化與涂層材料形成冶金結(jié)合。由于激光束可以聚焦到非常小的區(qū)域，并保持襯底的熱影響區(qū)非常淺。這可以最大限度地減少開(kāi)裂、變形的可能性。此外較低的總熱量輸入可最大限度地減少涂層被基材材料稀釋并防止基材變形。但激光熔覆的成本較高阻礙了其在鍋爐工業(yè)中的應(yīng)用。

自1937年人們首次在鍋爐上使用熱噴涂涂層。20世紀(jì)50年代出現(xiàn)了大氣等離子噴涂技術(shù)，適用于耐火材料如陶瓷材料的噴涂。等離子噴涂技術(shù)主要利用電離的惰性氣體如氬氣產(chǎn)生等離子體的熱量作為熱源進(jìn)行噴涂。20世紀(jì)80年代，Browning和Witfield[30]開(kāi)發(fā)了利用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)模型來(lái)噴涂金屬粉末的新方法--高速氧燃料(HVOF)噴涂。熱噴涂技術(shù)的應(yīng)用在近百年來(lái)得到快速的發(fā)展，下面介紹幾種熱噴涂技術(shù)，以及它們?cè)谀透邷馗g應(yīng)用中的應(yīng)用。

2.2.1 火焰噴涂技術(shù)

火焰噴涂主要包括如圖1所示的火焰噴槍和噴嘴結(jié)構(gòu)，在該噴嘴中注入氧氣和燃料(如乙炔和丙烷的混合物)。氣體混合物在噴嘴前燃燒產(chǎn)生火焰。根據(jù)氧與燃料的比例，火焰的溫度在3000～3300 ℃之間，噴涂的原料主要為粉末或者絲材。

圖3 火焰噴涂機(jī)理示意圖[31]

火焰噴涂的涂層主要包括鎳基和鈷基合金涂層、難熔合金涂層、Cr2C3-NiCr金屬陶瓷涂層、氧化鋁涂層、氧化鋯涂層和二氧化鈦涂層?；鹧鎳娡抗に嚨膬?yōu)點(diǎn)在于其多功能性、便攜性和低噴涂成本。但火焰噴涂涂層的孔隙率通常較高[31]。Rana等[32]研究了火焰噴涂NiCrAlY涂層在900 ℃表面沉積Na2SO4+V2O5鹽的條件下的耐腐蝕性能。其噴涂涂層主要由Al2O3組成的預(yù)氧化區(qū)域和包含鎳和鉻的未氧化區(qū)域組成。Al2O3結(jié)構(gòu)能有效提供高溫氧化的保護(hù)，也能阻擋高溫熔鹽腐蝕。在高溫熔鹽環(huán)境中，觀察到鎳、鉻氧化物的產(chǎn)生。對(duì)比其在同樣溫度無(wú)熔鹽腐蝕的情況下，涂層的氧化鋁保護(hù)層好未受到任何影響。涂層的孔隙率對(duì)涂層高溫氧化的影響較小。由于火焰噴涂涂層中較高的氧化物含量和孔隙率限制了其在高溫腐蝕環(huán)境中的應(yīng)用。

2.2.2 電弧噴涂技術(shù)

電弧噴涂過(guò)程中涂料不是通過(guò)外部熱源的加熱而熔化，而是通過(guò)施加在噴涂絲材上產(chǎn)生的電弧熔化絲材，并在壓縮空氣或保護(hù)氣氛的作用下使熔融材料破碎成細(xì)小的液滴，并將其推向基底材料。電弧噴涂系統(tǒng)的示意圖如圖4所示。

圖4 電弧噴涂示意圖[33]

