CN103695833A

CN103695833A - 一种用于污泥焚烧炉的耐磨防腐涂层的材料、涂层及涂层的制备方法

Info

Publication number: CN103695833A
Application number: CN201410006769.4A
Authority: CN
Inventors: 覃恩伟; 吴树辉; 陈国星; 史一岭; 叶林
Original assignee: Suzhou Nuclear Power Research Institute Co Ltd
Current assignee: Suzhou Nuclear Power Research Institute Co Ltd
Priority date: 2014-01-07
Filing date: 2014-01-07
Publication date: 2014-04-02

Abstract

本发明涉及一种耐磨防腐涂层的材料、涂层及涂层的制备方法，以重量百分含量计，所述涂层的材料包括以下组分：Fe80-86%、Cr12.5-18%、Si0.5-1.5%、B1-3%。本发明的涂层的制备方法采用的是电弧喷涂工艺。该涂层的材料及喷涂工艺简单易于现场施工，产生的涂层耐磨抗蚀性能优异，成本低廉，特别适用于污泥焚烧炉受热面的耐磨抗蚀防护。

Description

一种用于污泥焚烧炉的耐磨防腐涂层的材料、涂层及涂层的制备方法

技术领域

本发明涉及一种成本低廉的耐磨防腐涂层的材料、涂层及涂层的制备方法，该涂层主要用于污泥焚烧炉。

背景技术

污泥焚烧是将污泥在高温下充分燃烧形成小体积化学性稳定的灰渣，同时余热用于发电或发热，是一种将污泥变废为宝的节能环保的绿色处置方式。然而，污泥焚烧技术尤其是锅炉技术发展尚不成熟，同时，污泥中含有高硬度颗粒和硫、氯元素，在燃烧过程中对锅炉受热面产生严重的磨损和腐蚀问题，严重影响锅炉运行效率，甚至导致爆管而造成非计划停炉，对企业和社会造成严重的损失。对锅炉受热面进行喷涂保护是一种经济可行的方案。目前主要的商用喷涂材料分别为WC-Co系和Cr₃C₂-NiCr系，前者使役温度不宜超过550℃，严重影响锅炉运行效率；而后者硬度不够，导致耐磨性不足。同时，两者均存在材料及喷涂成本较高的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种特别适用于污泥焚烧炉受热面、具备优异的耐磨防腐性能的廉价的涂层的材料。

本发明还提供一种涂层的制备方法及由该制备方法制备出的涂层。

为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种耐磨防腐涂层的材料，以重量百分含量计，所述涂层的材料包括以下组分：Fe 80-86%、Cr 12.5-18%、Si 0.5-1.5%、B 1-3%。

本发明的又一技术方案是：一种用上述涂层的材料制备涂层的方法，所述方法为采用电弧喷涂工艺，其中，所述电弧喷涂工艺中的工艺参数为：电弧工作电压为35-42 V、电流为180-220 A、压缩空气压力为6.5-7.5 bar。

优选地，在进行喷涂前，利用石英砂对喷涂所述涂层的载体进行表面毛化处理，其中，所述表面毛化处理过程中的工艺参数为：压缩空气压力4.5-6.0 bar、喷砂距离120-200 mm。

具体地，所述石英砂为菱角状石英砂，其粒度为30-270目。

优选地，喷涂过程中，所述电弧喷涂工艺中的工艺参数为：喷涂距离120-200 mm、喷涂角度80-100°、喷枪移动速率5-15 mm/s。

本发明的另一技术方案是：一种采用上述制备方法制备的涂层，所述涂层的孔隙率为2.4-3.5%、表面粗糙度为35±27 μm。

所述涂层无氧化现象，所述涂层的涂层相组成主要是FeCr、(Fe, Cr)₂B、Fe₂Si。

所述涂层的厚度为0.4-0.7 mm。

所述涂层的硬度为5.8-7.6 GPa、结合强度为38-46 MPa。

本发明的上述材料用于制备耐磨防腐涂层的用途。

由于上述技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明的涂层的材料主要成分为Fe和Cr，仅加入微量Si和B元素，适量的Cr元素保证了涂层的抗蚀性，在此基础上加入Si、B两种微量元素，使涂层获得高硬度以提高耐磨性。本发明的涂层的材料成本低，电弧喷涂时耗能低，设备及人工成本均低。

采用本发明的涂层的材料和方法制成的涂层适用性强、涂层质量高，如涂层硬度高、耐蚀性强、与基体结合强度高、孔隙率低、表面粗糙度好。本发明的电弧喷涂适用于污泥焚烧炉受热面现场喷涂施工。

附图说明

图1为实施例1的涂层截面的光学显微镜形貌图；

图2为实施例1的涂层的化学成分的能量损失谱分析图；

图3为喷涂实施例1的涂层的污泥焚烧炉的管壁厚与未喷涂涂层的20钢的厚度减薄率对比关系图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

本实施例采用的涂层的材料为丝材，包括以下组分：82%Fe、15%Cr、0.8%Si、2.2%B。利用该涂层的材料在20钢基体上进行电弧喷涂。在进行喷涂前，利用石英砂对20钢基体进行表面毛化处理，其中，表面毛化处理过程中的工艺参数为：石英砂尺寸30-90目数、空气压缩机压力6.0 bar、喷砂距离150 mm。电弧喷涂过程中喷涂工艺参数为：电压38 V、电流190 A、喷涂距离150 mm、喷枪移动速12 mm/s。最终制得的涂层厚度为0.7 mm。

