Цель проекта: Разработка детонационного способа получения градиентных покрытий Cr3C2–NiCr, которые обеспечат высокую стойкость котельной стали к коррозионному и эрозионному износу, а также изучение закономерности эволюции структуры и деградации свойств покрытий Cr3C2–NiCr при высокотемпературном окислении и абразивно-коррозионном износе.

Наименование приоритетного направления развития науки: Энергетика и машиностроение.

Наименование специализированного научного направления, вид исследований: Тепло- и электроэнергетика и влияние энергетического сектора на окружающую среду, энергосбережение (прикладные исследования).

Годы реализации проекта: 2021-202г.

Актуальность. Коррозия боковых стенок (поверхности нагрева) котлов продолжает оставаться проблемой номер один, приводящей к вынужденным отключениям и отказами  котлов для обычных угольных электростанций, работающих на ископаемом топливе. Поверхности нагрева являются основными рабочими элементами котла ТЭС. Они представляют собой поверхности металлических труб, омываемых горячими дымовыми газами (образующимися при сжигании топлива) с одной стороны, а с другой — водой, пароводяной смесью. К разрушаемым элементам котла  относятся экономайзер, испарительные элементы, пароперегреватели, воздушные подогреватели. Среди повреждений котельного оборудования ТЭС, основная доля отказов приходится на поверхности нагрева.

Проект направлен на повышение стойкости стальных элементов котлов теплоэлектростанций к коррозионному и эрозионному износу путем нанесения градиентных покрытий Cr3C2–NiCr методом детонационного напыления. На основе изучения структурно-фазовых превращений, трибологических испытаний и испытаний на коррозию, эрозию, высокотемпературное окисление и износ будет определена оптимальная структура и состав градиентных покрытий, которые обеспечат высокую стойкость котельной стали к коррозионному и эрозионному износу. Градиент структуры и фазового состава покрытий обеспечивается путем варьирования технологических параметров и чередования подачи порошков Cr3C2 и NiCr во время детонационного напыления.

Результаты за 2021 год:

Были проведены эксперименты по получению покрытий из Cr3C2 и NiCr при разных значениях процента заполнения ствола, соотношения газовой смеси и времени задержки между выстрелами. Методами металлографического анализа, СЭМ и РСА были изучены структура, фазовый состав покрытий. Механические характеристики были определены измерением микротвердости и испытанием адгезионной прочности на разрыв. Был определен оптимальный технологический режим получения покрытий NiCr с высокой адгезионной прочностью и покрытий Cr3C2 с высокой коррозионной стойкостью и износостойкостью. Были получены градиентные покрытия на основе Cr3C2–NiCr путем варьирования технологических параметров и путем чередования порошков Cr3C2 и NiCr от слоя к слою во время детонационного напыления. Были исследованы структура, фазовый состав, микротвердость, нанотвердость, адгезионная прочность и коррозионная стойкость градиентных покрытий на основе Cr3C2–NiCr. Был определен оптимальный режим варьирования технологических параметров и оптимальный порядок чередования порошков Cr3C2 и NiCr от слоя к слою для получения градиентных покрытий, состав которых плавно меняется по глубине так, что на поверхности подложки образуется барьерный слой с высоким содержанием Ni и Cr, а на самой поверхности покрытия образуется слой из Cr3C2 с определенным количеством Ni и Cr, достаточное для образования на его поверхности защитных фаз Cr2O3, NiCr2O4, NiO. Были получены градиентные покрытия на основе Cr3C2–NiCr с высокими механическими и коррозионными характеристиками. Методом РСА был исследован фазовый состав градиентных покрытий на основе Cr3C2–NiCr после термического отжига при разных температурах. Были определены особенности структурно-фазовых превращений при отжиге в зависимости от среды и температуры нагрева.

Исследовательская группа:

Степанова О.А., к.т.н., Scopus Author ID: 57208587520;

Рахадилов Б.К., PhD, ассоциированный профессор — Scopus Author ID: 55539741700

Тюрин Ю.Н., д.т.н., Scopus Author ID:

Кылышканов М.К., д.ф.-м.н., профессор, Scopus Author ID:

Leszek Latka, PhD, Scopus Author ID:

Даутбеков М.К., докторант PhD;

Тоимбаев А.Б., магистр;

Какімжанов Д.Н., докторант PhD, Scopus Author ID: 57221761416;

Ниязбеков А.А., магистрант.