نشریه علوم و مهندسی سطح

نشریه علوم و مهندسی سطح

تحلیل ریزساختار و مقاومت به تخریب دمای بالا پوشش WC-12Co پاشش‌شده به روش HVOF بر روی فن‌های بازچرخانی گاز (GRF)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه پژوهشی مواد غیرفلزی، پژوهشگاه نیرو، تهران، ایران
2 فارغ التحصیل مقطع کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مواد، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران
3 استادیار، گروه مهندسی مواد، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران
4 تکنسین آزمایشگاه، گروه مهندسی متالورژی، دانشگاه تهران، تهران، ایران
5 دانشیار، گروه مهندسی مواد، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران
6 پژوهشگر، گروه پژوهشی مواد غیرفلزی، پژوهشگاه نیرو، تهران، ایران
چکیده
فن‌های بازچرخانی گاز (GRF) در نیروگاه‌های حرارتی، به‌علت تماس مداوم با جریان گازهای داغ حاوی ترکیبات خورنده، ذرات ساینده و تجربه مکرر شوک‌های حرارتی، یکی از آسیب‌پذیرترین اجزای سیستم محسوب می‌شوند و به‌شدت در معرض تخریب‌های دمای بالا نظیر خوردگی داغ و فرسایش قرار دارند. این تخریب‌ها می‌توانند باعث کاهش چشمگیر عمر کاری، افزایش هزینه‌های تعمیرات و کاهش بازده کلی نیروگاه شوند. در این پژوهش، با هدف بهبود دوام این تجهیزات، پوشش سرمتی WC-12Co به روش پاشش حرارتی HVOF بر روی زیرلایه فولادی ST37 اعمال شد و ریزساختار و مقاومت آن در برابر مکانیزم‌های مختلف تخریب دمای بالا مورد ارزیابی جامع قرار گرفت. فرآیند مشخصه‌یابی شامل آنالیزهای XRD جهت شناسایی فازها، میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدانی (FESEM/EDS) برای مطالعه مورفولوژی و ترکیب شیمیایی، اندازه‌گیری زبری سطح و درصد تخلخل، آزمون خوردگی داغ در دمای °C650 در محیط نمک مذاب Na₂SO₄+V₂O₅ و آزمون فرسایش دمای بالا بر اساس استاندارد ASTM G76 بود. نتایج نشان داد که این پوشش با داشتن ریزساختار بسیار متراکم، تخلخل ناچیز (1/0 %) ، سختی بالا (1100<HV) و زبری یکنواخت ( µm 5/2) توانسته است مقاومت قابل‌توجهی در برابر نفوذ نمک‌ها، تشکیل محصولات خوردگی و سایش ذرات در دمای بالا از خود نشان دهد. این ویژگی‌ها نشان‌دهنده پتانسیل بالای پوشش WC-12Co در بهبود طول عمر و عملکرد سطحی فن‌های بازچرخانی گاز در شرایط سخت نیروگاه‌های حرارتی است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]        P. K. Basu, "Combustion and gasification in fluidized beds," 2006.
[2]        M. Wiatros-Motyka, "NOx control for high-ash coal-fired power plants in India," Clean Energy, vol. 3, no. 1, pp. 24–33, 2019.
[3]        A. Corsini, A. Marchegiani, F. Rispoli, P. Venturini, and A. G. Sheard, "Predicting blade leading edge erosion in an axial induced draft fan," Journal of engineering for gas turbines and power, vol. 134, no. 4, 2012.
[4]        P. Roy and S. Ghosh, "Oxidation and hot corrosion behavior of thermal barrier coatings-A brief review," High Temperature Corrosion of Materials, vol. 99, no. 5, pp. 331–343, 2023.
[5]        Z. Ahmad, Principles of corrosion engineering and corrosion control. Elsevier, 2006.
[6]        A. Ghenaiet, "Predicting Erosion Damage in a Centrifugal Fan," International Journal of Turbomachinery, Propulsion and Power, vol. 9, no. 2, p. 23, 2024.
