CN102534618A - 一种用于碳钢和低合金钢的抗高温氧化及热腐蚀的方法 - Google Patents

一种用于碳钢和低合金钢的抗高温氧化及热腐蚀的方法 Download PDF

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刘朋
魏连启
周旬
王晓婧
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Abstract

一种用于碳钢和低合金钢的抗高温氧化及热腐蚀的方法，其特征在于：先在碳钢和低合金钢基体表面制备一层厚度为10-200μm的FeCrM涂层，M为Ni或Mo或Al，其中Cr在涂层中的重量百分比大于12％，M在涂层中的重量百分比为2-12％；再在FeCrM涂层的表面烧制一厚度为30-150μm的搪瓷涂层，搪瓷涂层成分的重量百分比为：SiO2 60-78％，Al2O3 5-20％，B2O3 2-5％，Na2O 1.5-3％，K2O 0.5-2％，CaO 0.5-3％，MgO 0.5-2％，Li2O 0-2％，NiO和CoO共占1-2％。FeCrM涂层本身即可对碳钢和低合金钢提供高温防护，并且搪瓷涂层可以对FeCrM涂层提供防护。该技术可大大提高碳钢和低合金钢的抗高温氧化和热腐蚀性能，且综合成本低廉。

Description

一种用于碳钢和低合金钢的抗高温氧化及热腐蚀的方法
技术领域
本发明涉及金属防护技术，特别提供了一种用于碳钢和低合金钢的抗高温氧化及热腐蚀的表面涂层技术。
背景技术
碳钢和低合金钢广泛应用于机械制造及建筑等领域。在加热炉、烟道等的高温、氧化、腐蚀性环境的综合作用下，碳钢和低合金钢构件的表面氧化腐蚀严重，使用寿命受到严重影响。因此，寻找一种能提高碳钢和低合金钢的抗高温氧化和热腐蚀能力的方法，有着重要意义。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可以极大地提高碳钢和低合金钢的抗高温氧化及热腐蚀能力的方法。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
首先在碳钢和低合金钢表面制备一厚度为10-200μm的FeCrM涂层，Cr在涂层中的重量百分比大于12％，M为Ni或Mo或Al；再在FeCrM涂层的表面烧制一厚度为30-150μm的搪瓷涂层，搪瓷涂层成分的重量百分比为：SiO260-78％，Al2O3 5-20％，B2O3 2-5％，Na2O 1.5-3％，K2O 0.5-2％，CaO 0.5-3％，MgO0.5-2％，Li2O 0-2％，NiO和CoO共占1-2％。
本发明碳钢和低合金钢抗高温氧化及热腐蚀的方法中，FeCrM涂层的厚度优选40-70μm，搪瓷涂层的厚度优选50-80μm。
本发明碳钢和低合金钢抗高温氧化及热腐蚀的方法中，搪瓷涂层的烧制温度为1000-1150℃，时间为20-50分钟，然后随炉冷却。
本发明碳钢和低合金钢抗高温氧化及热腐蚀的方法中，FeCrM涂层采用火焰喷涂、等离子喷涂、溅射或PVD制备。
本发明使用FeCrM为中间层，FeCrM的成分属于不锈钢或高温合金范畴，其自身可耐高温氧化及热腐蚀，就可对碳钢和低合金钢提供高温防护。再利用高温烧成的方法在FeCrM涂层的表面制备一层搪瓷涂层，搪瓷涂层可以抑制氧、硫、氯等离子进入FeCrM涂层，从而为FeCrM涂层提供高温防护。采用该涂层对碳钢实行防护，大大提高了碳钢和低合金钢的抗高温氧化及热腐蚀性能，且综合成本低廉。
具体实施方式
实施例1
在Q235碳钢表面使用火焰喷涂法制备一层厚为10μm的FeCrNi涂层，其中Cr含量为12.5％，Ni含量为2％(质量百分比)；再将含SiO2 78％，Al2O3 16％，B2O32％，Na2O 1.5％，K2O 0.5％，CaO 0.5％，MgO 0.5％，CoO与NiO之和为1％(质量百分比)的搪瓷粉与水混合，制成悬浮液；然后均匀喷涂于FeCrNi涂层表面，并在1000℃烧制20分钟，搪瓷涂层厚度为150μm。施加涂层后的Q235碳钢在800℃表现出很好的抗氧化和抗热腐蚀能力，氧化/腐蚀10小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加涂层的Q235碳钢在800℃氧化/腐蚀5小时后即见氧化皮剥落。
实施例2
在45#钢表面使用火焰喷涂法制备一层厚为200μm的FeCrMo涂层，其中Cr含量为18％，Mo含量为3％(质量百分比)；再将含SiO2 78％，Al2O3 5％，B2O3 3％，Na2O 3％，K2O 2％，CaO 3％，MgO 2％，Li2O 2％，CoO与NiO之和为2％(质量百分比)的搪瓷粉与水混合，制成悬浮液；然后均匀喷涂于FeCrMo涂层表面，并在1150℃烧制50分钟，搪瓷涂层厚度为30μm。施加涂层后的45#碳钢在700℃表现出很好的抗氧化和抗热腐蚀能力，氧化/腐蚀15小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加涂层的45#碳钢在700℃氧化/腐蚀10小时后即见氧化皮剥落。
实施例3
在16Mn钢表面使用等离子喷涂法制备一层厚为40μm的FeCrAl涂层，其中Cr含量为13％，Al含量为10％(质量百分比)；再将含SiO2 74％，Al2O3 20％，B2O3 2％，Na2O 1.5％，K2O 0.5％，CaO 0.5％，MgO 0.5％，CoO与NiO之和为1％(质量百分比)的搪瓷粉与水混合，制成悬浮液；然后均匀喷涂于FeCrAl涂层表面，并在1100℃烧制30分钟，搪瓷涂层厚度为30μm。施加涂层后的16Mn钢在850℃表现出很好的抗氧化和抗热腐蚀能力，氧化/腐蚀20小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加涂层的16Mn钢在850℃氧化/腐蚀3小时后即见氧化皮剥落。
