CN101497978A - 一种高铬钼合金电弧喷涂用粉芯丝材 - Google Patents

Abstract

一种高硬度高抗硫腐蚀电弧喷涂粉芯丝材，属于一种金属材料表面防护用抗高温氧化和抗腐蚀电弧喷涂粉芯丝材。本发明属于材料加工工程中的热喷涂领域，主要用于燃煤电站锅炉普通煤粉炉“四管”抗高温腐蚀－冲蚀磨损，纲厂转炉烟罩以及烟道防腐耐磨，各种轴类、曲轴、柱塞、造纸烘缸等修复。本发明的抗高温氧化电弧喷涂粉芯丝材，其特征在于，所属的粉芯成分质量百分含量范围如下：金属铬：22～29％；金属钼：5～9％；金属镍：2.5～10％；金属铝：4.0～6.5％；碳：0.5～1％；稀土：1.0～3.0％；余量：金属铁。其制备方法采用现有技术：将低碳冷轧钢带先轧成U形，再向U型槽中加入占喷涂丝总重的30－40％的粉芯粉末；将U型槽合口，使粉芯包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减轻，直径达到3.0mm。经过本产品制备的电弧喷涂涂层抗高温氧化性能好，硬度高，可以满足锅炉运行的工矿要求。

Description

一种高铬钼合金电弧喷涂用粉芯丝材

技术领域

一种高硬度高抗硫腐蚀电弧喷涂粉芯丝材，属于材料加工工程中的热喷涂领域，该发明主要应用于燃煤电站锅炉普通煤粉炉“四管”抗高温腐蚀-冲蚀磨损，钢厂转炉烟罩以及烟道防腐耐磨，各种轴类、曲轴、柱塞、造纸烘缸等修复。

背景技术

随着现代工业的发展，对机械产品零件表面的性能要求越来越高，要求能在高速、高温、高压、重载以及腐蚀介质工况下可靠而持续地工作，这就对制造技术提出了挑战。这一挑战既推动着表面工程学科的发展，又呼唤着先进的表面工程(例如：复合表面工程、纳米表面工程等)在制造业中的广泛应用。

电厂锅炉燃烧固体燃料的烟气中含有大量的飞灰颗粒，这些高速的灰粒对受热面管道的冲刷，使管壁表面严重磨损。电厂锅炉所使用的燃煤通常含有Na，K，S等，煤粉燃烧后将产生这些元素的氧化物。锅炉运行时水冷壁首先发生氧化，在表面形成Fe₂O₃，燃料飞灰中的Na₂O和K₂O凝结在管壁上，与烟气中的SO₃化合成硫酸盐。硫酸盐有粘性，可捕捉飞灰，形成结渣，外层温度升高，形成流渣。烟气中的SO₃穿过灰渣层与硫酸盐及Fe₂O₃发生反应生成具有低熔点的复合硫酸盐，引起管道的热腐蚀。因此，锅炉管道在一定温度下，同时承受磨损和热腐蚀共同作用，引起锅炉管壁减薄，甚至引起爆管泄露事故。对于锅炉受热面的金属管道抗高温氧化磨损防护，通常有表面防护和非表面防护。非表面防护措施有提高煤质、改进炉型、改善燃烧、提升材质等。采用低氧燃烧技术，尽可能使各燃烧器间的煤粉浓度均匀，合理的配风及强化锅炉内的湍流混合，控制适当的煤粉细度，避免出现受热面管壁温度局部过热，在管壁面附近采用喷空气保护膜、加添加剂、控制炉膛出口烟温、加衬等防护措施。此用在管壁表面喷涂涂层的方法是锅炉水冷壁有效的表面防护的方法之一，适合于现场施工，价格低廉，成为锅炉管道抗热腐蚀的有效方法，其中热喷涂是最有效的涂层防护方法。

在工程中使用的喷涂方法主要包括电弧喷涂、等离子喷涂和超音速火焰喷涂。而相对于等离子喷涂和超音速火焰喷涂，电弧喷涂由于具有快速加热、快速冷却和可实现现场大面积加工、喷涂效果好、喷涂涂层性能良好的特点，被广泛用于防腐、耐磨等加工领域。

