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提高火力发电机组蒸汽温度和压力、降低煤炭和石油资源消耗、提高发电效率成为我国能源发展的重要方向。X12Cr Mo WVNb Nl0-1-1（10Cr-Mo-V）耐热钢是制造超超临界火力发电机组关键部件的重要候选材料。已有应用证明:10Cr-Mo-V耐热钢能满足火力发电560oC高温蒸汽条件,随着蒸汽温度升高,该耐热钢会出现层状剥落和点蚀,不能满足650oC等级超超临界火电汽轮机的使用需求。为此,本文应用电弧离子镀技术在10Cr-Mo-V耐热钢表面制备了TiAlN涂层,使用NiCrAlYY代替TiN作为过渡层制备了NiCrAlYY/TiAlN涂层。添加Cr元素,制备出NiCrAlYY/TiAlCrN涂层,进一步提高涂层的抗高温蒸汽腐蚀性能。使用电子扫描显微镜、电子能谱和X射线衍射等方法分析了涂层表面和截面形貌、微观组织和成分;采用划痕法和热震试验表征了涂层与基体的结合力;通过高温蒸汽腐蚀试验研究了TiAlN系列涂层的蒸汽腐蚀性能,利用热力学知识分析了TiAlN涂层的蒸汽腐蚀机理。最后研究了NiCrAlYY/TiAlCrN对10Cr-Mo-V耐热钢疲劳和蠕变性能的影响,从而为这种耐热钢在超超临界火电机组中的应用提供支撑。开展的主要研究工作和获得的主要结论如下:1.使用电弧离子镀技术在10Cr-Mo-V耐热钢表面制备了TiN/TiAlN涂层,并采用划痕法和水淬法测试了TiN/TiAlN涂层与耐热钢基体的结合力。涂层表面光滑、均匀致密、厚度为2～3mm。TiN/TiAlN涂层具有（200）和（111）晶面择优取向。TiN/TiAlN涂层中的Ti和Al原子比值为0.92,显微硬度为1875HV0.1,为10Cr-Mo-V耐热钢硬度的4.3倍。划痕试验表明:TiN/TiAlN涂层的开裂载荷约为14N,涂层/基体临界结合载荷Lc为27 N。650oC～20oC热震超过50次,TiN/TiAlN涂层/基体结合力降低,涂层开裂并剥落,耐热钢基体被氧化,不能满足超超临界蒸汽轮机发电机组的应用要求。2.针对TiN/TiAlN涂层与耐热钢基体结合弱的问题,在保留TiAlN涂层基础上,借鉴热障涂层思路,使用NiCrAlYY取代TiN作为过渡层,在10Cr-Mo-V耐热钢表面制备了NiCrAlYY/TiAlN涂层。其结合力优于TiN/TiAlN涂层。NiCrAlYY涂层在划痕试验过程中不开裂或剥落。NiCrAlYY/TiAlN涂层/基体的临界结合载荷Lc为～30N。650oC～20oC热震100次后,NiCrAlYY/TiAlN涂层状态依然良好,能够有效保护耐热钢基体。结果表明:NiCrAlYY/TiAlN涂层能提高10Cr-Mo-V耐热钢的抗蒸汽腐蚀能力1个数量级。进一步研究了NiCrAlYY/TiAlN涂层的高温蒸汽腐蚀性能,并分析了NiCrAlYY/TiAlN涂层的蒸汽腐蚀机理。600oC和650oC蒸汽腐蚀60小时,涂层试样单位面积增重仅为10Cr-Mo-V耐热钢的2.5%和11%。600oC蒸汽腐蚀140小时和650 oC蒸汽腐蚀100小时,单位面积增重仅为耐热钢蒸汽腐蚀60小时的4%和14%。600oC和650oC蒸汽腐蚀过程中,TiAlN涂层形成Al2O3和Ti O2保护膜,有效阻挡了氧原子对基体的蒸汽腐蚀过程,大大降低蒸汽腐蚀速率。NiCrAlYY过渡层提供了良好的涂层/基体结合力,保证NiCrAlYY/TiAlN涂层不发生完全剥落或开裂,从而显著提高了10Cr-Mo-V耐热钢抗蒸汽腐蚀能力。3.在保留NiCrAlYY过渡层基础上,在TiAlN涂层中添加合金元素Cr,在10Cr-Mo-V耐热钢表面成功制备了NiCrAlYY/TiAlCrN涂层,并研究了NiCrAlYY/TiAlCrN涂层650oC和700oC蒸汽腐蚀性能。NiCrAlYY/TiAlCrN涂层中,Cr元素的含量为10.23%,Ti:（Al+Cr）:N原子比约为1:1。NiCrAlYY/TiAlCrN涂层与耐热钢基体的结合性能优于NiCrAlYY/TiAlN涂层。划痕试验过程中,NiCrAlYY/TiAlCrN涂层在剥落前不发生开裂,其开裂载荷与临界结合载荷相等。NiCrAlYY/TiAlCrN涂层的抗高温蒸汽腐蚀性能优于NiCrAlYY/TiAlN涂层。650oC蒸汽腐蚀速率比NiCrAlYY/TiAlN涂层降低2个数量级,650oC蒸汽腐蚀100h单位面积增重仅为NiCrAlYY/TiAlN涂层的28%。700oC蒸汽腐蚀规律与NiCrAlYY/TiAlN涂层650oC蒸汽腐蚀规律接近。NiCrAlYY/TiAlCrN涂层的耐高温蒸汽能力比后者高50oC。NiCrAlYY/TiAlCrN涂层使10Cr-Mo-V耐热钢具备抗700oC蒸汽腐蚀的能力。4.为了验证NiCrAlY/TiAlCrN涂层在超超临界火力发电机组中的应用可行性,研究了NiCrAlYY/TiAlCrN涂层对10Cr-Mo-V耐热钢的疲劳和蠕变性能的影响规律。疲劳应力低于耐热钢屈服强度时,NiCrAlYY/TiAlCrN涂层对耐热钢的室温和650oC拉-拉疲劳寿命没有影响。NiCrAlYY/TiAlCrN涂层能有效保护耐热钢在蠕变过程中避免受蒸汽腐蚀,降低耐热钢的蠕变变形,从而提高了耐热钢的抗蠕变性能。