CN103924183B

CN103924183B - 一种镍基粉芯丝材、涂层的制备与应用

Info

Publication number: CN103924183B
Application number: CN201410143928.5A
Authority: CN
Inventors: 周正; 贺定勇; 王旭; 王曾洁; 蒋建敏; 王智慧; 王国红; 赵秋颖
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Tangshan Bao hang Machinery Manufacturing Co.,Ltd.
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2014-04-11
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2034-04-11
Also published as: CN103924183A

Abstract

一种镍基粉芯丝材、涂层的制备与应用，属于材料加工工程中的热喷涂领域。药芯成分质量百分比为：纯金属铬粉20‑35%，纯金属钨1‑4%，镍硼粉11‑30%，镍为余量；粉芯丝材外皮所用带材为80Ni‑20Cr带；粉芯丝材填充率32％。用电弧喷涂制备含钨镍基涂层时，需先对基体进行预处理，喷涂工艺：电压28‑34V；电流160‑220A；喷涂距离190‑210mm；压缩空气压力0.5‑0.6MPa。本发明可获得含钨耐腐蚀的涂层，增加涂层的抗高温腐蚀性能，提高废弃物资源化WTE垃圾焚烧炉中水冷壁管和过热器管服役稳定性。

Description

一种镍基粉芯丝材、涂层的制备与应用

技术领域

本发明属于材料加工工程中的热喷涂领域，涉及一种粉芯丝材、涂层的制备方法及应用，该发明主要应用耐热腐蚀等工业领域。

背景技术

随着垃圾的大量产生、环保要求越来越高，废弃物资源化(Waste-to-Energy，WTE)垃圾焚烧技术已成为现今处理固体废弃垃圾的主要发展趋势。

废弃物资源化WTE垃圾焚烧炉内过热器及水冷壁等易腐蚀部件的腐蚀形式主要是：熔盐腐蚀和活性氧化。在温度达到450℃以上时，金属氯化物和HCl的氧化会产生高活性的Cl2，极易扩散渗入表层的氧化膜，并与氧化膜/金属基体界面处的Fe或者其它金属元素反应生成金属氯化物，在高温作用下挥发扩散至管壁表面，再次氧化将Cl2释放出来从而构成循环腐蚀、减薄过程。同时，部分沉积的金属氯化物与燃烧气氛中的SO2或SO3等反应，易形成低熔点共晶盐，在高温下会熔化分解具有保护性的氧化膜，造成熔盐腐蚀，造成管壁减薄，承压能力严重下降。活性氧化主要是由于飞灰颗粒中的金属氯化物在管壁上沉积、以及焚烧过程所产生的高浓度HCl所导致，而燃烧气氛中的氯则来源于城市垃圾中富含的有机物质和PVC材料。而近年来逐步提高的燃烧温度、以及气体与金属基材之间存在的温度梯度、由于城市垃圾物理化学性质不均所导致的温度波动、碱金属和重金属组份在沉积物中的出现等因素，都使得水冷壁管和过热器管等构件的腐蚀速率显著增加，这些因素影响WTE垃圾焚烧炉热能利用率及其运转效率。其解决方法通常为以高温合金作为服役材料或在传统材料表面制备具有耐热腐蚀性涂层或制备耐蚀性熔敷金属的方法，以提高其服役可靠性。

等离子喷涂、超音速火焰喷涂等喷涂工艺设备复杂，成本高，不适宜原位大面积现场施工，且喷涂原材料粉体制备复杂。采用堆焊方法在过热器及水冷壁表面堆焊Inconel 625合金的放在在实际工作温度达到400-420℃时已不能对基体起到有效防护。而电弧喷涂因具有设备简单，操作方便，喷涂材料制备方便、经济，可以实现原位大面积喷涂等优点，已成为在实际应用领域制备耐热腐蚀涂层的主要制备方法。

发明内容

本发明旨在获得一种用电弧喷涂制备含钨镍基涂层的粉芯丝材、涂层制备方法及应用。满足耐热腐蚀性能。提高WTE垃圾焚烧炉内易腐蚀部件服役稳定性，为获得更高热能利用率创造可能。

一种镍基粉芯丝材，其特征在于，所述丝材的成分质量百分含量范围如下：纯金属铬粉20-35％，纯金属钨1-4％，镍硼粉11-30％，镍为余量；丝材外皮所用带材为Ni-Cr带，粉芯丝材填充率32％，丝材最终使用态丝径为2.0mm。

