所在学院：材料学院
　　1. 项目简介
　　　　本项目针对火电厂锅炉“四管爆漏”造成发电机组非计划停运、被迫紧急抢修的安全生产难题，分析了锅炉受热面管材在不同服役条件下的爆管失效机理，用等离子喷涂技术开发制备出了系列金属陶瓷复合涂层锅炉管，有效提高了锅炉管材抗高温腐蚀、磨损性能，较好地解决了电站锅炉受热面的突发性爆管问题。
　　　　对该项目自1994年开始到2005年在陕西秦岭发电厂、宝鸡发电厂及福建永安电厂等十余家电厂近12年的推广应用情况进行的跟踪考察、现场取样分析表明，所有涂层锅炉管在规定的1~2个大修期内均未发生爆管，安全运行时间约3~4万小时（1995~1999年现场取样）。其中运行时间最长约8万小时（1995~2005年检修换管后的取样观察，除部分涂层被完全磨蚀或剥落外，大部分涂层仍基本完整）。进一步对运行3万小时的涂层锅炉管取样分析表明，涂层中的Cr和Ni向锅炉管基体持续扩散，在炉管表面形成一层约15?m厚的Fe-Cr-Ni合金扩散层，具有了奥氏体钢的品性，有利于提高锅炉管本体的热强性和耐蚀性。
　　　　仅以上三家电厂（实际应用约10余家）提供的经济效益统计证明，1996年至2005年10年累计3家电厂减少因爆管损失的发电产值约3.8亿元，节约非计划停启炉费抢修费用约2300万元，创社会效益逾58亿元。
　　2. 技术创新性和领先性
　　1）锅炉管表面防护的技术背景
　　　　对于锅炉受热面爆管问题，上世纪70年代主要着眼于调变锅炉管材合金元素，提高热强性和热稳定性。80年代后期，国内外陆续出现了采用镀铬或渗铝工艺，在炉管表面形成约10~20?m渗层以提高其耐蚀性。但由于扩渗工艺一般都要在高温下进行，工艺要求高，且渗层脆性大，易产生开裂剥落等问题，影响了其推广应用。进入90年代，国内外一些专业化的热喷涂公司开始在现场采用电弧或超音速火焰喷涂，对锅炉水冷壁、省煤气管局部喷涂一层NiAl或NiCr系防腐耐磨涂层，取得了较好效果。但现场喷涂难度大、成本高，为了降低成本，目前大多采用传统的或改进的电弧喷涂工艺，涂层质量难以控制，应用效果有限。特别是现场喷涂需要一定的空间，而对于“锅炉四管”中处于高温高压段的过热器、和再热器炉管需在管外壁喷涂一圈，则无法在现场喷涂。
　　　　由于爆管一般都发生在锅炉管线的局部薄弱环节（如水冷壁的未燃带，高温过热器、再热器处于烟气走廊的弯头部位，液态排渣路的排渣口），是可以在制造和检修过程中进行局部切割、修复和替换的。因此从等寿命的设计思想出发，可以对这些局部薄弱环节的管线定制高性能的金属陶瓷涂层复合管，在装备先进（设备好，涂层质量优于现场施工，消耗少，喷涂成本相对低）的标准化喷涂车间进行制备，才能保证严格的质量控制和检验。最终制备出合格的涂层复合管再焊装到现场，使这些易爆管区域的管件与整体受热面管材的寿命趋于同步，对于降低爆管率可获得最直接和最显著的效果。这也是本项目的独特之处。
　　2）本项目技术创新性和领先性
　　　　热喷涂的最大优点是不影响基体材料的组织与性能，相对于块体材料的冶炼和合金化，表面涂层用料，可大胆使用贵重合金元素，且涂层中的合金元素可在大范围内调变，不受强度限制，因此可以制备出性能（主要以提高防腐、抗磨、减磨等表面性能为主）远远优于基体材料的表面防护层，达到基材的强度和表面涂层防腐、耐磨、抗高温的最佳配合。热喷涂的缺点是涂层中有一定的孔隙、微裂纹、氧化夹杂等缺陷，同时与基材的结合主要为机械和物理性质，容易造成涂层剥落失效。因此，针对被保护工件的失效机制，展开涂层的设计、工艺优化和质量控制是涂层产品能否获得成功应用的关键技术所在。根据以上思路，本项目在以下几方面获得了创新性的研究和应用成果：
　　（1) 对目前电站锅炉大量使用的钢研102（12Cr2MoWVTiB）管材经长期（3~7万小时）服役后的失效分析，证明了该炉管表面发生了典型的铁基合金热腐蚀行为，且热腐蚀是造成过热器爆管的主要原因；
　　（2） 根据钢研102锅炉管热腐蚀的研究成果，设计了能有效抑制铁基合金热腐蚀的双层结构高Cr金属陶瓷复合涂层，采用先进的等离子喷涂工艺成功制备了涂层锅炉管，其耐蚀、耐磨性等主要技术指标均达到或超过90年代初美国Metalspyay Company开发出的用于锅炉水冷壁保护的45CT涂层，而涂层造价约为45CT的60%；
　　（3）对液态排渣型锅炉溢出的析铁溶液对渣口管 (20G钢管)的爆管原因进行模拟实验和失效分析，判明了含较多的S、P腐蚀性杂质的熔融析铁作用于20G钢，降低了钢管表面熔点，发生了以质量迁移为特征的析铁熔蚀过程，导致渣口管被迅速切割、爆管；
　　（4）根据渣口管析铁熔蚀爆管机制，设计了能有效隔离析铁的ZrO2/NiCrA1Y陶瓷-金属梯度复合涂层，保护渣口管免遭析铁熔蚀。由于梯度涂层较好解决了陶瓷涂层和渣口管的热膨胀失配易引起涂层开裂与剥落的问题，较好地解决了析铁爆管问题；
　　（5）2002年以来，涂层复合锅炉管技术经过近十多年的发展，又应用国内最新开发的性能更好的超音速等离子喷涂设备和独特的双温区、双通道制备连续梯度热障涂层新技术，并针对各个电厂不同的爆管情况，配套开发了系列涂层材料和涂层锅炉管成套加工技术，使得涂层锅炉管的质量和产业化程度又上了一个新的层次，不仅可以更好地解决腐蚀磨损引起的爆管问题，还可以解决炉管超温和短期过热问题。
　　3. 合作方式
　　（1）成套技术转让。提供最新超音速等离子喷涂系统一套，帮助设计建设超音速等离子喷涂锅炉管生产线、辅助设备，喷涂车间建设改造等。培训生产与技术人员，提供目前成熟的几种锅炉涂层配方。今后可协助企业有偿开发新的涂层配方和应用领域；
　　（2）承接各类涂层锅炉管的合同订单，根据厂方锅炉管的失效机制和技术要求，设计和优化涂层配方和工艺，保证达到合同规定的各项指标。