在修复腐蚀和磨损涂层，金属Cr具有最好的耐磨防腐作用，其具有良好的高温抗氧化性能，在金属物中最具耐高温氧化、耐酸和耐碱腐蚀性能，且在高温下与耐热合金基体有相当好的热膨胀系数匹配能力。Cr-Mo合金是在Cr金属的基础上添加Mo金属，使得材料具有很更好的耐磨损能力，从而可以进一步增强涂层的耐腐蚀性能。

发明内容

本发明所要解决的问题是：用本发明制备的电弧喷涂涂层抗高温氧化、抗高温腐蚀-磨蚀性能与未喷涂本产品的管壁表面相比，其性能有明显提高，解决钢厂转炉烟罩以及烟道产生高温氧化腐蚀和冲蚀磨损问题，确保炼钢厂转炉的安全运行。

本发明所提供的抗高温氧化电弧喷涂粉芯丝材，其特征在于，所述的粉芯丝材外皮为低碳冷轧钢带，所述的粉芯丝材药粉成分质量百分含量范围如下：

金属铬：22～29％；金属钼：5～9％；金属镍：2.5～10％；金属铝：4.0～6.5％；碳：0.5～1％；稀土：1.0～3.0％；余量：金属铁。

其中各组分作用如下：

金属铬：增加涂层的耐蚀性，生成Cr₂O₃保护涂层，Cr₂O₃的生成既能降低盐中的活度，抑制氧化镍碱性熔融，又不致于发生酸性熔融。

金属钼：提高涂层的致密性能，降低涂层的孔隙率。

金属镍：增加涂层的耐蚀性，与金属铬共同作用可以提高涂层的耐腐蚀性能。

金属铝：具有很好的耐腐蚀性能，同时可以提高涂层的硬度和耐磨损性能，同时可以和金属铁、镍形成金属间化合物，起到固熔强化的作用。

碳：与其他金属形成碳化物，提高涂层的硬度和耐磨性能。

稀土：可以提高涂层的耐磨、耐腐蚀、抗氧化性能和热振性能。

金属铁：可以作为塑性相起粘结硬质相的作用，同时也可以和其他金属形成金属间化合物起到强化涂层的作用。

本发明的制备方法采用现有技术，包括以下步骤：

1、将低碳冷轧钢带轧成U形，再向U形槽中加入占本发明喷涂丝总重的39～45％的本发明粉芯粉末；

2、将U形槽合口，使粉芯包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.0mm得到最终产品。

使用本发明在经过喷砂粗化后的金属基体上按照现有技术中的电弧喷涂时的工艺参数进行喷涂，制备得到的电弧喷涂涂层具有良好的抗高温氧化、抗高温腐蚀-磨蚀性能。

采用电弧喷涂技术在锅炉普通煤粉炉“四管”及钢厂转炉烟罩以及烟道腐蚀磨损严重的地方喷涂本发明制备的涂层，运行一年停炉小修，管道无损伤，解决了工程使用中高温氧化腐蚀的问题。

附图说明

图1：药芯焊丝成形工艺示意图。

图2：喷涂层抗高温氧化性能

具体实施方式

所有实施例喷涂丝材采用粉芯丝材成型机制备：

1.选用10×0.3mm(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的低碳冷轧钢带。先将其轧成U形。取金属铬粉末250克、金属钼粉末55克、金属镍粉末30克、金属铝粉末50克、碳5克、稀土10克、金属铁600克。将所取各种粉末放入混粉机内混合10分钟，然后将混合粉末加入U形的低碳冷轧钢带槽中，填充率为40％。将U形槽合口，使药粉包裹其中，再经过拉丝模逐渐减径使其直径达到3.0mm。在经过喷砂粗化后的金属基体上制备电弧喷涂涂层，喷涂电流150～180A、喷涂电压30～32V、喷涂气压0.55MP、喷涂距离150mm。喷涂层抗高温氧化性见图2、显微硬度相对耐磨性见表1。

2.选用10×0.3mm(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的低碳冷轧钢带。先将其轧成U形。取金属铬粉末200克、金属钼粉末60克、金属镍粉末25克、金属铝粉末55克、碳5克、稀土10克、金属铁645克。将所取各种粉末放入混粉机内混合10分钟，然后将混合粉末加入U形的低碳冷轧钢带槽中，填充率为42％。将U形槽合口，使药粉包裹其中，再经过拉丝模逐渐减径使其直径达到3.0mm。在经过喷砂粗化后的金属基体上制备电弧喷涂涂层，喷涂电流150～180A、喷涂电压30～32V、喷涂气压0.6MP、喷涂距离100mm。喷涂层抗高温氧化性见图2、显微硬度相对耐磨性见表1。