进一步，所述粉芯丝材外皮所用带材为80Ni-20Cr带。

进一步，金属镍、金属铬、金属钨为纯金属粉末加入粉芯，硼以镍硼合金粉末加入粉芯中。

进一步，镍硼合金中含硼量为18-19％。

进一步，金属镍为粉末，尺寸在120-100目；金属铬、金属钨、镍硼合金为粉末，尺寸为100-80目。

采用本发明上述粉芯丝材制备一种含钨镍基涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，对基体表面进行预处理：基体表面进行喷砂处理，利用粒度为60目棕刚玉，气压0.4-0.6MPa，进行基体表面喷砂粗化；

步骤2，选取适当的成分比重配制粉芯，将粉芯丝材轧制、减径，最终获得直径为2.0mm的粉芯丝材；

步骤3，采用电弧喷涂工艺制备涂层，喷涂工艺参数为：电压28-34V；电流160-220A；喷涂距离190-210mm；压缩空气压力0.5-0.6MPa。

步骤3所述喷涂工艺进行优化，将喷涂工艺参数设定为：电压30-32V；电流180-200A；喷涂距离200mm；压缩空气压力0.5-0.6MPa，制备涂层。

采用上述方法制备的一种含钨镍基涂层；将此涂层应用于废弃物资源化WTE垃圾焚烧炉中水冷壁管和过热器管上。

本发明所述方法制备的一种含钨镍基涂层在高温环境下在Na2SO4/NaCl腐蚀介质中具有一定的耐蚀性，该介质可较好模拟废弃物资源化WTE垃圾焚烧炉中易腐蚀部件的工作环境。同时该涂层具有硬度高、耐磨性好的特点。因此通过在废弃物资源化WTE垃圾焚烧炉中水冷壁管和过热器管制备本发明所述涂层，可改善上述部件高温腐蚀及磨损工况下的服役稳定性，延长其使用寿命。

本发明所述方法制备的一种含钨镍基涂层所具有的耐热腐蚀性是其自身组分所决定的。其作用为：Ni、Cr元素，Ni元素的氧化物生成速度比Cr元素快，因此在形成Cr2O3氧化膜前，可生成大量的NiO和NiCr2O4，降低了氧化膜与合金界面的氧分压，促进涂层中的Cr形成具有良好耐蚀性的连续致密的Cr2O3氧化膜，伴随Ni元素所形成的NiO及尖晶石型化合物NiCr2O4，对涂层起到保护作用。

虽然涂层中的各个元素都是常规的元素，但是涂层的耐蚀性是通过各个元素的协同作用决定的，并不是单一元素决定的。

本发明是提供一种电弧喷涂制备含钨镍基涂层用的粉芯丝材及涂层制备方法。该粉芯丝材经电弧喷涂在材料表面制备涂层后，提高WTE垃圾焚烧炉中易腐蚀部件的服役稳定性。

附图说明

图1实施例2的喷涂试样表面

图2实施例2、4、5、6高温耐腐蚀性

具体实施方式

实施例中粉芯丝材外皮选用规格为12×0.3mm(宽度为12mm，厚度为0.3mm)的80Ni-20Cr带，粉芯丝材药芯成分在实施例中具体说明，通过已有粉芯丝材轧制技术，将粉芯丝材经逐道拉拔减径至2.0mm；

基体选用Q235(57×25×5mm)，对基体进行喷砂处理，砂子粒度为40-60目棕刚玉，气体压力0.4-0.6MPa，对试件进行喷砂粗化处理；

实施例1

按照粉芯丝材成分质量百分比为：纯金属铬粉25％，纯金属钨2％，镍硼粉27％，镍为余量。填充率32％，轧制粉芯丝材。制备涂层所用喷涂参数：电压28-30V，电流160-180A，喷涂距离190mm，压缩空气压力0.5-0.6MPa。

实施例2

按照粉芯丝材成分质量百分比为：纯金属铬粉25％，纯金属钨2％，镍硼粉27％，镍为余量。填充率32％，轧制粉芯丝材。制备涂层所用喷涂参数：电压28-30V，电流160-180A，喷涂距离200mm，压缩空气压力0.5-0.6MPa。

