0 前言

循环流化床锅炉的燃烧方式为物料在流化状态下经过内外两个循环的高效燃烧[1-2]。炉内的物料浓度要大大高于普通煤粉炉[3]，使得水冷壁等受热面的工作环境十分恶劣。在高浓度物料冲刷下，管壁快速减薄，磨损严重，严重影响了循环流化床锅炉的安全运行，因此水冷壁的防护成为一个亟待解决的难题[4]。

采用热喷涂、堆焊、合金喷熔、设保护带等表面防护技术可有效缓解循环流化床锅炉水冷壁的磨损问题[5]。其中电弧喷涂效率高、成本低、操作容易，适合原位大面积施工，工程上得到广泛应用[6-8]。目前，用于锅炉防护的电弧喷涂丝材主要以Fe基和Ni基合金体系为主[9]。其中，Ni基涂层耐蚀效果好，成本较高，主要应用于普通煤粉炉。相比之下，Fe基涂层成本低、耐磨性更好，在循环流化床锅炉应用更广。Fe基耐磨合金涂层主要有FeB,FeCrB,FeCrNiB等，以形成非晶、纳米晶和少量硼化物颗粒来提高涂层的硬度和耐磨性[10]。S. Dallaire 等人研制的Alpha 1800涂层，其耐磨性是普通商用涂层的10倍，具有很好的应用价值[11]；北京工业大学研制的FeCrBSiC等系列涂层也获得了较好的耐磨性。

文中通过研究B,C含量对FeBC涂层微观组织和磨损性能的影响，以期获得一种成本低、高耐磨且适用于循环流化床锅炉管壁的耐磨涂层。

1 试验材料与方法

1.1 喷涂层的制备

自制FeBC铁基粉芯丝材，丝材直径为2.0 mm，填充率32%左右，外皮采用低碳钢带，其名义成分见表1。试验用基体以及磨损试验的对比材料均为Q235钢，尺寸57 mm×25 mm×6 mm。喷涂前对基体表面进行除油除锈等净化处理，并喷砂粗化。采用Tafa 8895电弧喷涂设备制备涂层，喷涂工艺参数为：电压30 V，电流200～220 A，空气压力0.5～0.6 MPa，喷涂距离200 mm。制备的涂层厚度约为500 μm和1 000 μm，分别用于常规测试和磨粒磨损试验。

 

表1 FeBC粉芯丝材名义成分(质量分数，%)

  

编号CBFeB0<0．16余量B10．48余量B20．810余量B31．011余量B41．612余量

1.2 微观组织分析

采用 SHIMADZU XRD-7000 型多晶衍射仪对涂层进行物相分析。涂层显微结构通过HITACHI 公司生产的 S-3400N 型扫描电子显微镜进行表征，结合图像分析软件测定涂层孔隙率。用Bruker G8氧氮分析仪测量涂层氧含量，测量三次，取平均值。

1.3 硬度及磨粒磨损试验

图1为FeBC涂层的XRD物相分析结构。五组涂层的相组成相似，主要由α-Fe,Fe2B和Fe23(C,B)6相构成，同时含有少量FeB,Fe3B相。根据Fe-B二元相图，当B元素含量为3.8%(质量分数)时，会发生共晶反应析出γ-Fe和Fe2B，随着温度降低最终生成α-Fe和Fe2B。当B元素含量达到7.5%(质量分数)左右时，开始生成FeB。Fe2B和FeB这两种硼化物硬度很高，FeB脆性大，易断裂，而Fe2B脆性小[12]。在FeBC涂层中没有明显的氧化物所对应的衍射峰出现，可能是因为氧化程度较低，氧化物体积低于XRD的最小探测值5%。在设计的B4涂层中，由于B,C含量高，物相中出现了Fe3C脆性相。FeBC系涂层中形成了较多的硬质相Fe2B，有助于提高涂层硬度和耐磨性。

本文就临床药师对1例长期服用华法林的患者通过药学门诊咨询，使抗凝指标偏低得以归正的案例，探讨临床药师参与抗凝药物监护的方法，为同仁开展药学服务提供参考。

[B]+O →B2O3(g)

