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随着燃煤电厂广泛采用湿法脱硫技术,烟气内SO2含量显著减少,但由于SO3及其它酸性物质脱出量少,且湿度增加、温度降低,烟气更易在脱硫系统及尾部装置上冷凝形成酸性液滴,造成严重的酸露点腐蚀问题。近年来随着可再生能源发电装机快速增长,燃煤电厂需要参与深度调峰,锅炉低负荷运行时脱硫系统及尾部装置内较低的烟气温度和流速进一步加剧了烟气冷凝及酸露点腐蚀。因此,开发具有优良耐酸露点腐蚀性能的新材料和表面技术对脱硫系统及尾部装置的腐蚀防护和安全经济运行具有重要意义。本文首先采用主要成分与哈氏合金C22相同的NiCr22Mo13W合金粉末材料,通过同轴送粉法在普通碳素钢Q235表面制备了 NiCr22Mo13W合金激光熔覆层,发现其主要物相为固溶有Cr、Mo、Co、Fe等元素的γ-Ni固溶体和少量的碳化物,显微组织结构主要由初生树枝晶和偏聚了 Mo元素的次生共晶组成,其凝固行为具有非平衡凝固特征,由熔池中的成分过冷和G/R(温度梯度/凝固速率)决定,自与基体交界处至顶部区域依次为平面晶-胞状晶-柱状树枝晶-等轴状树枝晶,晶体生长方向由熔池内最大热量传递方向决定。研究了 NiCr22Mo13W合金激光熔覆层在模拟脱硫烟气硫酸露点腐蚀环境(50℃-70℃下50wt.%H2SO4溶液)中的耐蚀性能、钝化膜特性和腐蚀行为,并与哈氏合金C22、TC4钛合金和耐硫酸露点腐蚀钢ND钢的轧制板材进行了对比,探讨了激光熔覆层显微组织结构对腐蚀特性的影响。实验结果表明,NiCr22Mo13W合金激光熔覆层的耐蚀性能与哈氏合金C22相近,远高于TC4钛合金和ND钢,后两者的腐蚀速率分别为激光熔覆层的约28倍和144倍。NiCr22Mo13W合金激光熔覆层和哈氏合金C22表现出相同的钝化行为,形成了相同的双层结构钝化膜,由包含Mo氧化物和Ni、Cr氢氧化物的多孔外层与以Cr2O3为主的致密内层组成,其中致密内层主导钝化膜保护性。NiCr22Mo13W合金激光熔覆层显微组织结构中的元素偏聚使其钝化膜中Cr203较少且分布不均匀,导致了比哈氏合金C22稍弱的耐蚀性能和更高的局部腐蚀敏感性,并且表现出次生共晶优先溶解的晶间腐蚀。NiCr22Mo13W合金激光熔覆层的钝化膜致密内层随环境温度升高先增厚后减薄,导致耐蚀性能在60℃下最好而在70℃下最差。哈氏合金C22的钝化膜致密内层随环境温度升高而减薄,在70℃时出现电极反应机制转变,导致耐蚀性能下降。为探索脱硫烟气冷凝液中其它酸性物质的影响,对比研究了 NiCr22Mo13W合金激光熔覆层和哈氏合金C22轧制板材在模拟脱硫烟气混合酸露点腐蚀环境(50℃-70℃下 50wt.%H2SO4+2wt.%HCl+1.5wt.%HNO3+0.2wt.%HF 混合酸溶液)中的耐蚀性能、钝化膜特性和腐蚀行为,探讨了 NO3-、卤素离子(Cl-和F-)和环境温度的影响机制。实验结果表明,NiCr22Mo13W合金激光熔覆层和哈氏合金C22表现出相近的耐蚀性能和相同的钝化行为,在表面形成了与硫酸露点腐蚀环境中相同的双层结构钝化膜。NO3-对 NiCr22Mo13W合金激光熔覆层钝化膜多孔外层和致密内层的氧化致密作用提升了钝化膜保护性,抑制了次生共晶优先溶解,使激光熔覆层表现出比在硫酸露点腐蚀环境中更高的耐蚀性能,虽然卤素离子对钝化膜的络合和渗透作用加剧了孔蚀,但对整体耐蚀性能影响较弱。NO3-对哈氏合金C22的钝化膜保护性和耐蚀性能影响较小,但卤素离子加剧了晶界腐蚀。环境温度升高会促进卤素离子对钝化膜的络合和渗透作用,加剧NiCr22Mo13W合金激光熔覆层的孔蚀和哈氏合金C22的晶界腐蚀。为探索主要合金元素的影响,参考哈氏合金C22中Ni、Cr、Mo三种元素的相对含量(65:22:13),设计了 Cr、Mo含量分别变化(18wt.%-26wt.%和 10wt.%-16wt.%)且仅含Ni、Cr、Mo元素的合金粉末,制备了不同Cr含量和Mo含量的Ni-Cr-Mo三元合金激光熔覆层,研究了 Cr、Mo含量对物相组成、显微组织结构及硫酸露点腐蚀环境中耐蚀性能、钝化膜特性和腐蚀行为的影响机制。实验结果表明,不同Cr、Mo含量的Ni-Cr-Mo三元合金激光熔覆层主要物相都为固溶有Cr和Mo的γ-Ni固溶体,显微组织结构都为初生树枝晶和偏聚了 Mo元素的次生共晶,Cr、Mo含量增加都会导致共晶中微孔缺陷增多,且Mo含量增加会导致共晶体积增大。不同Cr、Mo含量三元合金激光熔覆层的硫酸露点腐蚀都表现为初生树枝晶优先溶解和圆形微孔处萌生的孔蚀,所生成的钝化膜同样为双层结构,但钝化膜含有更多Cr2O3且不含CrO3使其耐蚀性能优于NiCr22Mo13W合金激光熔覆层,含有16wt.%Mo的三元合金激光熔覆层耐蚀性能甚至优于哈氏合金C22。Cr含量增加会提升钝化膜内层的致密性和保护性,但同时Ni含量相对减少会使钝化膜多孔外层减薄,两种元素含量影响的相互竞争导致了 Ni-Cr-Mo三元合金激光熔覆层耐蚀性能随Cr含量增加而先降低后升高。Mo含量由1 0wt.%升高至1 3wt.%会使钝化膜致密内层增厚和多孔外层保护性下降,由1 3wt.%升高至16wt.%会使钝化膜致密内层和多孔外层都出现致密性和保护性提升,上述Mo含量增加都会导致Ni-Cr-Mo三元合金激光熔覆层的耐蚀性能提高。