实施例3

按照粉芯丝材成分质量百分比为：纯金属铬粉25％，纯金属钨2％，镍硼粉27％，镍为余量。填充率32％，轧制粉芯丝材。制备涂层所用喷涂参数：电压28-30V，电流160-180A，喷涂距离210mm，压缩空气压力0.5-0.6MPa。

实施例4

按照粉芯丝材成分质量百分比为：纯金属铬粉25％，纯金属钨1％，镍硼粉27％，镍为余量。填充率32％，轧制粉芯丝材。制备涂层所用喷涂参数：电压28-30V，电流160-180A，喷涂距离200mm，压缩空气压力0.5-0.6MPa。

实施例5

按照粉芯丝材成分质量百分比为：纯金属铬粉25％，纯金属钨3％，镍硼粉27％，镍为余量。填充率32％，轧制粉芯丝材。制备涂层所用喷涂参数：电压28-30V，电流160-180A，喷涂距离200mm，压缩空气压力0.5-0.6MPa。

实施例6

按照粉芯丝材成分质量百分比为：纯金属铬粉25％，纯金属钨4％，镍硼粉27％，镍为余量。填充率32％，轧制粉芯丝材。制备涂层所用喷涂参数：电压28-30V，电流160-180A，喷涂距离200mm，压缩空气压力0.5-0.6MPa。

对实施例1-6所制备涂层进行孔隙率分析，采用Image Pro Plus 6.0图像分析软件，利用图像法分析涂层孔隙率，以评价涂层致密度，孔隙率越小，致密度越高。

实施例所制备涂层进行显微硬度测试试验中，采用HXD-1000数字式显微硬度计，载荷100g，持续时间15s，取10点显微硬度平均值；对2、4、5、6实施例所制备涂层进行耐热腐蚀实验，仅选取涂层作为试样，对比试样选用SA 213-T2型钢材，规格：20×15×5mm，将所有试样进行250℃/20min预热后，利用Na₂SO₄+10wt.％NaCl混合盐所配制的浓度为16wt.％的溶液进行浸泡，取出后经120℃/2h用于烘干剩余水分，涂盐量：3-5mg/cm²，在800℃空气炉中进行涂盐腐蚀实验，每10h后取出，置于空气中冷却后称重，经210h循环试验后，获得其单位面积增重曲线及最终单位面积增重量

表1实施例1-6的孔隙率及显微硬度

表1 实施例1-6的孔隙率及显微硬度

实施例	孔隙率	显微硬度(HV)
			1	1.29	890
2	1.41	858
			3	1.58	830
4	1.47	827
			5	1.50	877
6	1.49	898

Claims

1.一种镍基粉芯丝材，其特征在于，所述丝材的粉芯成分质量百分含量范围如下：纯金属铬粉20-35％，纯金属钨1-4％，镍硼粉11-30％，镍为余量；丝材外皮所用带材为Ni-Cr带，粉芯丝材填充率32％，丝材最终使用态丝径为2.0mm。

2.按照权利要求1所述的一种镍基粉芯丝材，其特征在于：所述粉芯丝材外皮所用带材为80Ni-20Cr带。

3.按照权利要求1所述的一种镍基粉芯丝材，其特征在于：金属镍、金属铬、金属钨为纯金属粉末加入粉芯，硼以镍硼合金粉末加入粉芯中。

4.按照权利要求3所述的一种镍基粉芯丝材，其特征在于：镍硼合金中含硼量为18-19％。

5.按照权利要求3所述的一种镍基粉芯丝材，其特征在于：金属镍为粉末，尺寸在120-100目；金属铬、金属钨、镍硼合金为粉末，尺寸为100-80目。

6.一种采用权利要求1所述的一种镍基粉芯丝材制备镍基涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，对基体表面进行喷砂预处理，使基体表面粗化；

步骤2，配制粉芯，将粉芯丝材轧制、减径，最终获得直径为2.0mm的粉芯丝材；

7.按照权利要求6的方法，其特征在于，步骤3所述的喷涂工艺参数设定为：电压30-32V；电流180-200A；喷涂距离200mm；压缩空气压力0.5-0.6MPa。

8.采用权利要求6的方法所制备的镍基涂层。

9.根据权利要求8所述镍基涂层在废弃物资源化WTE垃圾焚烧炉中水冷壁管和过热器管上的应用。