CN102021567B - 一种制造锅炉管防腐涂层的镍基合金粉末 - Google Patents
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Abstract
一种制造锅炉管防腐涂层的镍基合金粉末,其组成为:Cr:40~45%;Ti:4~8%;Si:0.1~0.3%;Nb:0.1~0.3%;Y:0.1~0.3%;Hf:0.1~0.3%;B:0.1~0.3%;Ni:余量。本发明精选合金基体强化元素、晶粒细化晶界强化元素,并优选各组成元素的百分比含量,使合金粉末获得优越的综合性能,从而实现了合金在具有适中硬度、强度的同时,又降低了合金熔点,增加了耐磨、耐蚀性能。从根本上解决并提高了合金粉末在激光熔覆层中的抗裂性、成型性、工艺稳定性和成分均匀性,满足了锅炉管对熔覆层耐温、耐蚀、耐磨和较高强度等的综合性能要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种适合于激光熔覆的合金粉末材料,特别是涉及一种具有防腐能力的、性能稳定的制造锅炉管防腐涂层的镍基合金粉末,属于国际专利分类表中的C23C24/10(2006.01)I技术领域。
背景技术
锅炉管的腐蚀磨损是工业锅炉存在的严重问题,造成的生产危害和经济损失十分严重。低温热腐蚀是锅炉管在运行过程中最为常见的腐蚀形式,在500~750℃范围内均可能发生低温热腐蚀。
目前防腐涂层的制造方法主要有喷涂、喷焊等。这些方法制得的防腐涂层有一些难以克服的问题。防腐层很薄,使用过程中容易脱落,失去防腐蚀能力,制造过程中易产生气孔、夹杂等缺陷。
对锅炉管基体材料奥氏体不锈钢而言,其发生低温热腐蚀主要是由于材料表面形成了含硫酸铁的低熔点共晶熔盐。研究发现:铬氧化物不易被SO3转化为相应的硫酸盐,故铬是最有效的抗低温热腐蚀元素,因此提高合金中的铬含量能明显抑制低温热腐蚀的发生。当铬含量达到某一临界值时,合金在暂态氧化阶段优先形成Cr2O3,能抑制低熔点共晶熔盐的形成,从而防止发生低温热腐蚀。依材料、燃料中杂质的不同,低温热腐蚀速率可比同温度条件下的氧化速率快几十到数百倍。
在众多表面处理技术中,超音速电弧喷涂因其价格较低,现场操作方便等优点而成为目前采用最多的方法,但也存在结合强度不高、涂层致密差、孔隙较多等不足。
而采用激光熔覆技术制造防腐涂层则可以有效解决以上问题,且大大降低了制造防腐涂层的工艺条件要求,同时降低了成本。激光熔覆层与基材冶金结合,结合强度大,不容易脱落,而且热影响区小不容易产生变形,熔覆后效果好。
激光熔覆防腐涂层技术是利用大功率激光束聚集能量极高的特点,瞬间将被加工件表面微熔,同时使零件表面与激光束同步自动送置的合金粉或丝完全熔化,获得与基体冶金结合的、新的表面耐磨、耐蚀合金层。
与超音速电弧喷涂技术相比,激光熔覆防腐涂层技术具有结合强度高、涂层致密、无孔隙等优点。
一般而言,超音速电弧喷涂处理过的锅炉管比纯基材的锅炉管的耐低温热腐蚀性能提高约30~50%,而激光熔覆处理过的锅炉管比纯基材的锅炉管耐低温热腐蚀性能可以提高1~2倍,比超音速电弧喷涂具有更好的性价比和应用发展前景。
采用激光熔覆防腐涂层技术,关键问题是能否寻求或提供出适当的具有防腐能力的、性能稳定的制造锅炉管防腐涂层的合金粉末。
目前,国内外市场上没有激光熔覆专用的合金粉末材料出售,多数是采用热喷涂或喷焊用的金属粉末,或是在现有金属粉末基础上按不同成分配比、采取机械混粉方式制备激光熔覆所需的合金粉末材料。
近年来人们在研究利用激光熔覆技术进行设备部件修复所需的合金粉末材料方面取得了一些进展,例如,
