CN102070299A - 一种不锈钢高温表面防护技术 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种不锈钢高温表面防护技术，在不锈钢基材的表面涂覆玻璃涂层，涂层的化学成分为(按重量)：基体剂A-SiO250％～70％，基体剂B-Al2O310％～20％，助熔剂-K2O、B2O3之一种或几种5％～20％，密着剂-CoO、FeO之一种或几种1％～5％，辅助剂-CaO、MgO、MnO2、TiO2之一种或几种1％～10％。玻璃涂层是将熔烧制得的平均粒度小于30微米的玻璃粉与水混匀，然后涂覆于不锈钢表面，在30～60℃晾1～20小时，并在900～1200℃烧结20～300分钟制得，涂层厚度为10～200微米。本发明工艺简单，成本低廉，可对不锈钢构件提供1000～1300℃下的高温防护，且延长其使用寿命。

Description

一种不锈钢高温表面防护技术
技术领域
本发明属于金属防护领域，具体地说是涉及一种不锈钢高温表面防护技术。
背景技术
不锈钢广泛应用于高温领域，这是由于不锈钢表面形成致密的保护性氧化铬层在高温下可保护不锈钢基体免于进一步氧化。但在高温、氧化、腐蚀性环境的综合作用下，随着服役时间的延长或温度的升高，不锈钢基体表层出现贫铬区，无法向外层氧化膜提供足够的铬，致使表层的保护性氧化铬层逐渐转变为无保护性的Fe、Cr混合氧化物，造成不锈钢的氧化烧损急剧加速，严重影响不锈钢构件的使用寿命。因此，寻找一种能对不锈钢提供高温表面防护，延长其使用寿命的技术，有着重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种技术，其可对不锈钢提供高温表面防护，减轻高温氧化/腐蚀环境对不锈钢构件的氧化腐蚀，延长在高温环境下服役的不锈钢构件的使用寿命。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：在不锈钢基材的表面涂覆玻璃涂层，玻璃涂层的化学成分为(重量百分比)：
基体剂A：SiO2                                   50～70
基体剂B：Al2O3                                  10～20
助熔剂：K2O、B2O3之一种或几种                   5～20
密着剂：CoO、FeO之一种或几种                    1～5
辅助剂：CaO、MgO、MnO2、TiO2之一种或几种        1～10
玻璃涂层是首先将玻璃粉与水按1∶1～5比例充分搅拌混合，获得浆料，然后浸涂或喷涂于不锈钢构件表面，在30～60℃晾1～20小时，并在900～1200℃烧结20-300分钟制得，玻璃涂层厚度为10～200微米。
玻璃粉是将含所述组成的原料经加热炉熔化为均匀熔体，并冷却研磨制得，玻璃粉的平均粒度小于30微米。
玻璃涂层可对在1000～1300℃的高温、氧化、腐蚀环境下服役的镍铬系奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、双相不锈钢及沉淀硬化型不锈钢所制构件提供防护。
本发明与其它防护涂层相比，涂覆工艺简单、成本低廉。利用氧化物玻璃材料优越的耐高温、抗腐蚀和低热导率等性用所制备的高温表面防护涂层可以使不锈钢构件能够承受更高的使用温度、提高其抗高温氧化和热腐蚀的能力，最终达到延长不锈钢构件使用寿命的目的。
具体实施方式
实施例1
0Cr18Ni9是奥氏体不锈钢，在900℃以上氧化腐蚀严重。将玻璃粉与水按1∶1比例充分搅拌混合，获得浆料，喷涂于0Cr18Ni9不锈钢表面，在30℃晾1小时，并在900℃烧结20分钟，制得厚为10μm的玻璃涂层。涂覆玻璃涂层后的0Cr18Ni9不锈钢在1000℃表现出良好的抗氧化能力，氧化20小时未见涂层剥落和开裂，氧化增重为0.03mg/cm2；而未涂覆玻璃涂层的0Cr18Ni9不锈钢在1000℃氧化3小时即见氧化皮剥落，氧化增重为0.29mg/cm2。
实施例1涂层成分(重量百分比)：
SiO2  Al2O3  K2O  CoO  CaO
50    20     20   5    5
实施例2
