CZ34298U1 - Vícevrstvý povlak pro ochranu spalovacích zařízení před vysokoteplotní korozí - Google Patents

Vícevrstvý povlak pro ochranu spalovacích zařízení před vysokoteplotní korozí Download PDF

Info

Publication number
CZ34298U1
CZ34298U1 CZ2020-37755U CZ202037755U CZ34298U1 CZ 34298 U1 CZ34298 U1 CZ 34298U1 CZ 202037755 U CZ202037755 U CZ 202037755U CZ 34298 U1 CZ34298 U1 CZ 34298U1
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
weight
layer
coating
temperature corrosion
particles
Prior art date
Application number
CZ2020-37755U
Other languages
English (en)
Inventor
Zdeněk Česánek
Petra Šulcová
Šárka Houdková Šimůnková
Original Assignee
Výzkumný A Zkušební Ústav Plzeň S.R.O.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Výzkumný A Zkušební Ústav Plzeň S.R.O. filed Critical Výzkumný A Zkušební Ústav Plzeň S.R.O.
Priority to CZ2020-37755U priority Critical patent/CZ34298U1/cs
Publication of CZ34298U1 publication Critical patent/CZ34298U1/cs

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/1204Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material inorganic material, e.g. non-oxide and non-metallic such as sulfides, nitrides based compounds
    • C23C18/1208Oxides, e.g. ceramics
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06Metallic material
    • C23C4/08Metallic material containing only metal elements

