0 引言

水冷壁是锅炉四管的主要受热部分，长期受到炉膛的高温辐射、硫化物腐蚀以及煤粉颗粒的冲蚀，最终使管壁减薄，导致突发性爆管事故［1］。防止水冷壁腐蚀和磨损的有效方法是采用表面技术进行防护，其中热喷涂法由于现场实用性强、涂层材料广、生产效率高等优点成为理想的防护方法。目前，国外多采用等离子弧喷涂或超音速火焰喷涂NiCr－Cr3C2， WC－Co 等材料， 但成本很高［2-3］。 我国主要采用电弧喷涂Al，Fe－Cr－Al等材料，涂层耐磨性差，且仅限于导电丝材料，使用年限短［4-5］。 针对水冷壁因高温腐蚀、磨损而爆管问题，本文采用自蔓延高温合成法（SHS）与亚音速火焰喷涂技术相结合，制备TiC/Ni增强Al基抗高温氧化和耐磨涂层，利用TiC高硬度、热稳定性好的性能，以及Ni和Al的抗高温氧化性，来提高锅炉水冷壁管的使用性能。

1 试验材料及方法

本文所使用的原料为商业级Ti粉、C粉、Ni粉、 Al粉、 Ni/Al粉。 根据反应式 Ti＋C＋30%Ni＝TiC＋30%Ni配料，采用自蔓延法和原位合成TiC/Ni试块，将TiC/Ni试块破碎后过300目标准筛，并与不同比例的Al粉在KM－10型行星球磨机中混料6 h后烘干。采用CP－1000轻便型亚音速粉末火焰喷枪在10 mm×10 mm×30 mm的45钢表面先喷涂Ni/Al作打底层，然后喷涂（TiC/Ni）－Al粉体作为工作层，具体喷涂工艺参数见表1。

 

表1 亚音速火焰喷涂工艺参数

  

涂层厚度/mm Ni/Al 0.08 0.4 0.5 中性焰 200～250 90 30 0.10～0.15（TiC/Ni）喷涂材料乙炔压力/MPa氧气压力/MPa压缩空气压力/MPa火焰类型喷涂距离/mm喷涂角度/（ °）送粉量/（g·min-1）－Al 0.1 0.5 0.6 中性焰 150～200 90 40 0.35～0.50

将喷涂试样放入SX－2－12G电阻炉中，在650℃氧化2 h测试其抗高温氧化性能；反复在550℃保温15 min后置于冷水中进行热震试验。在MSH型冲蚀磨损试验机上进行冲蚀磨损试验，采用40目石英砂作磨料，石英砂与水的质量比为1∶2，主轴转速为1 600 r/min，冲蚀角度为30°，冲蚀时间为5 h，并用电子天平测量试样冲蚀前后的自身质量。

采用JSM－6360LV扫描电镜对试样进行表面和界面形貌观察，利用EDAX FALCON60S能谱仪对涂层进行元素分析，利用2500PC X射线衍射仪分析涂层相成分。

综上所述，通过对H公司的某项电网工程进行分析，H公司某项电网项目在内部控制经济风险评估时使用层次分析法、模糊综合评判则进行判断，并且取得了较为精准的结果。通过一系列数值可见，对于一个项目来说，任何看似不重要的风险如果不加以预防，那么其很容易成为主要的风险，从而对企业造成不可估量的损失。H公司通过对层次分析法、模糊综合评判则有效的对自身的经济风险进行有效评估，一定程度上降低了自身受经济风险影响的程度。而我国众多国有企业更应该借鉴H公司的经验，通过内部控制对自身的经济风险进行相应评估，进而确保国有企业的发展。

2 试验结果及分析

2.1 喷涂用粉体

热喷涂涂层界面的SEM形貌如图2所示。涂层包括打底层和工作层两部分，是由无数变形粒子互相交错堆叠在一起而形成，呈典型的层状组织；涂层中无裂纹和脱落，且与基体结合良好。这是由于采用Ni/Al作为打底层，Ni/Al在600℃时产生强烈的化学反应，并放出大量的反应热，反应热与火焰热量对熔粒进一步补充加热，同时促进熔粒和基材表面的反应，在界面上产生了微区扩散，即产生了 “自粘结”效应，从而提高了结合强度。而且喷涂的Ni－Al涂层表面十分粗糙，从而为喷涂TiC/Ni工作层提供了粗化表面。在高温下Ni－Al涂层与45钢基体的热物理性能匹配性好，从而避免了涂层开裂或脱落。