对通过上述喷涂工艺制备出的涂层进行分析，结果如下：

如图1所示，涂层纵向截面的光学显微镜形貌图，涂层致密，无裂纹，孔隙率约3.1%。表面粗糙度R _a值约40 μm。该涂层与基体结合紧密，结合强度约为40 MPa。涂层的表面硬度为6.8 GPa。

如图2所示，涂层的化学成分的能量损失谱分析图，从中可以得到Fe、Cr、Si元素的定量成分，其质量百分数分别为82.6%、16.5%、0.9%，该数值与原始涂层的材料成分吻合较好。同时可以看出，在喷涂过程中并没有氧化现象。此外，由于B元素原子序数小，无法通过能量损失谱检测到。

对涂层进行X射线衍射分析，得知涂层的涂层相组成主要含有FeCr、(Fe, Cr)₂B、Fe₂Si。

如图3所示，喷涂该涂层的污泥焚烧炉锅炉管壁厚与未喷涂20钢的厚度减薄率对比关系图。经运行16个月后，涂层减薄仅约0.48 mm，耐磨抗蚀性好；而20钢壁厚减薄1.55 mm，使得后者爆管风险大增。

实施例2

本实施例采用的涂层的材料为丝材，相对实例1，Fe含量降低而Cr含量相应增加，组分具体为：80%Fe、17%Cr、0.8%Si、2.2%B。利用该涂层的材料在20钢基体上进行电弧喷涂。在进行喷涂前，利用石英砂对20钢基体进行表面毛化处理，其中，表面毛化处理过程中的工艺参数为：石英砂尺寸30-90目数、空气压缩机压力6.0 bar、喷砂距离180 mm。相对实例1，电弧喷涂距离增加为180 mm，喷枪移动速率降低为8 mm/s，其余喷涂参数相同，为：电压38 V、电流190 A。最终制得的涂层厚度同样为0.7 mm。

对通过上述喷涂工艺制备出的涂层进行分析，结果如下：

涂层致密，无裂纹，无氧化现象，孔隙率约2.8%。表面粗糙度R _a值约30 μm。该涂层与基体结合紧密，结合强度约为44 MPa。涂层的表面硬度为7.3 GPa。对涂层进行X射线衍射分析，得知涂层的涂层相组成主要含有FeCr、(Fe, Cr)₂B、Fe₂Si。

该涂层经运行16个月后，涂层减薄仅约0.38 mm，耐磨抗蚀性好。

实例3

本实施例采用的涂层的材料为丝材，相对实例1，Cr含量降低而B、Si含量增加，组分具体为：83%Fe、13%Cr、1.3%Si、2.7%B。利用该涂层的材料在20钢基体上进行电弧喷涂。在进行喷涂前，利用石英砂对20钢基体进行表面毛化处理，其中，表面毛化处理过程中的工艺参数为：石英砂尺寸30-90目数、空气压缩机压力6.0 bar、喷砂距离150 mm。相对实例1，电弧喷涂电压电流分别为42 V、200 A，其余喷涂参数相同，为：喷涂距离150 mm、喷枪移动速12 mm/s。最终制得的涂层厚度同样为0.7 mm。

对通过上述喷涂工艺制备出的涂层进行分析，结果如下：

涂层致密，无裂纹，无氧化现象，孔隙率约3.3%。表面粗糙度R _a值约45 μm。该涂层与基体结合紧密，结合强度约为38 MPa。涂层的表面硬度为7.1 GPa。对涂层进行X射线衍射分析，得知涂层的涂层相组成主要含有FeCr、(Fe, Cr)₂B、Fe₂Si。

该涂层经运行16个月后，涂层减薄仅约0.42 mm，耐磨抗蚀性好。

以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，且本发明不限于上述的实施例，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种耐磨防腐涂层的材料，其特征在于，以重量百分含量计，所述涂层的材料包括以下组分：Fe 80-86%、Cr 12.5-18%、Si 0.5-1.5%、B 1-3%。

2.一种用如权利要求1所述的涂层的材料制备涂层的方法，其特征在于，所述方法为采用电弧喷涂工艺，其中，所述电弧喷涂工艺中的工艺参数为：电弧工作电压为35-42 V、电流为180-220 A、压缩空气压力为6.5-7.5 bar。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在进行喷涂前，利用石英砂对喷涂所述涂层的载体进行表面毛化处理，其中，所述表面毛化处理过程中的工艺参数为：压缩空气压力4.5-6.0 bar、喷砂距离120-200 mm。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述石英砂为菱角状石英砂，其粒度为30-270目。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，喷涂过程中，所述电弧喷涂工艺中的工艺参数为：喷涂距离120-200 mm、喷涂角度80-100°、喷枪移动速率5-15 mm/s。

6.用权利要求2~5中任一项权利要求所述的方法制备得到的涂层，其特征在于，所述涂层的孔隙率为2.4-3.5%、表面粗糙度为35±27μm。

7.根据权利要求6所述的涂层，其特征在于，所述涂层无氧化现象，所述涂层的涂层相组成含有FeCr、(Fe, Cr)₂B、Fe₂Si。

8.根据权利要求6所述的涂层，其特征在于，所述涂层的厚度为0.4-0.7 mm。

9.根据权利要求6所述的涂层，其特征在于，所述涂层的硬度为5.8-7.6 GPa、结合强度为38-46 MPa。

10.权利要求1所述的材料用于制备耐磨防腐涂层的用途。