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Description

Vícevrstvý povlak pro ochranu spalovacích zařízení před vysokoteplotní korozí
Oblast techniky
Navrhované technické řešení spadá do oblasti povrchových úprav s vysokými ochrannými vlastnostmi. Využití je vhodné pro plochy spalovacích zařízení, jako jsou v kotle a různá energetická zařízení, které jsou vystaveny působení vysokoteplotní koroze s erozivním opotřebením.
Dosavadní stav techniky
V dnešní době je efektivní povrchová ochrana vysoce namáhaných dílů energetických zařízení, která mají odolávat různým typům degradace, celosvětově závažným tématem. V případě spalovacích zařízení tkví jeden z hlavních problémů ve spalování paliv, která mají nižší výhřevnost a vyšší obsah nečistot. Toto je zapříčiněno snižováním celosvětových zásob fosilních paliv. Méně kvalitní palivo obsahuje vysoké procento nečistot, jako je např. sodík, síra anebo draslík. Jako odpadní produkt spalování takového pálívaje popílek, který ulpívá na komponentech spalovacích zařízení a společně s atmosférou uvnitř spalovacích zařízení vytváří komplexní sloučeniny s nízkou teplotou tání, které způsobují takzvanou vysokoteplotní korozi všech exponovaných povrchů zařízení. K prohloubení problémů se sulfidovou korozí a/nebo napadením roztavenými solemi výrazně přispívá také snaha o minimalizaci ekologicky problematických emisí NOX ve spalovacích kotlích, která vede ke vzniku redukční atmosféry v kotli, což je příznivé pro rozvoj zmiňované vysokoteplotní koroze.
Vývoj v oblasti povrchových úprav komponent energetických zařízení včetně spalovacích kotlů je veden snahou o nalezení účinného řešení spolu s požadavkem nízkých nákladů. V poslední době se v prvovýrobě i renovacích dostávají do popředí zájmu technologie žárového nástřiku. Hlavními důvody pro jejich využití jsou snadná aplikovatelnost au některých typů technologií nástřiku i relativně nízká pořizovací cena.
V současné době jsou povrchy elektrárenských kotlů nej častěji chráněny povlaky z materiálů na bázi Fe, legované prvky Cr, Si, Ni, Mn aj. Takovéto povlaky se vyznačují jednak vysokou odolností proti vysokým teplotám a korozi, ale také působení erozivního prostředí. Tato ochrana se aplikuje na všechny části kotle bez rozdílu. Ovšem existují určité části kotle, kde vzniká odlišné prostředí. Jedná se o takzvané prostředí s výrazně redukční atmosférou, které se vyznačuje sníženým obsahem kyslíku. Toto prostředí se nejčastěji nachází v okolí membránové stěny výpamíku v oblasti spalovací komory kotle. Vzhledem k agresivitě prostředí v této oblasti nejsou obvykle používané materiály ochranných povlaků dostatečně účinné.
Je proto úkolem předkládaného technického řešení poskytnout levný a účinný povlak pro ochranu spalovacích zařízení před vysokoteplotní korozí.
Podstata technického řešení
Popisované technické řešení je zaměřeno na ochranu povrchů komponent spalovacího zařízení (zejména elektrárenského kotle) v prostředí redukční atmosféry, které jsou vystaveny kombinovanému působení vysoké teploty a eroze. Jedná se o vícevrstvý povlak tvořený kombinací dvou technologií depozice a třech typů materiálů - žárového nástřiku materiálu na bázi slitiny Ni (Inconel 625), dále slitiny na bázi NiCrTi a keramického nátěru. Podstatou technického řešení je tedy kombinace různých technologií depozice materiálů povlaku o různém chemickém složení, které vícevrstvý povlak tvoří.
-1 CZ 34298 U1
Povlak obsahuje spodní vrstvu o průměrné tloušťce alespoň 0,1 mm. Spodní vrstva obsahuje lamelám! oxidické částice a má povrchovou drsnost v rozsahu Ra 28 až 35 pm. Spodní vrstva je tvořena deformovanými částicemi slitiny NiCrMoNbTa o složení 8 až 10 % hmota. Cr, 8 až 10 % hmota. Mo, 3,5 až 4,5 % hmota. (Nb+Ta), Ni zbytek do 100 % hmota. Částice slitiny jsou k vnitřnímu povrchu stěny a k sobě navzájem zakotveny mechanicky a lokálními mikrosvary. Uvedené zakotvení částic slitiny je způsobeno nanesením technologií žárového nástřiku elektrickým obloukem, což je metoda odborníku v oboru běžně známá.
Povlak dále obsahuje střední vrstvu situovanou na spodní vrstvě. Střední vrstva má průměrnou tloušťku alespoň 0,3 mm, obsahuje lamelám! oxidické částice a má povrchovou drsnost v rozsahu Ra 20 až 25 pm. Střední vrstva je tvořena deformovanými částicemi slitiny NiCrTi o složení 42 až 46 % hmota. Cr, 0,3 až 1 % hmota. Ti, Ni zbytek do 100 % hmota. Částice slitiny jsou ke spodní vrstvě a k sobě navzájem zakotveny mechanicky a lokálními mikrosvary. Uvedené zakotvení částic slitiny je způsobeno nanesením technologií žárového nástřiku elektrickým obloukem, což je metoda odborníku v obom běžně známá.
Povlak dále obsahuje horní vrstvu situovanou na střední vrstvě. Horní vrstva má průměrnou tloušťku alespoň 0,05 mm a je ve formě kompozitní keramické vrstvy. Horní vrstva obsahuje 45 až 55 % hmota. SiO, 23 až 28 % hmota. ZrO, 10 až 15 % hmota. GyCh, 5 až 10 % hmota. SiC, zbytek do 100 % hmota. Na2SiC>3 (tzv. vodní sklo). Pro vytvoření horní vrstvy lze s výhodou použít roztok obsahující 43 až 49 % hmota. H2O, 11 až 14 % hmota. ZrC>2, 11 až 13 % hmota. K2S1O3, 8 až 12 % hmota. AI2O3, 4 až 7 % hmota. GyCh, 4 až 6 % hmota. Na2SiC>3, 5 až 5,5 % hmota. SiC, 3 až 5 % hmota. tUMgChP. Uvedený roztok je dostupný pod komerčním názvem Armaguard. Roztok je nanesen pomocí technologie vysokotlakého nástřiku. Díky tomu je horní vrstva propojena se střední vrstvou.
Povlak musí být nanášen na očištěný podklad (vnitřní povrch stěny spalovacího prostoru), jehož povrch byl upraven mechanickým způsobem tak, aby čistota povrchu byla Sa 3. Díky popsanému složení vícevrstvého povlaku a jeho struktuře vyplývající ze způsobu nanášení je synergickým efektem vrstev dosaženo odolné ochrany komponent spalovacího zařízení proti eroznímu opotřebení pevnými částicemi. Povlak se vyznačuje odolností proti vysokoteplotní korozi v redukčním prostředí spalovacích zařízení. Struktura jednotlivých vrstev povlaku zapříčiněná popsanými způsoby nanášení je jasně patrná pod mikroskopem a pro odborníka z oboru jsou struktury vrstev jasně rozpoznatelné. Deformované částice slitiny jsou v oboru známé jako „splát“. Oxidické částice se vyskytují mezi deformovanými částicemi slitiny a jsou jasně patrné na řezu povlakem, viz obr. 1.
Objasnění výkresu
Příkladné provedení navrhovaného řešení je popsáno s odkazem na výkres, na kterém je na obr. 1 struktura vícevrstvého povlaku odolného proti působení vysokoteplotní koroze v prostředí elektrárenských kotlů (příčný řez).
Příklad uskutečnění technického řešení
Podle navrhovaného technického řešení byl na části spalovacího prostoru spalovacího zařízení vytvořen vícevrstvý povlak. Jednalo se o vnitřní povrch 1 stěny v oblasti „sušek“ kotle v uhelné elektrárně. Vnitřní povrch j_ stěny je z oceli 16Mo3 a 13CrMo4-5 a vícevrstvý povlak má celkovou tloušťku cca 0,6 mm. Vlastnosti vzniklého povlaku byly zhodnoceny pomocí standardizovaných testů pro stanovení etalonových charakteristik.
Struktura povlaku je na obr. 1. Povlak obsahuje spodní vrstvu A o průměrné tloušťce přibližně 0,2 mm. Spodní vrstva A obsahuje lamelám! oxidické částice a má povrchovou drsnost Ra 32 pm.
- 2 CZ 34298 U1
Spodní vrstva A je tvořena deformovanými částicemi slitiny NiCrMoNbTa o složení 9 % hmota. Cr, 9 % hmota. Mo, 4 % hmota. (Nb+Ta), Ni zbytek do 100 % hmota. Částice slitiny spodní vrstvy A jsou k vnitřnímu povrchu 1 stěny a k sobě navzájem zakotveny mechanicky a lokálními mikrosvary.
Povlak dále obsahuje střední vrstvu B situovanou na spodní vrstvě A. Střední vrstva B má průměrnou tloušťku více než 0,3 mm. Střední vrstva B obsahuje lamelámí oxidické částice, má povrchovou drsnost Ra 23 pm a je tvořena deformovanými částicemi slitiny NiCrTi o složení 44 % hmota. Cr, 0,6 % hmota. Ti, Ni zbytek do 100 % hmota. Částice slitiny střední vrstvy B jsou ke spodní vrstvě A a k sobě navzájem zakotveny mechanicky a lokálními mikrosvary.
Povlak dále obsahuje horní vrstvu C situovanou na střední vrstvě B. Horní vrstva C má průměrnou tloušťku více než 0,05 mm a je ve formě kompozitní keramické vrstvy. Horní vrstva C obsahuje 50 % hmota. SiO, 26 % hmota. ZrO, 13 % hmota. GyCh, 7 % hmota. SiC, zbytek do 100 % hmota. Na2SiC>3.
Popsaným povlakem byl na uvedených částech kotle doplněn chybějící, opotřebovaný materiál a zároveň se u takto ošetřeného povrchu zvýšila jeho odolnost proti vysokoteplotní korozi aerozivnímu opotřebení poletavým popílkem. Protože nelze kotel demontovat a je nutné nástřik realizovat přímo na místě, uvnitř tělesa kotle, je pro spodní vrstvu A a střední vrstvu B využíváno mobilního systému technologie žárového nástřiku elektrickým obloukem (TWAS). Povlakem opatřené plochy mají celkový rozměr cca 1 m2. Aplikace povlaku umožňuje několikanásobně prodloužit životnost kotle.
Průmyslová využitelnost
Navrhované technické řešení je primárně využitelné v prostředí elektrárenských kotlů s redukční atmosférou a působením synergic vlivů teplota/eroze/koroze.