公开号为CN1854317的中国发明专利申请给出的《一种移动式激光熔覆现场加工合金粉末材料》,该合金粉末材料利用以下元素成分强化镍基合金:Cr、W、Mo、Al、Ti、Co,还可以添加Co、C、N、Nb、Cu、B、Si和微量稀土元素,其中,稀土元素可以是Ce、Y、Hf。
公开号为CN101381868的中国发明专利申请给出的《一种激光熔覆用高硬度不锈钢合金粉末及制备工艺》,该合金粉末各成份重量百分比为:C:0.5-0.8%;Cr:18-24%;Ni:11-17%;B:2.0-5.5%;Si:2.0-6.0%;Mo:4-9%;CeO2:1-5%;Fe余量。合金粉末的制备工艺包括:配料、熔炼、造渣与脱氧、雾化制粉、粉末收集与成分检测、筛分六个步骤。
公开号为CN101381869的中国发明专利申请给出的《激光熔覆高硬无裂铁基合金专用合金粉末》,该专用合金粉末的配方,重量百分含量:碳(C):0.3-0.5;硅(Si):1.2-2.0;硼(B):0.4-1.0;镍(Ni):1.5-2.5;铬(Cr):1.0-1.5;锰(Mn):1.0-1.5;钼(Mo):1.5-2.5;钒(V):0.15-0.7;铌(Nb):0.15-0.7余量为铁(Fe),其重量之和为100%。
公开号为CN101187022的中国发明专利申请给出的《一种激光熔覆导电辊用钴基合金粉末》,该合金粉末的化学成分的重量百分比为:Cr:24~30%;W:6~10%;Mo:3~6%;Ni:6~12%;Fe:2~10%;Mn:0.5~2%;Si:0.2~2%;V:0.1~0.6%;B:0.3~1.5%;C:0.5~2.5%;Y2O3:0~0.5%;Hf:0~0.5%;La2O3:0~0.5%;Ce:0~0.5%;余量为Co。
上述技术方案给出的这些用于激光熔覆的合金粉末虽能在修复特定的设备部件上取得一定的技术效果,但由于具有自身工艺特征,还不能满足和适用于其它特定基材激光熔覆的工艺要求,特别是在应用激光熔覆技术制造防腐涂层上仍然存在诸如裂纹、夹杂、气孔、成分不均匀、性能不稳定等缺陷。经本申请人检索,国内外尚无这种具有防腐能力的、性能稳定的制造锅炉管防腐涂层的合金粉末的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有防腐能力的、性能稳定的制造锅炉管防腐涂层的镍基合金粉末,用于采用激光熔覆的方法制造防腐涂层。该镍基合金粉末是在现有镍基粉末基础上,通过至少添加微量元素Nb、Y和Hf元素中的一种进行基体晶界强化,特别是通过至少添加Ti、Si、B元素中的一种进行合金基体强化,实现了合金在具有适中硬度、强度的同时,又降低了合金熔点,增加了耐磨、耐蚀性能。
本发明给出的技术方案是:这种制造锅炉管防腐涂层的镍基合金粉末,其组成包括有Ni、Cr、Ti、Si,其特点是还包括有Nb、Y、Hf、B,其中各组分的(质量百分数)为:
Cr:40~45%;Ti:4~8%;Si:0.1~0.3%;Nb:0.1~0.3%;
Y:0.1~0.3%;Hf:0.1~0.3%;B;0.1~0.3%;Ni:余量。
本发明通过大量的试验和创造性的工作,精选合金基体强化元素、晶粒细化晶界强化元素,并优选各组成元素的百分比含量,使合金粉末获得优越的综合性能,从而实现了合金在具有适中硬度、强度的同时,又降低了合金熔点,增加了耐磨、耐蚀性能。从根本上解决并提高了合金粉末在激光熔覆层中的抗裂性、成型性、工艺稳定性和成分均匀性,满足了锅炉管对熔覆层耐温、耐蚀、耐磨和较高强度等的综合性能要求。
本发明给出的制造锅炉管防腐涂层的镍基合金粉末是通过真空熔炼、真空气雾化、筛选等工序精心制备的,粒度是-100+270目。