電弧噴涂相比火焰噴涂技術(shù)具有得更大的結(jié)合強(qiáng)度、更低的孔隙率和更高的噴涂速率。Fantozzi等[33]研究了電弧噴涂625合金涂層在550 ℃和涂覆KCl情況下腐蝕168 h后涂層的結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明腐蝕后涂層結(jié)構(gòu)完好，并且發(fā)現(xiàn)在噴涂過(guò)程中具有較高熔融程度的顆粒有利于減少顆粒間相互連接的孔隙，降低腐蝕性元素的滲透。通過(guò)電弧噴涂鐵基高熵合金涂層(如FeCrAlBY)也能夠明顯減少高溫腐蝕，相比于625合金涂層主要是由于高熵涂層的高熵組成所表現(xiàn)出的獨(dú)特性能。由于火焰噴涂和電弧噴涂工藝成本較低在鍋爐中有著普遍的應(yīng)用，但涂層中含有較多的氧化物和較高的孔隙率都限制了它們?cè)跅l件更嚴(yán)苛的高溫腐蝕環(huán)境下的應(yīng)用。

2.2.3 大氣等離子噴涂技術(shù)

圖5為大氣等離子噴涂(ASP)流程的示意圖。在大氣等離子噴涂過(guò)程中，等離子束流在大氣條件下用于噴涂原料。由于等離子體中的超高的火焰溫度以及高能量密度的等離子體束流，大氣等離子噴涂工藝幾乎能夠噴涂所有類型的材料，包括難熔的陶瓷材料。大氣等離子噴涂技術(shù)使用直流電弧從一種或多種惰性氣體(Ar、He或N2)中產(chǎn)生高溫電離產(chǎn)生等離子體束流作為噴涂熱源[34]。涂料由等離子體束流加熱，顆粒以200-500米/秒的速度撞擊基底上形成涂層[35]。據(jù)其報(bào)道由于高孔隙率和較多的未熔顆粒使得大氣等離子噴涂不適合在腐蝕環(huán)境下的應(yīng)用。

圖5 大氣等離子噴涂示意圖[34]

Hussain等[36]研究了四種不同的鎳基和鐵基合金成分(625合金、NiCr、FeCrAl和NiCrAlY)，通過(guò)APS工藝噴涂在石油化工的環(huán)境中進(jìn)行試驗(yàn)，以解決涉及煤和生物燃料衍生的煙氣的腐蝕問(wèn)題。結(jié)果顯示在650 ℃的受控氣氛和煤灰(含有Na2SO4、K2SO4和Fe2O3)沉積下進(jìn)行1000 h腐蝕實(shí)驗(yàn)后，雖然NiCr涂層的性能優(yōu)于其他涂層(從最好到最差的順序依次是NiCr>FeCrAl>625合金>NiCrAlY)，但所有涂層都發(fā)生了不同程度的腐蝕。推測(cè)其主要余涂層的孔隙率較高、與基體結(jié)合較差有關(guān)。

2.2.4 超音速火焰噴涂技術(shù)

超音速火焰噴涂(HVOF)涂層已廣泛用于鍋爐應(yīng)用中的高溫腐蝕防護(hù)。圖6為HVOF過(guò)程的示意圖。

圖6 超音速火焰噴涂示意圖[37]

在HVOF過(guò)程中，燃料(煤油、乙炔、丙烯或H2)與氧氣混合，在燃燒室中燃燒。燃燒產(chǎn)生的能量通過(guò)噴嘴產(chǎn)生溫度約為3000 ℃，速度約為550 m/s的高溫束流[37]。原料粉末從徑向或軸向注射到火焰束流中，加熱的同時(shí)向基底加速。由高速的完全熔化或部分熔化的顆粒產(chǎn)生致密的涂層[38]。與大氣等離子噴涂、電弧噴涂和火焰噴涂涂層[39]相比，HVOF的涂層的孔隙率(<3%)較低氧化物含量也較低，這是因?yàn)轭w粒的飛行速度更快在空氣中滯留的時(shí)間越短[40-41]。