在热震试验中，涂层出现初始裂纹和工作层剥离的循环次数见表2。在热震过程中，涂层受热会膨胀，冷却会收缩。Al在20℃时的线膨胀系数为23.2×10－6/K，基体 Fe 的线膨胀系数为 12.2×10－6/K，两者热膨胀系数相差较大，使得Al涂层在热震22次时表面出现明显裂纹。涂层添加TiC/Ni后，由于TiC 的线膨胀系数为 7.7×10－6/K， Ni的膨胀系数为 13×10－6/K，使得涂层线膨胀系数差减小，降低了涂层内应力，因此，随着TiC/Ni的增加，涂层出现裂纹的循环次数增加。涂层在经46次热震后，表面均出现裂纹。除（30%TiC/Ni）－Al涂层外，其他3种涂层的工作层与基体脱离。

  

图1 喷涂工作层粉体形貌

2.2 热喷涂涂层组织

TiC颗粒具有高强度、高硬度、热膨胀系数小、化学性能稳定好等优点，常常作为增强相而制备成各种金属复合材料应用于耐磨领域。Ni具有很好的抗氧化性和延展性。TiC颗粒与Ni之间的结合效果直接影响涂层耐磨性能的发挥。在前期的研究中，利用钨极点火使Ti－C－Ni预制块发生SHS反应，成功地制备了TiC/Ni试块［6］。将TiC/Ni试块机械破碎、过筛后获得的喷涂用粉体形貌如图1a所示，其粉体平均粒度为20～60 μm。Al的耐腐蚀性很强，密度小，价格低廉，表面能形成稳定的氧化膜，作为涂层对基体具有很好的抗氧化防护效果。因此，选择TiC/Ni及Al作为喷涂工作层材料。喷涂所用Al粉以及（10%TiC/Ni）－Al粉体混合后形貌见图1b和图1c所示。

热喷涂涂层的XRD图谱如图4所示。可以看出，纯Al涂层主要成分为Al。（TiC/Ni）－Al涂层的主要成分为Al，TiC；由于Ni含量较少，在XRD图谱中未出现Ni含量的峰值。在喷涂过程中Al表面会氧化形成Al2O3氧化膜，由于亚音速火焰喷涂的速度快，Al2O3含量较少，故在XRD图谱中未出现其峰值。

  

图2 热喷涂涂层界面SEM形貌

图5 为（20%TiC/Ni）－Al热喷涂涂层界面能谱分析图。图5a中存在黑色球形颗粒，对其进行能谱分析，其中C和Ti的摩尔分数比接近1∶1，说明该颗粒为TiC。TiC颗粒分布于白色Ni基体上，TiC颗粒与Ni界面纯净、润湿性好，能更好地发挥2种材料强、韧结合的优良综合性能。

  

图3 热喷涂涂层表面SEM形貌

2.3 热喷涂涂层相成分

4.提出了军队机械化、信息化建设的阶段性目标。报告明确提出要“加紧完成机械化和信息化建设双重历史任务，力争到2020年基本实现机械化，信息化建设取得重大进展”［1］。

  

图4 热喷涂涂层XRD图谱

热喷涂涂层表面SEM形貌如图3所示。喷涂颗粒在喷嘴出口处受到火焰加热至熔融状态，然后在压缩空气推动作用加速飞行，最终与45钢基体产生碰撞→变形→冷凝收缩的过程，形成层状组织的涂层。由于喷涂颗粒是陆续堆叠，且部分颗粒与基体撞击时出现反弹散失，所以涂层颗粒之间不可避免地存在一部分孔隙或空洞，涂层表面比较粗糙。

  

图5 (20%TiC/Ni)-Al热喷涂涂层的能谱分析

2.4 热喷涂涂层高温氧化性能

在高温氧化环境下，金属表面保护膜的保护性能主要取决于膜层本身的抗高温氧化性能或膜层的致密度，涂层中TiC与Ni均具有良好的耐高温性能。此外，Al在氧化环境中表面可生成连续、致密、稳定的氧化膜，由于Al氧化物与形成该氧化物所消耗的金属的体积比为1.28，因此，所形成的氧化物具有较小的内应力，不易脱落。热喷涂涂层经650℃氧化2 h后的界面及表面形貌如图6所示，可以看出，涂层与基体结合良好，无裂纹及脱落现象。

  

图6 涂层经650℃氧化2 h后的界面SEM形貌

2.5 热喷涂涂层热震性能

3）所属企业成效显著。有限天津分公司、惠州炼化公司年节能收益达1.6亿元和2.1亿元，成效显著，开采、加工过程中的能耗管理就成为企业降本增效、提升竞争力的关键性甚至是决定性因素。

 

表2 涂层热震试验循环次数

  

涂层成分 Al（10%TiC/Ni）－Al（20%TiC/Ni）－Al（30%TiC/Ni）－Al出现初始裂纹的循环次数 22 29 34 43工作层剥离的循环次数 36 42 45 —

