CN104032251B - 一种粉芯丝材及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
一种粉芯丝材及其制备方法和应用，所述粉芯丝材由不锈钢带包覆粉芯制成，粉芯成分由七种元素粉末混合而成，其重量百分比含量范围如下：30‑50%Cr、2‑10%B、1‑5%Al、1‑5%Si、3‑15%Nb、2‑10%Mo、余量为Fe，粉芯丝材外皮选用不锈钢带，粉芯与不锈钢带的重量比为（0.43~0.67）:1；采用电弧喷涂技术制备涂层时，需先对基体表面进行除油除锈处理，然后进行喷砂等预处理。本发明可获得孔隙率低，硬度高，抗高温氧化与硫化腐蚀性能优异的涂层，适用于锅炉管道、轧辊、发动机缸体等的高温结构部件。
Description
技术领域
本发明涉及材料加工工程中的热喷涂领域，具体涉及一种粉芯丝材及其制备方法和应用。
背景技术
循环硫化床锅炉大量使用杂质含量高的劣质煤，使锅炉管道处于高温、硫化、飞灰、熔渣等恶劣环境中。由于高温氧化、热腐蚀以及高温冲蚀造成的诸如爆管等锅炉管道故障一直是电力行业亟待解决的一个技术与经济难题。这类事故不但严重影响了电厂的安全运行，而且造成了巨大的经济损失。
随着热喷涂技术的发展以及在电厂锅炉上的广泛应用，采用热喷涂技术对锅炉管道进行腐蚀防护与快速修复已经成为一种延长锅炉使用寿命的有效途径。采用高Cr含量的涂层材料可以促使材料表面在高温下形成连续致密的保护性氧化膜，从而提高材料的抗高温氧化以及硫化腐蚀性能。高速电弧喷涂技术由于喷涂效率高、成本低、涂层性能优异、结合强度高等优点，在电站锅炉管道防腐防磨上有非常广泛的应用前景。美国TAFA 公司研制的45CT（NiCrTi）电弧喷涂涂层具有工作温度高，抗氧化、硫化和热腐蚀性能好、结合强度高等特点，在锅炉管道上的使用寿命长达7-8年，是目前各国公认的抗高温腐蚀性能最好的材料。但是由于Ni基材料价格昂贵，极大的限制了其工业应用。为了寻找开发一种价格低廉，性能优异，适合我国国情的电弧喷涂材料来替代Ni基合金，科学家们做了大量的工作并取得了一系列的成果。Fe-Cr合金涂层由于性能优异，成本低廉而得到了广泛的关注。
纳米材料由于具有高强度、高硬度及优异的抗高温氧化性能一直是研究的热点。D.J. Branagan等曾经报道一种Fe基纳米材料硬度可高达15 GPa（Composites Part A:Applied Science and Manufacturing, 2002, 33(6), p. 855-859）。而且对于含Cr合金来说，晶界与材料表面的交叉点通常作为形核点促进Cr2O3的优先形成。随着晶粒尺寸的减小，Cr2O3在晶界上的形核点之间的距离将不断减小，因此生成连续致密的Cr2O3保护膜需要的时间也越短。晶界为Cr元素从材料内部扩散到材料表面提供了快速通道。材料纳米化导致抗高温氧化性能提高的原因主要有两个：第一，提高了Cr元素通过晶界的扩散系数；第二，降低了在材料表面形成连续致密的保护膜所需要的Cr元素的临界浓度。此外，材料纳米化还可以使得材料表面形成的保护膜抵抗开裂与剥落的性能大大提高（Surface andCoatings Technology, 2013, 217（25）:162-171.）。但是，由于纳米材料的制备困难，且通过大机械变形（如轧制等）的方法得到的纳米晶由于存在很大的内应力，从而导致在回复与再结晶过程中晶粒快速长大而导致材料性能下降。因此纳米材料很难在工业上广泛应用。
非晶晶化法是一种比较常用的纳米材料制备方法，其过程是将非晶态材料在其晶化温度以上进行一定时间的热处理，通过合理的控制晶化过程的工艺参数，使其全部或部分晶化而得到纳米材料。大量研究表明，非晶态材料晶化以后材料的显微硬度、抗高温磨损性能以及抗低攻角冲蚀性能都有很大的提升，而且材料组织结构与性能稳定。高速电弧喷涂电弧温度高达4000℃，喷涂粒子碰撞基体前的冷却速度可高达105 K/s （Surface andCoatings Technology, 2005, 195(1), p. 91-101），具备了形成非晶的前提条件，通过合理设计喷涂丝材，可获得非晶涂层。通过合理的晶化过程，将非晶涂层晶化成纳米涂层可显著提高涂层的韧性与强度等力学性能。