2 结果与分析

2.1 涂层的显微组织结构

利用HXD-1000型数字式显微硬度计对涂层截面进行显微硬度测试，选取500 g载荷，加载时间为10 s，随机选取15个区域测量后取平均值，得到涂层的显微硬度。磨粒磨损试验在MLS-225型湿砂橡胶轮式磨粒磨损试验机上进行，试验条件为：橡胶轮转速240 r/min，载荷100 N，磨料为250～450 μm的石英砂，预磨1 000 r，精磨3 000 r。每组涂层选取3个试样，计算平均失重量，获得相对耐磨性。

  

图1 FeBC涂层的XRD图

[C]+O →CO(g)

开展课题学习活动虽然是一项开放性较强的教学活动，是今后教学改革和课程改革的新走向，为培养适应信息时代要求的新型人才提供了崭新的思路和方式。每位教师都需要不断进取、追求卓越、潜心钻研、反复思考，为以后的数学教学提供宝贵的经验，使教学在新的改革趋势下顺流而下。

  

图2 FeBC涂层截面形貌

表2为五种涂层测定的氧含量结果。由表可知，FeBC涂层氧含量均较低。根据Zeng等人[13]对控制铁基涂层氧化的研究，可知轻合金元素B,C具有显著的脱氧效果，主要由合金元素氧化物的吉布斯自由能所决定。电弧喷涂的温度区间大致从1 600～2 200 K，在此温度区间内， B,C元素的氧化物的氧化势均低于Fe的氧化物。因此，在喷涂过程中，氧优先与B,C反应，生成气态B2O3和CO被周围气氛带走，从而减少Fe基涂层的氧化。即在实际喷涂过程中，很可能发生以下反应：

白音高老组火山岩在TAS图解中落入R区，属流纹岩。SiO2含量较高，介于69.9%～83.2%之间，Al2O3(8.54%～13.7%)含量较高，富碱(K2O+Na2O=5.89%～9.86%)。TiO2含量普遍较低，变化于0. 12%～0.38%之间。属于低钛流纹岩系列(w(TiO2)<0.4%)；所有火山岩样品的A/CNK变化于0.96～1.06，为准铝质岩石。σ=0.86～3.21，属钙碱性系列。故白音高老组流纹岩属高硅富碱低钛准铝质钙碱性流纹岩。

图2为FeBC涂层截面的SEM形貌图。由图2可知，涂层呈典型的叠层状结构，由变形良好的粒子和未熔颗粒搭接而成，涂层较为致密。经计算涂层的孔隙率较低，约为1%～3%。随着B,C含量增多，涂层中未熔颗粒有增多的趋势。涂层包含白色基体相和深色硬质相，其在成分上的差别较难测定，而硬度变化将在下文进行讨论。涂层中均存在微小裂纹，并随B,C含量的增多，微小裂纹明显增加。裂纹产生原因主要是Fe2B和FeB热膨胀系数的不同。在涂层冷却过程中Fe2B和FeB分别产生压应力和拉应力，从而导致裂纹的产生。

[B]+FexOy→Fe+B2O3 (g)

[C]+FexOy→Fe+CO(g)

图3为涂层的平均显微硬度和相对耐磨性。FeBC涂层均具有较高的硬度，约为1 000～1 400 HV。结合图2 FeBC涂层截面形貌，白色基体相显微硬度较低，为800～1 000 HV，深色硬质相显微硬度较高，为1 000～1 500 HV。涂层相对耐磨性为Q235基体的2～10倍。FeBC涂层的高硬度主要来源于Fe2B相的强化作用，较高的硬度赋予涂层良好的抗塑性变形能力，从而使得FeBC涂层具有优异的磨粒磨损性能。另一方面，涂层中氧化物含量较少，涂层结合紧密，在磨粒切削过程中，变形粒子不容易脱落。B1涂层平均显微硬度最高，为1 386 HV，相对耐磨性约为Q235基体的10倍。随B,C含量的增多，涂层显微硬度略有下降，微裂纹增多，氧含量上升，涂层致密性下降，耐磨性降低，这说明涂层耐磨性与硬度，氧含量，致密性等多种因素有关。

 

表2 FeBC涂层氧含量

  

试样氧含量(质量分数，%)B01．95B11．20B21．86B32．18B43．46

2.2 涂层显微硬度及耐磨性

除了优先氧化，还可以通过形成氧化膜以及增加粒子尺寸减少涂层氧化。理论上，B,C元素含量越多，涂层氧含量越低，而文中试验则为随着B,C含量增加，氧含量增加，其原因还待进一步试验和分析。