2.6 热喷涂涂层冲蚀磨损性能

热喷涂涂层经过冲蚀磨损后的失重率见表3。纯Al涂层失重率达100%，随着涂层中TiC/Ni含量的增加，失重率逐渐降低，（30%TiC/Ni）－Al涂层的失重率最小。涂层冲蚀磨损后表面形貌如图7所示，30%TiC/Ni涂层表面出现冲蚀犁沟和微裂纹，如图7a所示。当石英砂以30°的小入射角连续不断地冲击试样表面时，水平分力对涂层产生切削作用，形成较浅且方向性明显的犁沟；垂直分力对涂层表面产生挤压，多角石英砂反复冲击时产生加工硬化，提高了材料的弹性极限，当应力超过涂层材料的屈服强度时，涂层表面出现了微裂纹。在低冲蚀角度下影响磨损的重要因素就是涂层的显微硬度和强度［7］。当涂层中TiC/Ni降低至20%时，由于涂层中硬质TiC含量降低，涂层的强度和硬度降低，其抵抗切削和犁沟的能力变弱，在高冲蚀应力作用下切削和微裂纹扩展同时进行，导致犁沟深度增加、裂纹数量增加，如图7b所示。当涂层中TiC/Ni含量为10%时，涂层的强度不足，切削作用加剧，同时横向裂纹与纵向裂纹的扩展深度增加，涂层出现大面积颗粒剥落或片状剥离，如图7c所示。当涂层工作层为纯Al时，Al虽然具有很强的塑性变形能力，但是硬度很低；加之涂层片层间呈现较弱的机械结合以及存在氧化夹杂和孔洞等缺陷，容易形成应力集中，因此，在大量石英砂连续作用下，不仅容易诱发裂纹，而且裂纹沿涂层内部的亚表面或界面快速向里扩展，当裂纹扩展与另一裂纹相遇时，造成了Al工作层与Ni－Al打底层完全剥离，露出了疏松多孔的Ni/Al打底层，如图7d所示。

 

表3 涂层冲蚀磨损失重率（%）

  

涂层成分 Al（10%TiC/Ni）－Al（20%TiC/Ni）－Al（30%TiC/Ni）－Al失重率（%） 100 2.445 0.979 0.584

  

图7 涂层冲蚀磨损表面SEM形貌

3 结论

（1）采用亚音速火焰喷涂在45钢基体上制备（TiC/Ni）－Al热喷涂涂层，涂层主要成分为 Al和TiC，涂层与基体结合良好。

（2）经650℃高温氧化2 h后，涂层无脱落和裂纹，具有良好的抗高氧化性能。

（3）（30%TiC/Ni）－Al涂层在 550 ℃保温 15 min的抗热震性能以及在主轴转速1 600 r/min冲蚀5 h条件下的抗冲蚀磨损能力均优于其他成分的。

随机将我院2016年9月~2017年9月收治的90例肺炎患儿分为两组,每组45例。其中对照组男28例,女17例;年龄:10个月~9岁,平均年龄:3.18±0.54岁;病程:3~8d,平均病程:4.47±0.33d。观察组男27例,女18例;年龄:11个月~9岁,平均年龄:3.19±0.55岁;病程:3~9d,平均病程:4.46±0.35d。两组一般资料差异无显著性意义(P>0.05)。

参考文献：

［1］周 松，陈本荣，刘永忠，等.火电厂锅炉水冷壁管的防腐防磨治理［J］.中国表面工程， 2003（1）： 46－48.

［2］Ali O， Ahmed R， Faisal NH， et al.Influence of post-treatment on the microstructural and tribomechanical properties of suspension thermally sprayed WC-12%Co nanocomposite coatings［J］.Tribology Letters， 2017， 65（2）： 33－37.

［3］Goyal D.Erosive wear study of HVOF spray Cr3C2-NiCr coatedCA6NM turbine steel［J］.Journal of Tribology， 2016， 136（4）：216－223.

［4］李柏涛，师 玮，乔 磊，等.高速电弧喷涂Fe－Cr－B－C－AI涂层的组织结构及其高温腐蚀行为［J］.理化检验：物理分册，2017， 53（4）： 240－243.

［5］欧阳晟，闵小兵，吴和元，等.水冷壁管喷涂铝涂层的应用研究［J］.金属材料与冶金工程， 2002（2）： 10－12.

［6］吕 迎，李俊刚，吴明忠，等.自蔓延法原位合成热喷涂用TiC/Ni复合粉的研究［J］.热加工工艺， 2013， 42（4）： 106－108.

［7］赵建华，纪秀林，杨 臣，等.WC-10Co-4Cr复合涂层和04Cr13Ni5Mo合金堆焊层的泥沙冲蚀行为［J］.电镀与涂饰，2016（18）： 985－989.