00Cr19Ni10是奥氏体不锈钢，在900℃以上氧化腐蚀严重。将玻璃粉与水按1∶4比例充分搅拌混合，获得浆料，喷涂于00Cr19Ni10不锈钢表面，在60℃晾20小时，并在1200℃烧结300分钟，制得厚为200μm的玻璃涂层。涂覆玻璃涂层后的00Cr19Ni10不锈钢在1100℃表现出良好的抗氧化能力，氧化20小时未见涂层剥落和开裂，氧化增重为0.01mg/cm2；而未涂覆玻璃涂层的00Cr19Ni10不锈钢在1100℃氧化3小时即见氧化皮剥落，氧化增重为0.35mg/cm2。
实施例2涂层成分(重量百分比)：
SiO2  Al2O3  K2O  CoO  MgO
70    10     18   1    1
实施例3
0Cr17Ni12Mo2是奥氏体不锈钢，在1000℃以上氧化腐蚀严重。将玻璃粉与水按1∶1比例充分搅拌混合，获得浆料，喷涂于0Cr17Ni12Mo2不锈钢表面，在40℃晾5小时，并在1200℃烧结60分钟，制得厚为50μm的玻璃涂层。涂覆玻璃涂层后的0Cr17Ni12Mo2不锈钢在1300℃表现出良好的抗氧化能力，氧化30小时未见涂层剥落和开裂，氧化增重为0.01mg/cm2；而未涂覆玻璃涂层的0Cr17Ni12Mo2不锈钢在1300℃氧化4小时即见氧化皮剥落，氧化增重为0.18mg/cm2。
实施例3涂层成分(重量百分比)：
SiO2  Al2O3  B2O3  FeO  MgO  MnO2
60    20     5     5    5    5
实施例4
0Cr18Ni9Ti是奥氏体不锈钢，在900℃以上氧化腐蚀严重。将玻璃粉与水按1∶5比例充分搅拌混合，获得浆料，喷涂于0Cr18Ni9Ti不锈钢表面，在50℃晾15小时，并在1150℃烧结60分钟，制得厚为100μm的玻璃涂层。涂覆玻璃涂层后的0Cr18Ni9Ti不锈钢在1300℃表现出良好的抗氧化能力，氧化40小时未见涂层剥落和开裂，氧化增重为0.1mg/cm2；而未涂覆玻璃涂层的0Cr18Ni9Ti不锈钢在1300℃氧化2小时即见氧化皮剥落，氧化增重为1.07mg/cm2。
实施例4涂层成分(重量百分比)：
SiO2  Al2O3  K2O  CoO  FeO  CaO  MgO  MnO2  TiO2
65    20     5    2    1    2    2    2     1
实施例5
0Cr13是马氏体不锈钢，在800℃以上氧化腐蚀严重。将玻璃粉与水按1∶1.5比例充分搅拌混合，获得浆料，喷涂于0Cr13不锈钢表面，在45℃晾18小时，并在900℃烧结100分钟，制得厚为80μm的玻璃涂层。涂覆玻璃涂层后的0Cr13不锈钢在1000℃表现出良好的抗氧化能力，氧化20小时未见涂层剥落和开裂，氧化增重为0.05mg/cm2；而未涂覆玻璃涂层的0Cr13不锈钢在1000℃氧化2小时即见氧化皮剥落，氧化增重为0.80mg/cm2。
实施例5涂层成分(重量百分比)：
SiO2  Al2O3  K2O  B2O3  CoO  MnO2
50    20     5    10    5    10
实施例6
00Cr17是铁素体不锈钢，在700℃以上氧化腐蚀严重。将玻璃粉与水按1∶1比例充分搅拌混合，获得浆料，喷涂于00Cr17不锈钢表面，在40℃晾5小时，并在900℃烧结150分钟，制得厚为50μm的玻璃涂层。涂覆玻璃涂层后的00Cr17不锈钢在1150℃表现出良好的抗氧化能力，氧化200小时未见涂层剥落和开裂，氧化增重为0.09mg/cm2；而未涂覆玻璃涂层的00Cr17不锈钢在1150℃氧化2小时即见氧化皮剥落，氧化增重为0.80mg/cm2。
实施例6涂层成分(重量百分比)：
SiO2  Al2O3  K2O  B2O3  CoO  FeO  TiO2
68    15     12   1     1    1    2
实施例7
0Cr17Ni7Al是沉淀硬化型不锈钢，在900℃以上氧化腐蚀严重。将玻璃粉与水按1∶2比例充分搅拌混合，获得浆料，喷涂于0Cr17Ni7Al不锈钢表面，在45℃晾10小时，并在900℃烧结180分钟，制得厚为100μm的玻璃涂层。涂覆玻璃涂层后的0Cr17Ni7Al不锈钢在1300℃表现出良好的抗氧化能力，氧化40小时未见涂层剥落和开裂，氧化增重为0.07mg/cm2；而未涂覆玻璃涂层的0Cr17Ni7Al不锈钢在1300℃氧化3小时即见氧化皮剥落，氧化增重为0.93mg/cm2。