本发明给出的制造锅炉管防腐涂层的镍基合金粉末,在实际熔覆操作中采用5000WCO2气体激光器,应用所述粉末材料的熔覆工艺参数是:功率:3000~5000W,光斑直径:4mm,扫描速度:8mm/s,置粉厚度:0.5~1mm。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1.在镍钛铬合金基础上,通过添加有关元素、使熔覆层晶粒细化和晶界得到强化,并调整各元素的百分比含量,在使熔覆层得到强化的同时又改进了晶界质量,从而使熔覆层获得良好的综合性能。保证了熔覆层在具有较高硬度和强度的同时,又降低了熔点,增加了抗氧化、耐磨、耐蚀性能,从根本上解决并提高了合金粉末在激光熔覆层中的抗裂性、成型性、工艺稳定性和成分均匀性,满足了锅炉管对涂层应具有抗氧化、耐蚀、耐磨和较高硬度与强度等综合性能要求。
2.该制造锅炉管防腐涂层的镍基合金粉末适用于锅炉管激光熔覆,通过增加该涂层材料,锅炉管表面耐蚀耐磨性能大幅提高,解决了锅炉壁管工作环境下要求耐腐蚀抗磨损的难题。
具体实施方式
实例1:
选用煤粉炉锅炉管。管壁表面用砂纸打磨干净,熔覆前用丙酮清洗干净。采用的合金粉末的化学成分为:Cr:43%;Ti:6%;Si:0.2%;Nb:0.2%;Y:0.2%;Hf:0.1%;B;0.3%;Ni:余量。采用CO2气体激光器,选定的激光熔覆工艺参数为:功率:3000~5000W;光斑直径:4mm,扫描速度:8mm/s,置粉厚度:0.8mm。
经激光熔覆,得到的防腐层厚度在0.8mm左右,防腐层表面平整,无裂纹、气孔等缺陷,防腐层与母材结合为冶金结合,防腐性能良好。
实例2:
本实施方式选用的母材为45号工件。工件表面用砂纸磨削加工,去掉氧化承层和疲劳层,熔覆前用丙酮清洗干净。采用的镍基合金粉末的化学成分为:Cr:42%;Ti:8%;Si:0.3%;Nb:0.3%;Y:0.3%;Hf:0.2%;B;0.2%;Ni:余量。用5000W CO2气体激光器,选定的激光熔覆工艺参数为:功率:3000~4000W,光斑直径:4mm,扫描速度:6mm/s,置粉厚度:0.8mm。
经激光熔覆,得到的防腐层厚度在0.8mm左右,防腐层表面平整,无裂纹、气孔等缺陷,防腐层与母材结合为冶金结合,防腐性能良好。
Claims (3)
1.一种制造锅炉管防腐涂层的镍基合金粉末,其组成包括有Ni、Cr、Ti、Si,其特点是还包括有Nb、Y、Hf、B,其中各组分的质量百分数为:
Cr:40~45%;Ti:4~8%;Si:0.1~0.3%;Nb:0.1~0.3%;
Y:0.1~0.3%;Hf:0.1~0.3%;B;0.1~0.3%;Ni:余量。
2.根据权利要求1所述的制造锅炉管防腐涂层的镍基合金粉末,其特征在于合金粉末组成的各组分的质量百分数为:
Cr:43%;Ti:6%;Si:0.2%;Nb:0.2%;Y:0.2%;Hf:0.1%;B;0.3%;Ni:余量。
3.根据权利要求1所述的制造锅炉管防腐涂层的镍基合金粉末,其特征在于合金粉末组成的各组分的质量百分数为:
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CN101338427A (zh) * | 2008-08-07 | 2009-01-07 | 沈阳大陆激光成套设备有限公司 | 液压支架立柱缸筒、活塞杆耐磨抗蚀涂层的激光熔覆工艺 |
CN101480756A (zh) * | 2009-02-06 | 2009-07-15 | 沈阳大陆激光技术有限公司 | 航空发动机轮盘叶片一体的高温合金涡轮盘坯料的制备方法 |
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