实施例4
在Q345A碳钢表面使用等离子喷涂法制备一层厚为70μm的FeCrNi涂层，其中Cr含量为17％，Ni含量为5％(质量百分比)；再将含SiO2 77.5％，Al2O3 15％，B2O3 2％，Na2O 1.5％，K2O 0.5％，CaO 0.5％，MgO 0.5％，Li2O 1％，CoO与NiO之和为1.5％(质量百分比)的搪瓷粉与水混合，制成悬浮液；然后均匀喷涂于FeCrNi涂层表面，并在1050℃烧制40分钟，搪瓷涂层厚度为80μm。施加涂层后的Q345A钢在750℃表现出很好的抗氧化和抗热腐蚀能力，氧化/腐蚀15小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加涂层的Q345A钢在750℃氧化/腐蚀5小时后即见氧化皮剥落。
实施例5
在20MnSi钢表面使用溅射法制备一层厚为100μm的FeCrMo涂层，其中Cr含量为20％，Mo含量为5.8％(质量百分比)；再将含SiO2 75％，Al2O3 17.5％，B2O3 2％，Na2O 1.5％，K2O 0.5％，CaO 0.5％，MgO 0.5％，Li2O 1％，CoO与NiO之和为1％(质量百分比)的搪瓷粉与水混合，制成悬浮液；然后均匀喷涂于FeCrMo涂层表面，并在1000℃烧制20分钟，搪瓷涂层厚度为100μm。施加涂层后的20MnSi碳钢在800℃表现出很好的抗氧化和抗热腐蚀能力，氧化/腐蚀16小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加涂层的20MnSi钢在800℃氧化/腐蚀5小时后即见氧化皮剥落。
实施例6
在45SiMnP钢表面使用溅射法制备一层厚为150μm的FeCrAl涂层，其中Cr含量为17％，Al含量为12％(质量百分比)；再将含SiO2 73％，Al2O3 19.5％，B2O3 2％，Na2O 1.5％，K2O 0.5％，CaO 0.5％，MgO 0.5％，Li2O 1％，CoO与NiO之和为1.5％(质量百分比)的搪瓷粉与水混合，制成悬浮液；然后均匀喷涂于FeCrAl涂层表面，并在1150℃烧制50分钟，搪瓷涂层厚度为60μm。施加涂层后的45SiMnP钢在800℃表现出很好的抗氧化和抗热腐蚀能力，氧化/腐蚀20小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加涂层的45SiMnP钢在800℃氧化/腐蚀3小时后即见氧化皮剥落。
实施例7
在16Mng钢表面使用PVD法制备一层厚为20μm的FeCrNi涂层，其中Cr含量为12.5％，Ni含量为12％(质量百分比)；再将含SiO2 61％，Al2O3 20％，B2O3 5％，Na2O 3％，K2O 2％，CaO 3％，MgO 2％，Li2O 2％，CoO与NiO之和为2％(质量百分比)的搪瓷粉与水混合，制成悬浮液；然后均匀喷涂于FeCrNi涂层表面，并在1100℃烧制30分钟，搪瓷涂层厚度为120μm。施加涂层后的16Mng钢在700℃表现出很好的抗氧化和抗热腐蚀能力，氧化/腐蚀20小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加涂层的16Mng钢在700℃氧化/腐蚀5小时后即见氧化皮剥落。
实施例8
在16MnR钢表面使用PVD法制备一层厚为30μm的FeCrMo涂层，其中Cr含量为15.6％，Mo含量为6％(质量百分比)；再将含SiO2 70％，Al2O3 11％，B2O3 5％，Na2O 3％，K2O 2％，CaO 3％，MgO 2％，Li2O 2％，CoO与NiO之和为2％(质量百分比)的搪瓷粉与水混合，制成悬浮液；然后均匀喷涂于FeCrMo涂层表面，并在1050℃烧制40分钟，搪瓷涂层厚度为50μm。施加涂层后的16MnR钢在850℃表现出很好的抗氧化和抗热腐蚀能力，氧化/腐蚀15小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加涂层的16MnR钢在850℃氧化/腐蚀3小时后即见氧化皮剥落。
实施例9
在15MnV钢表面使用火焰喷涂法制备一层厚为50μm的FeCrAl涂层，其中Cr含量为13％，Al含量为6％(质量百分比)；再将含SiO2 64％，Al2O3 20％，B2O3 5％，Na2O 3％，K2O 2％，CaO 3％，MgO 2％，CoO与NiO之和为1％(质量百分比)的搪瓷粉与水混合，制成悬浮液；然后均匀喷涂于FeCrAl涂层表面，并在1000℃烧制20分钟，搪瓷涂层厚度为80μm。施加涂层后的15MnV钢在750℃表现出很好的抗氧化和抗热腐蚀能力，氧化/腐蚀20小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加涂层的15MnV钢在800℃氧化/腐蚀4小时后即见氧化皮剥落。
实施例10
在M565钢表面使用火焰喷涂法制备一层厚为80μm的FeCrNi涂层，其中Cr含量为20％，Ni含量为9.5％(质量百分比)；再将含SiO2 66％，Al2O3 18％，B2O3 5％，Na2O 3％，K2O 2％，CaO 3％，MgO 2％，CoO与NiO之和为1％(质量百分比)的搪瓷粉与水混合，制成悬浮液；然后均匀喷涂于FeCrNi涂层表面，并在1150℃烧制50分钟，搪瓷涂层厚度为50μm。施加涂层后的M565钢在800℃表现出很好的抗氧化和抗热腐蚀能力，氧化/腐蚀10小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加涂层的M565钢在750℃氧化/腐蚀5小时后即见氧化皮剥落。