实施例7涂层成分(重量百分比)：
SiO2  Al2O3  K2O  B2O3  CoO  FeO  CaO
50    20     10   6     2    2    10
实施例8
00Cr12是铁素体不锈钢，在800℃以上氧化腐蚀严重。将玻璃粉与水按1∶3比例充分搅拌混合，获得浆料，喷涂于00Cr12不锈钢表面，在50℃晾15小时，并在900℃烧结200分钟，制得厚为70μm的玻璃涂层。涂覆玻璃涂层后的00Cr12不锈钢在1000℃表现出良好的抗氧化能力，氧化30小时未见涂层剥落和开裂，氧化增重为0.02mg/cm2；而未涂覆玻璃涂层的00Cr12不锈钢在1000℃氧化2小时即见氧化皮剥落，氧化增重为1.40mg/cm2。
实施例8涂层成分(重量百分比)：
SiO2  Al2O3  K2O  B2O3  CoO  FeO  MgO
57    19     2    7     3    2    10
实施例9
0Cr26Ni5Mo2是奥氏体-铁素体双相不锈钢，在1000℃以上氧化腐蚀严重。将玻璃粉与水按1∶4比例充分搅拌混合，获得浆料，喷涂于0Cr26Ni5Mo2不锈钢表面，在55℃晾20小时，并在1150℃烧结80分钟，制得厚为150μm的玻璃涂层。涂覆玻璃涂层后的0Cr26Ni5Mo2不锈钢在1200℃表现出良好的抗氧化能力，氧化10小时未见涂层剥落和开裂，氧化增重为0.30mg/cm2；而未涂覆玻璃涂层的0Cr26Ni5Mo2不锈钢在1200℃氧化1小时即见氧化皮剥落，氧化增重为2.93mg/cm2。
实施例9涂层成分(重量百分比)：
SiO2  Al2O3  K2O  CoO  MnO2
67    15     15   2    1
实施例10
1Cr13是马氏体不锈钢，在700℃以上氧化腐蚀严重。将玻璃粉与水按1∶5比例充分搅拌混合，获得浆料，喷涂于1Cr13不锈钢表面，在30℃晾10小时，并在1000℃烧结100分钟，制得厚为180μm的玻璃涂层。涂覆玻璃涂层后的1Cr13不锈钢在1100℃表现出良好的抗氧化能力，氧化20小时未见涂层剥落和开裂，氧化增重为0.20mg/cm2；而未涂覆玻璃涂层的1Cr13不锈钢在1100℃氧化3小时即见氧化皮剥落，氧化增重为1.79mg/cm2。
实施例10涂层成分(重量百分比)：
SiO2  Al2O3  B2O3  FeO  CaO  MgO  MnO2  TiO2
55    20     20    1    1    1    1     1。

Claims (6)

1.一种不锈钢高温表面防护技术，其特征在于：在不锈钢基材的表面涂覆玻璃涂层，涂层的化学成分为(重量百分比)：
基体剂A：SiO2                               50～70
基体剂B：Al2O3                              10～20
助熔剂：K2O、B2O3之一种或几种               5～20
密着剂：CoO、FeO之一种或几种                1～5
辅助剂：CaO、MgO、MnO2、TiO2之一种或几种    1～10。
2.如权利要求1所述的一种不锈钢高温表面防护技术，其特征在于：玻璃涂层是首先将玻璃粉与水按1∶1～5比例充分混合，然后浸涂或喷涂于不锈钢试样表面，在30～60℃晾1～20小时，并在900～1200℃烧结20-300分钟制得。
3.如权利要求1所述的一种不锈钢高温表面防护技术，其特征在于：其中玻璃涂层厚度为10～200微米。
4.如权利要求1所述的一种不锈钢高温表面防护技术，其特征在于：其中的不锈钢为镍铬系奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、双相不锈钢及沉淀硬化型不锈钢。
5.如权利要求1所述的一种不锈钢高温表面防护技术，其特征在于：玻璃涂层的使用温度为1000～1300℃。
6.如权利要求2所述的一种不锈钢高温表面防护技术，其特征在于：玻璃粉是将含所述组成的原料经加热炉熔化为均匀熔体，并冷却研磨制得，玻璃粉的平均粒度小于30微米。
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