3.选用10×0.3mm(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的低碳冷轧钢带。先将其轧成U形。取金属铬粉末270克、金属钼粉末75克、金属镍粉末50克、金属铝粉末50克、碳10克、稀土20克、金属铁525克。将所取各种粉末放入混粉机内混合10分钟，然后将混合粉末加入U形的低碳冷轧钢带槽中，填充率为43％。将U形槽合口，使药粉包裹其中，再经过拉丝模逐渐减径使其直径达到3.0mm。在经过喷砂粗化后的金属基体上制备电弧喷涂涂层，喷涂电流150～180A、喷涂电压30～32V、喷涂气压0.55MP、喷涂距离200mm。喷涂层抗高温氧化性见图2、显微硬度相对耐磨性见表1。

4.选用10×0.3mm(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的低碳冷轧钢带。先将其轧成U形。取金属铬粉末280克、金属钼粉末80克、金属镍粉末50克、金属铝粉末50克、碳10克、稀土20克、金属铁510克。将所取各种粉末放入混粉机内混合10分钟，然后将混合粉末加入U形的低碳冷轧钢带槽中，填充率为45％。将U形槽合口，使药粉包裹其中，再经过拉丝模逐渐减径使其直径达到3.0mm。在经过喷砂粗化后的金属基体上制备电弧喷涂涂层，喷涂电流150～180A、喷涂电压30～32V、喷涂气压0.6MP、喷涂距离200mm。喷涂层抗高温氧化性见图2、显微硬度相对耐磨性见表1。

表1所打硬度均采用HXD—1000数字式显微硬度计，载荷为100g，加载时间15s，对喷涂层取十点打硬度，最后得到该涂层的平均显微硬度值。

冲蚀实验采用试制的常温冲蚀实验机进行，每个实施例的试样尺寸为57×57×6mm，实验采用压缩空气作加速气体。喷嘴直径为10mm，喷嘴口到试样表面中心的距离为100mm。压缩空气压力为0.6MPa，流量为800～850g/min，冲蚀时间为6min。16目的棕刚玉砂为冲蚀磨料，冲蚀角度可在30°到90°间变化，涂层的冲蚀磨损性能用冲蚀率来表示。冲蚀率是指经单位磨料冲蚀后试样所损失的质量，实验时用Q235钢作为对比，对比件失重量与测量件失重量之比作为该复合涂层的相对耐磨性。相对耐冲蚀磨损性：

涂层抗高温氧化试验试样基体为Q235钢，尺寸为20mm×Φ10mm的圆柱形试样，先对试样的各个表面进行清洗和喷砂处理，然后进行喷涂，涂层厚度0.4～0.5mm。取一些坩埚在800℃退气处理后，将其和原始试件一起称重，记录该值。然后将坩埚和试件放置在锅炉内，在650℃加热400个小时，每搁一段时间将试样取出，冷却到室温之后测量记录下试样和坩锅的质量，并计算试样单位表面积的增重，质量测量采用的是北京塞多利斯仪器公司生产的BS224S电子天平，精确到0.0001g。

如表1与图1所示，所研制的电弧喷涂涂层抗高温氧化性能好，硬度高，可以满足转炉烟罩运行的工矿要求。

表1

 

涂层序号	硬度(HV0.1)	相对耐磨性(ε)
			1	1455	4.0
2	1482	5.2
			3	1420	6.8
4	1497	7.4
			Q235	230.5	1

Claims (1)

1、一种高硬度高抗硫腐蚀电弧喷涂粉芯丝材，其特征在于，由Cr-Mo合金组成涂层主要成分，具有很好的抗氧化腐蚀和抗高浓度硫环境下腐蚀的性能。所述的粉芯丝材外皮为低碳冷轧钢带钢带，所述的粉芯丝材药粉成分质量百分含量范围如下：

金属铬：22～29％；金属钼：5～9％；金属镍：2.5～10％；金属铝：4.0～6.5％；碳：0.5～1％；稀土：1.0～3.0％；余量：金属铁。

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