Claims (1)

  1. NÁROK NA OCHRANU
    1. Vícevrstvý povlak pro ochranu spalovacích zařízení před vysokoteplotní korozí, vyznačující se tím, že na vnitřním povrchu (1) stěny alespoň části spalovacího prostoru spalovacího zařízení obsahuje
    - spodní vrstvu (A) o průměrné tloušťce alespoň 0,1 mm s obsahem lamelámích oxidických částic a s povrchovou drsností v rozsahu Ra 28 až 35 pm, tvořenou deformovanými částicemi slitiny NiCrMoNbTa o složení 8 až 10 % hmota. Cr, 8 až 10 % hmota. Mo, 3,5 až 4,5 % hmota. (Nb+Ta), Ni zbytek do 100 % hmota., které jsou k vnitřnímu povrchu (1) stěny a k sobě navzájem zakotveny mechanicky a lokálními mikrosvary;
    - střední vrstvu (B) situovanou na spodní vrstvě (A), přičemž střední vrstva (B) má průměrnou tloušťku alespoň 0,3 mm, obsahuje lamelámí oxidické částice, má povrchovou drsnost v rozsahu Ra 20 až 25 pm aje tvořena deformovanými částicemi slitiny NiCrTi o složení 42 až 46 % hmota. Cr, 0,3 až 1 % hmota. Ti, Ni zbytek do 100 % hmota., které jsou ke spodní vrstvě (A) a k sobě navzájem zakotveny mechanicky a lokálními mikrosvary; a
    - horní vrstvu (C) situovanou na střední vrstvě (B), přičemž horní vrstva (C) má průměrnou tloušťku alespoň 0,05 mm a je ve formě kompozitní keramické vrstvy o složení 45 až 55 % hmota. SiO, 23 až 28 % hmota. ZrO, 10 až 15 % hmota. CnCh, 5 až 10 % hmota. SiC, zbytek do 100 % hmota. Na2SiC>3.
CZ2020-37755U 2020-07-03 2020-07-03 Vícevrstvý povlak pro ochranu spalovacích zařízení před vysokoteplotní korozí CZ34298U1 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2020-37755U CZ34298U1 (cs) 2020-07-03 2020-07-03 Vícevrstvý povlak pro ochranu spalovacích zařízení před vysokoteplotní korozí