Claims (6)

1.一种用于碳钢和低合金钢的抗高温氧化及热腐蚀的方法，其特征在于：先在碳钢或低合金钢基体表面制备一层厚度为10-200μm的FeCrM涂层，Cr在涂层中的重量百分比大于12％，M为Ni或Mo或Al；再在FeCrM涂层的表面烧制一厚度为30-150μm的搪瓷涂层，搪瓷涂层成分的重量百分比为：SiO2 60-78％，Al2O3 5-20％，B2O3 2-5％，Na2O 1.5-3％，K2O 0.5-2％，CaO 0.5-3％，MgO 0.5-2％，Li2O 0-2％，NiO和CoO共占1-2％。
2.根据权利要求1所述用于碳钢和低合金钢抗高温氧化及热腐蚀的方法，其特征在于：FeCrM涂层的厚度为40-70μm。
3.根据权利要求1所述用于碳钢和低合金钢抗高温氧化及热腐蚀的方法，其特征在于：搪瓷涂层的厚度为50-80μm。
4.根据权利要求1所述用于碳钢和低合金钢抗高温氧化及热腐蚀的方法，其特征在于：搪瓷的烧制温度为1000-1150℃，时间为20-50分钟，然后随炉冷却。
5.根据权利要求1所述用于碳钢和低合金钢抗高温氧化及热腐蚀的方法，其特征在于：FeCrM涂层采用火焰喷涂、等离子喷涂、溅射或PVD制备。
6.根据权利要求1所述用于碳钢和低合金钢抗高温氧化及热腐蚀的方法，其特征在于：M在FeCrM涂层中的重量百分比为2-12％。
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