Bai等[42]研究了在含500 mg/L HCl和10wt.%KCl灰沉積物的合成氣體中，在700 ℃下噴涂的β-NiAl涂層250 h的高溫腐蝕行為。觀察到涂層和鋼界面處產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，以及較多的Al2O3，Cl2和O2都從樣品邊緣擴(kuò)散到中心并腐蝕樣品；腐蝕機(jī)理遵循“氯離子誘導(dǎo)活性腐蝕”，其中Cl2作為催化劑。它包括揮發(fā)性氣態(tài)NiCl2和AlCl3的形成，以及隨后的氧化和蒸發(fā)，這是由涂層和基底界面上的蒸汽壓梯度驅(qū)動(dòng)的，這顯著促進(jìn)了Al2O3的產(chǎn)生。這項(xiàng)研究表明，盡管NiAl涂層在鋼的腐蝕保護(hù)方面是有效的，但必須避免涂層和基體界面直接暴露在Cl2和O2氣體中，這可能會(huì)加速涂層的腐蝕。

洪等[43]研究了NiCrBSiWFeCoC涂層。涂層中得到非晶相和納米團(tuán)簇，主要晶相為Cr23C6、Cr7C3、Ni3B、WC和固溶體γ-Ni。非晶相的形成歸因于熔融液滴的高冷卻速率和原料粉末的多組分合金體系。由于存在非晶相和低孔隙率，該涂層具有較好的耐腐蝕性能。

2.2.5 冷噴涂技術(shù)

與上述工藝相比，冷噴涂工藝是在相對(duì)較低的噴涂溫度(<1000 ℃)下進(jìn)行噴涂。冷噴涂的主要驅(qū)動(dòng)力來(lái)源于施加在涂料上的動(dòng)能。通過(guò)高壓氣體將直徑1～50 μm的粉末顆粒注射到噴嘴中(見(jiàn)圖7)。

圖7 冷噴涂示意圖[44]

氣體和涂料通過(guò)加熱裝置預(yù)熱，但其噴涂溫度始終保持在涂層材料的熔點(diǎn)以下[44]。冷噴涂技術(shù)可以有效減少因過(guò)高的噴涂溫度而導(dǎo)致涂層中產(chǎn)生較多的原生氧化物的問(wèn)題。由于噴涂的溫度較低，冷噴涂工藝可以用來(lái)噴涂納米結(jié)構(gòu)材料，因?yàn)樵谠摴に囍袥](méi)有顆粒熔化，所有納米結(jié)構(gòu)能夠保持完整[45]。冷噴涂工藝有較多的優(yōu)點(diǎn)，如較高沉積效率、較低的氧化物含量、涂層沒(méi)有晶粒長(zhǎng)大，冷噴涂也不會(huì)導(dǎo)致部件熱變形。但冷噴涂工藝對(duì)涂料要求較高，在鍋爐管道上的應(yīng)用成本問(wèn)題限制其在鍋爐防護(hù)中的廣泛應(yīng)用。宋等[28]比較了液體燃料噴涂(HVOLF)、氣體燃料的(HVOGF)噴涂、冷噴涂和激光熔覆Ni50Cr涂層在700 ℃下500 mg/L HCl+5vol.% O2+N2氣氛中受到的高溫腐蝕情況。涂層表面在沒(méi)有KCl沉積的情況下，冷噴涂涂層的性能表現(xiàn)最差，250 h后發(fā)現(xiàn)腐蝕離子滲透到涂層內(nèi)約600 μm，可能是由于冷噴涂涂層內(nèi)存在較多的互連孔隙。當(dāng)在涂層表面沉積一層KCl時(shí)，激光熔覆涂層的耐腐蝕性最好。但在所有四種涂層中，當(dāng)有KCl沉積存在時(shí)涂層表面均產(chǎn)生較多疏松的氧化層。

