[發(fā)明專利]一種測試金屬表面熱生長氧化膜的粘附性的試驗(yàn)裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710964797.0
• 申請日: 2017-10-17
• 公開（公告）號: CN107525762B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊珍;申建汛;于在松;魯金濤;楊輝;李浩;黃錦陽;周永莉;袁勇
• 申請（專利權(quán)）人: 華能國際電力股份有限公司;西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

一種測試金屬表面熱生長氧化膜的粘附性的試驗(yàn)裝置及方法，包括加熱爐、支架系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和水蒸氣發(fā)生裝置；加熱爐設(shè)置在支架系統(tǒng)上并能夠水平方向移動(dòng)，水蒸氣發(fā)生裝置與加熱爐相連，支架系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相連；絲杠螺母機(jī)構(gòu)包括水平設(shè)置在帶座軸承上的絲杠以及設(shè)置在絲杠上的螺母，滑塊固定在螺母上，并且滑塊設(shè)置在導(dǎo)軌內(nèi)并能夠沿導(dǎo)軌移動(dòng)；加熱爐設(shè)置在滑塊上。支架系統(tǒng)中的滑塊、導(dǎo)軌、絲杠螺母機(jī)構(gòu)以及與絲杠相連的減速電機(jī)使加熱爐在加熱工位和冷卻工位之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而且通過控制系統(tǒng)設(shè)定加熱爐的加熱參數(shù)及螺母的行程，能夠模擬高溫氧化?低溫腐蝕無縫交替腐蝕環(huán)境進(jìn)行循環(huán)氧化實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)金屬表面熱生長氧化膜粘附性能測試的自動(dòng)控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種金屬材料高溫氧化性能測試裝置及方法，具體是一種測試金屬表面熱生長氧化膜的粘附性的試驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)

在火電等領(lǐng)域，金屬高溫部件在受到腐蝕性氣體(水蒸汽、煙氣等)腐蝕的過程中往往還經(jīng)受熱-冷循環(huán)。以過/再熱器這一關(guān)鍵高溫部件為例，管內(nèi)壁長期受到高溫水蒸汽的氧化形成氧化膜，而管外壁與組分復(fù)雜的煙氣直接接觸形成腐蝕層。一方面，氧化膜和腐蝕層的形成使得鍋爐管的傳熱效率降低。另一方面，由于氧化膜/腐蝕層的熱膨脹系數(shù)通常小于基體金屬的熱膨脹系數(shù)，在溫度變化或設(shè)備啟停時(shí)，氧化膜/腐蝕層因承受較大的熱應(yīng)力而發(fā)生開裂或剝落。實(shí)踐表明，由氧化膜剝落引發(fā)的堵管、爆管已成為現(xiàn)役超超臨界火電機(jī)組效益降低的主要原因之一。因而，對于火電領(lǐng)域的高溫部件現(xiàn)役合金或候選合金，其表面氧化膜的粘附性能(氧化膜的抗剝落性能)是衡量合金性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。

目前，評估氧化膜的粘附性能是通過開展循環(huán)氧化實(shí)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)的。循環(huán)氧化實(shí)驗(yàn)通常在普通的電阻爐中進(jìn)行，試樣裸露于靜態(tài)的空氣中。實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先需確定氧化溫度、氧化時(shí)間、冷卻后的溫度及冷卻速度等實(shí)驗(yàn)條件，然后在此條件下進(jìn)行周期性的氧化-冷卻實(shí)驗(yàn)。然而，實(shí)踐表明腐蝕介質(zhì)對氧化膜的抗剝落性能往往有著重要的影響。在煙氣或含有水蒸汽的空氣/氧氣等介質(zhì)中生長的氧化膜表現(xiàn)出截然不同、且往往是更為低劣的粘附性。因此，氧化膜在同一溫度、空氣中的抗剝落性能并不能真實(shí)地反映其在一些特殊氣氛如煙氣、水蒸氣或濕空氣中的抗剝落性能。在這種情況下，需在特殊環(huán)境條件下對金屬材料進(jìn)行循環(huán)氧化測試。有些實(shí)驗(yàn)室根據(jù)材料的工作環(huán)境和測試目的自主設(shè)計(jì)了模擬實(shí)際工況條件下的循環(huán)氧化試驗(yàn)裝置。專利CN101900663B所述的高溫循環(huán)氧化腐蝕模擬試驗(yàn)裝置，由加熱爐、腐蝕環(huán)境箱、輔助支架系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，可實(shí)現(xiàn)高溫氧化和低溫腐蝕交替進(jìn)行工況環(huán)境中不銹鋼、特殊鋼、耐熱鋼等的抗氧化性能的測試。但是該裝置在模擬高溫氧化-低溫腐蝕-高溫氧化這樣的循環(huán)腐蝕過程中頻繁地將試樣暴露于室溫空氣中，測試結(jié)果失真，具有一定的局限性。

在火電機(jī)組中高溫氧化和低溫腐蝕是無縫交替進(jìn)行的，即，燃煤鍋爐運(yùn)行的過程中材料將遭受水蒸汽的高溫氧化，而在鍋爐停爐的過程中材料將遭受低溫水蒸汽或冷凝水的腐蝕，在鍋爐運(yùn)行-停爐的整個(gè)環(huán)節(jié)沒有空氣進(jìn)入到受熱面(由受熱管束組成)內(nèi)。然而，目前國內(nèi)外的循環(huán)氧化試驗(yàn)裝置都不能模擬上述高溫氧化-低溫腐蝕無縫交替進(jìn)行的腐蝕過程。為實(shí)現(xiàn)鍋爐管材料在上述工況環(huán)境中循環(huán)氧化性能的測試，迫切需要一套能夠模擬在水蒸汽氣氛中進(jìn)行高溫氧化和低溫腐蝕無縫交替循環(huán)的試驗(yàn)裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種測試金屬表面熱生長氧化膜的粘附性的試驗(yàn)裝置及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)金屬材料在高溫氧化和低溫腐蝕無縫交替存在的水蒸汽環(huán)境中循環(huán)氧化性能的測試。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種測試金屬表面熱生長氧化膜的粘附性的試驗(yàn)裝置，包括加熱爐、支架系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和水蒸氣發(fā)生裝置；所述加熱爐設(shè)置在支架系統(tǒng)上并能夠水平方向移動(dòng)，水蒸氣發(fā)生裝置與加熱爐相連，支架系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相連；其中，所述支架系統(tǒng)包括絲杠螺母機(jī)構(gòu)、滑塊以及導(dǎo)軌，絲杠螺母機(jī)構(gòu)包括水平設(shè)置在帶座軸承上的絲杠以及設(shè)置在絲杠上的螺母，滑塊固定在螺母上，并且滑塊設(shè)置在導(dǎo)軌內(nèi)并能夠沿導(dǎo)軌移動(dòng)；加熱爐設(shè)置在滑塊上。