1.1.1 发病症状稻瘟病在水稻全生育期中都可发病，按发生部位和表现的症状可以分为苗瘟、叶瘟、叶节瘟、节瘟、穗颈瘟和谷粒瘟。

取25 g经国标法检测无沙门氏菌的肉制品加入到225 mL的无菌生理盐水中，制成匀浆液，取9 mL加到离心管（10 mL） 中，分别将10倍梯度稀释的菌悬液（5.1×107～5.1×102CFU/mL） 各1 mL加到上述离心管中，混匀，得到不同浓度的菌液匀浆。用1.2.2中所述热裂解法提取基因组DNA，并用RF-LAMP方法验证人工污染肉制品中沙门氏菌的检出限。

图4为Q235基体和FeBC涂层磨损后的表面形貌。可以看出基体磨损表面，沿磨粒运动方向形成了深浅不等的连续犁沟，表现出典型的塑性切削特征。FeBC涂层磨损表面出现轻微划痕，表面存在剥落坑和裂纹。

  

图3 涂层和Q235基体的显微硬度及相对耐磨性

  

图4 基体与涂层磨损表面形貌SEM图像

涂层磨损后的截面形貌如图5所示，产生的剥落坑是由整个或部分扁平粒子的脱落引起。涂层中的扁平粒子间存在弱结合界面，附着于粒子表面的氧化物塑性差，在高载荷三体磨损过程中，反复挤压作用使扁平粒子间形成裂纹，而且粒子表面氧化物发生破碎而产生剥落现象。所制备的FeBC涂层由于氧化物含量较少，且扁平粒子具有较高的硬度，因此能够有效抵抗塑性变形和磨粒切削作用，从而获得良好的耐磨性。

  

图5 涂层磨损截面形貌SEM图像

3 结论

(1)采用电弧喷涂技术制备了不同B,C含量的FeBC涂层。涂层由变形良好的扁平化粒子搭接而成，较为致密，孔隙率约为1%～3%，氧含量为1%～4%(质量分数)。

(2)制备的FeBC涂层中含有Fe2B相，使涂层均具有较高的硬度和耐磨性，其中B1涂层相对耐磨损性能最好，约为Q235钢的10倍。磨损后的涂层表面出现轻微划痕和片状剥落。

参考文献

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[2] 刘宗德. 循环流化床锅炉水冷壁管防磨关键技术研究[J]. 中国科技成果, 2015(8):12-14.

[3] 夏云飞. 循环流化床锅炉水冷壁磨损机理与防止研究[D]. 杭州: 浙江大学博士学位论文, 2015.

[4] 张小辉, 刘正. CFB锅炉水冷壁电弧喷涂工艺及涂层性能[J]. 沈阳工业大学学报, 2009, 31(4): 392-396.

[5] 秦颢, 李淑青. 电弧喷涂循环流化床锅炉防磨涂层[J]. 焊接, 2003(12): 36-38.

[6] Venugopal K, Agrawal M. Evaluation of arc sprayed coatings for erosion protection of tubes in atmospheric fluidized bed combustion (AFBC) boilers[J]. Wear, 2008, 264(12): 139-145.

[7] 张亚梅, 李午申, 冯灵芝, 等. 电弧喷涂技术的现状与发展[J]. 焊接, 2004(10): 5-8.

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[9] 周正, 王佳音, 贺定勇, 等. FeCrBSiC电弧喷涂层磨损及热腐蚀性能研究[J]. 热喷涂技术, 2013, 5(4): 6-11.

[10] 李冉, 周正, 贺定勇, 等. Fe基电弧喷涂层磨损及腐蚀行为[J]. 北京工业大学学报, 2013(10): 1576-1580.

[11] Dallaire S. Hard arc-sprayed coating with enhanced erosion and abrasion wear resistance[J]. Journal of Thermal Spray Technology, 2001,10(3): 511-519.

[12] Ozdemir I, Ogawa K, Sato K. Iron boron based powder sprayed by high velocity spray processes[J]. Surface and Coatings Technology, 2014,(240): 373-379.

[13] Zeng Z S, Kuroda S, Kawakita J, et al. Effects of some light alloying elements on the oxidation behavior of Fe and Ni-Cr based alloys during air plasma spraying[J]. Journal of Thermal Spray Technology, 2010, 19(1-2): 128-136.