2.2.6 高速火焰噴涂

高速火焰噴涂(HVAF)工藝是熱噴涂工藝中相對(duì)新型技術(shù)，在近來(lái)的十多年中，高速火焰噴涂在發(fā)電廠在內(nèi)的廣泛應(yīng)用，讓其受到越來(lái)越多的關(guān)注。在高速火焰噴涂過(guò)程中，將提前混合壓縮空氣和燃料氣(丙烷、丙烯或天然氣)通入燃燒室，在燃燒室中借助于電火花塞進(jìn)行點(diǎn)火(見(jiàn)圖8)。

當(dāng)燃燒室的催化陶瓷壁被加熱到混合物的自燃溫度以上時(shí)，它將代替火花塞提供進(jìn)一步的點(diǎn)火并促進(jìn)燃燒[46]。使用N2作為助推氣體將粉末軸向注射到燃燒室。在燃燒室的第一和第二噴嘴之間添加燃料(如丙烷)，以進(jìn)一步增加粒子的飛行速度和粒子的溫度[47]。

HVAF過(guò)程產(chǎn)生一股高速束流，將噴涂的粉末顆粒加速到1100～1200 m/s的速度[48]。這種高速度顆粒容易在涂層和基材之間建立了良好的粘接性。此外，在如此高的顆粒速度下，由于噴丸作用在涂層中形成壓應(yīng)力。據(jù)報(bào)道HVAF火焰的溫度約為1950 ℃，飛行中的顆粒加熱到大約1500 ℃，這主要取決于噴涂材料的物理性質(zhì)。相對(duì)較低的工藝溫度加上較短的停留時(shí)間，使得噴涂對(duì)高溫和氧化較為敏感的材料成為可能。例如含Cr或Al的材料，降低用于形成保護(hù)性氧化層的元素如Cr和Al在噴涂過(guò)程中的消耗。低熱量輸入也能降低涂層中的氧化物含量。一般對(duì)于大多數(shù)材料，尤其是鎳基涂層，HVAF涂層中的總氧化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以保持在1%以下[49]。到目前為止對(duì)HVAF噴涂涂層進(jìn)行的研究表明，該涂層在高溫環(huán)境下具有優(yōu)異的氧化性能[50-52]。然而暴露于特定腐蝕環(huán)境的HVAF噴涂涂層的高溫腐蝕機(jī)理則需要進(jìn)一步研究。HVAF的涂層具有明顯的層狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)含少量固體顆粒、孔隙，幾乎沒(méi)有氧化物或夾雜物[53-56]。高速噴涂的顆粒除了產(chǎn)生塑性變形之外，還生成了致密近乎無(wú)孔隙的涂層[57]。Sadeghimeresht等[58]進(jìn)行了有關(guān)噴涂工藝與微觀結(jié)構(gòu)對(duì)涂層性能影響的研究，以確定由不同熱噴涂涂層的主要特征和耐腐蝕性能。使用優(yōu)化的HVOF和APS工藝來(lái)沉積Ni、NiCr和NiAl涂層，并將其與用HVAF噴涂的涂層進(jìn)行比較。HVAF工藝呈現(xiàn)出更好的涂層特性更致密的微結(jié)構(gòu)，具有更少的孔隙和氧化物含量，因此具有更高的耐腐蝕性。

3 結(jié) 語(yǔ)

研究垃圾焚燒爐中高溫氯腐蝕行為是解決高溫氯腐蝕問(wèn)題的基礎(chǔ)，但目前關(guān)于高溫氯腐蝕問(wèn)題仍有許多問(wèn)題尚未得到充分的解釋。但毋庸置疑的是熱噴涂技術(shù)在高溫腐蝕中的應(yīng)用，能夠有效的降低高溫氯腐蝕的速率。未來(lái)熱噴涂技術(shù)在鍋爐高溫腐蝕防護(hù)的應(yīng)用需要向著更加靈活的現(xiàn)場(chǎng)噴涂、涂層致密度更高和結(jié)合程度更好的方向不斷發(fā)展。