[7]        C. Li, "Relationships between the Microstructure and properties of thermally sprayed deposits, Journal of Thermal Spray Technology," 2002.
[8]        S. D. Cramer et al., ASM handbook. ASM international Materials Park, USA, 2003.
[9]        V. Shibe and V. Chawla, "Erosion studies of D-gun-sprayed WC-12% Co, Cr3C2-25% NiCr and Al2O3-13% TiO2 coatings on ASTM A36 steel," Journal of Thermal Spray Technology, vol. 28, no. 8, pp. 2015–2028, 2019.
[10]      V. Panwar, N. K. Grover, and V. Chawla, "Wear behaviour of plasma sprayed WC− 12% Cο and Al2O3− 13% TiO2 coatings on ASTM A36 steel used for ID fans in coal fired power plants," Materials Research Express, vol. 6, no. 10, p. 1065b6, 2019.
[11]      V. Saroop, D. Mudgal, S. Kumar, and S. Prakash, "Evaluation of corrosion mechanism for tungsten carbide coating exposed in actual boiler environment," Engineering Failure Analysis, vol. 118, p. 104905, 2020.
[12]      R. Kumar, R. Kumar, and S. Kumar, "Erosion corrosion study of HVOF sprayed thermal sprayed coating on boiler tubes: a review," IJSMS, vol. 1, no. 3, pp. 1–6, 2018.
[13]      A. Glasser, W. Petlevich, and E. Sverdrup, "Nature and Costs of Fan Erosion in Coal-Fired Electric Power Plants (No. EPRI-CS-1596)," Westinghouse Electric Corp., Pittsburgh, PA (USA). Research Labs, 1980.
[14]      Standard Test Method for Conducting Erosion Tests by Solid Particle Impingement Using Gas Jets. West Conshohocken (PA), A. I. A. G76-18, 2018.
[15]      ASTM International. ASTM E384-22: Standard Test Method for Microindentation Hardness of Materials. West Conshohocken (PA): ASTM International;, 2022.
[16]      H. Singh, M. Kumar, and R. Singh, "Microstructural and mechanical characterization of a cold-sprayed WC-12Co composite coating on stainless steel hydroturbine blades," Journal of Thermal Spray Technology, vol. 32, no. 4, pp. 970–983, 2023.
[17]      Y. Zhao et al., "Study on the microstructure and properties of WC-12Co cemented carbide fabricated by selective laser melting," Journal of Materials Research and Technology, vol. 20, pp. 3512–3521, 2022.
[18]      S. Sarkar and P. P. Bandyopadhyay, "Role of carbide grit size and in-flight particle parameters on the microstructure, phases, and nanoscale properties of HVOF sprayed WC-12Co coatings," Surface and Coatings Technology, vol. 484, p. 130879, 2024.
[19]      K. Fan et al., "Influence of WC particle size on the mechanical properties and residual stress of HVOF thermally sprayed WC–10Co–4Cr coatings," Materials, vol. 15, no. 16, p. 5537, 2022.
[20]      K.-W. Kim, A. B. Kale, Y.-H. Cho, S.-H. Park, and K.-A. Lee, "Microstructural and wear properties of WC-12Co cemented carbide fabricated by direct energy deposition," Wear, vol. 518, p. 204653, 2023.
[21]      K.-W. Kim, G.-S. Ham, S.-H. Park, J.-W. Cho, and K.-A. Lee, "Direct energy deposition of ultrastrong WC-12Co cemented carbide: Fabrication, microstructure and compressive properties," International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, vol. 99, p. 105591, 2021.
[22]      J. Wang, C. Ai, X. Yun, Z. Chen, and B. He, "Effects of 3D roughness parameters of sandblasted surface on bond strength of HVOF sprayed WC-12Co coatings," Coatings, vol. 12, no. 10, p. 1451, 2022.
[23]      H. Jiang, X. Zhao, H. Song, and C. Li, "The effect of high-velocity air-fuel WC-12Co coatings on the wear and corrosion resistance of TC18 titanium alloy," Coatings, vol. 13, no. 4, p. 755, 2023.