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2020-37755U CZ34298U1 (cs) 2020-07-03 2020-07-03 Vícevrstvý povlak pro ochranu spalovacích zařízení před vysokoteplotní korozí

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ34298U1 true CZ34298U1 (cs) 2020-08-18

Family

ID=72147193

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2020-37755U CZ34298U1 (cs) 2020-07-03 2020-07-03 Vícevrstvý povlak pro ochranu spalovacích zařízení před vysokoteplotní korozí

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ34298U1 (cs)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Szymański et al. Thermally sprayed coatings resistant to erosion and corrosion for power plant boilers-A review
Nejati et al. Evaluation of hot corrosion behavior of CSZ, CSZ/micro Al2O3 and CSZ/nano Al2O3 plasma sprayed thermal barrier coatings
Branagan et al. High-performance nanoscale composite coatings for boiler applications
RU2167220C2 (ru) Защитное покрытие для составных элементов, подвергающихся эрозионно-коррозионному воздействию в высокотемпературной среде
Uusitalo et al. Elevated temperature erosion–corrosion of thermal sprayed coatings in chlorine containing environments
Yedida et al. A review on the development of thermal barrier coatings by using thermal spray techniques
Singh et al. Hot corrosion studies of plasma-sprayed chromium oxide coatings on boiler tube steel at 850 C in simulated boiler environment
Ahuja et al. A comparative study to evaluate the corrosion performance of Zr incorporated Cr3C2-(NiCr) coating at 900 C
Bhatia et al. High temperature behavior of Cr 3 C 2-NiCr coatings in the actual coal-fired boiler environment
Gada et al. Investigation of high temperature corrosion resistance of Ni25Cr coated and bare 347H SS in actual husk fired boiler atmosphere
Kawahara et al. Corrosion prevention of waterwall tube by field metal spraying in municipal waste incineration plants
CZ34298U1 (cs) Vícevrstvý povlak pro ochranu spalovacích zařízení před vysokoteplotní korozí
Rubino et al. Evaluating the corrosion resistance of inconel 625 coatings, processed by compact plasma spray, for applications in concentrating solar power plants
CN112191485A (zh) 一种用于垃圾焚烧炉受热面的现场防腐工艺方法
Rezakhani Corrosion behaviours of several thermal spray coatings used on boiler tubes at elevated temperatures
Haiyan et al. Summary of improving erosion and corrosion resistance of heat exchange surfaces in boilers through HVOF technology
Kamal et al. Thermal spray coatings for hot corrosion resistance
Suresh et al. Study of solid particle erosion behavior of HVOF spray coated superco-605 superalloy
Melendez et al. Thermal spray coatings in environmental barrier coatings
Singh Fabrication of High-Pressure Cold-Sprayed Coating on Ni-Based Superalloy for High-Temperature Corrosive Conditions
Sidhu et al. Erosion-corrosion behaviour of Ni-based superalloy Superni-75 in the real service environment of the boiler
Lakkannavar et al. Investigation of cyclic oxidation and corrosion behavior of plasma-sprayed NiCrAlY/Cr3C2/h-BN coatings on T22 boiler steel alloy
Agüero et al. Coatings for steam power plants under advanced conditions
Roshith Enhancement of air oxidation and hot corrosion resistance of high-temperature municipal waste incinerators and coal-fired power plants metallic walls: a review
Abdulameer et al. MWCNTS-YSZ coating deposited by plasma thermal spray on INCONEL 738 low carbon substrate

Legal Events

Date Code Title Description
FG1K Utility model registered

Effective date: 20200818

ND1K First or second extension of term of utility model

Effective date: 20240625