如日本K. Kishitake等报道的采用低压等离子喷涂制备的Fe-10Cr-13P-7C at. % 非晶涂层在600℃晶化1 h后涂层的显微硬度上升了约4GPa（Journal of Thermal Spray Technology, 1996, 5(4), p. 476-482）；美国Nanosteel 公司开发的电弧喷涂SHS 8000涂层在649℃晶化20 min后显微硬度明显提高了约200 Kg/mm2（约1.96 GPa）, 其抗磨损性能提高了约3.5倍 (Journal of Thermal SprayTechnology, 2010, 19(5), p. 950-957)。我国赛亿表面工程技术有限公司胡为峰等曾采用非晶晶化法制备了含NiB（胡为峰，葛爽；电弧喷涂制备含NiB的微晶和纳米晶涂层用粉芯丝材：中国.200710153820.4 [P]. 2007-09-12）和CrB（胡为峰，葛爽；电弧喷涂制备含CrB的微晶和纳米晶涂层用粉芯丝材：中国.200710153819.1 [P]. 2007-09-12）的微晶和纳米晶涂层用粉芯丝材，但其非晶前驱体涂层中非晶相含量仅仅接近于50%。目前采用非晶晶化法制备的纳米涂层中，其热处理前的非晶前驱体涂层非晶含量普遍都较低，这就导致涂层中纳米相含量较少。另外，涂层中Cr含量较少，不利于提高涂层的抗高温氧化及热腐蚀等性能。程江波等最近公开了一种采用电弧喷涂技术制备高Cr含量纳米涂层的方法（程江波,林尽染, 王泽华; 一种高铬含量纳米结构涂层用的粉芯丝材: 中国. 201310185602.4[P]），根据涂层的XRD图谱可知，该涂层内的晶化相含量较多，非晶相含量较少。该发明中涉及的粉芯丝材采用430不锈钢做外皮，粉芯材料中Cr含量仅为28 ~35 wt. %。
发明内容
解决的技术问题：本发明提供一种粉芯丝材及其制备方法和应用，采用本发明的粉芯丝材制备的电弧喷涂涂层中Cr含量可达30-50wt. %，所制备的非晶前驱体涂层由非晶相与纳米相组成，非晶相的含量大于80 %。非晶相与纳米相具有非常高的热稳定性，涂层开始晶化温度达到600 ℃以上。
技术方案：一种粉芯丝材，由不锈钢带包覆粉芯制成，所述粉芯成分由七种元素粉末混合而成，其重量百分比含量范围如下：30-50 % Cr、2-10% B、1-5% Al、1-5% Si、3-15%Nb、2-10% Mo、余量为Fe；粉芯与不锈钢带的重量比为（0.43~0.67）:1。
上述所述的粉芯成分重量百分比含量范围如下：35-50 % Cr、5-10% B、1-5 % Al、3-5 % Si、5-15 % Nb、5-10% Mo、余量为Fe。
上述所述的粉芯成分重量百分比含量范围如下：35-45% Cr、5-10% B、1-3 % Al、3-5 % Si、10-15 % Nb、5-10 % Mo、余量为Fe。
上述所述的不锈钢带由304L不锈钢、430L不锈钢或316L不锈钢制成。
上述所述的一种粉芯丝材的制备方法，包括如下步骤：
（1）将粉芯的七种元素粉末混合后加入酒精，在球磨机中湿混5-10h，得到混合料，其中酒精与粉末的体积比为2:5-7:10，球磨机中不锈钢球与混合粉末的重量比为5:1-10:1，球磨机转速≤150r/min；
（2）将混合料放置于旋转蒸发仪中，干燥至酒精挥发，再将干燥后的混合料放入温度低于60 ℃的烘箱中烘5-10 h，然后过60-150目筛；
（3）将不锈钢带压成U形，再向U形槽中加入上述粉芯材料；
（4）将U形不锈钢带闭合，将粉末包覆其中，使其按照顺序分别通过直径为：3.0mm、2.6 mm、2.4 mm、2.2 mm、2.0 mm的拉丝模具，逐道拉拔、减径， 最终获得直径为2.0 mm的粉芯丝材。
上述所述的一种粉芯丝材在制备抗高温氧化/硫化Fe基纳米涂层中的应用。
上述所述的一种粉芯丝材在制备抗高温氧化/硫化Fe基纳米涂层中的应用，包括以下步骤：
步骤一，采用电弧喷涂技术制备高非晶含量的非晶前驱体涂层：
1. 对基体表面进行预处理：在基体表面除油除锈后，在气压为0.7-0.8 Mpa下，采用粒度为5-35目的棕刚玉砂，进行基体表面喷砂粗化；
2. 将粉芯丝材装入电弧喷涂设备的送丝装置中，在预处理后的基体表面制备非晶前驱体涂层，设置电弧喷涂设备的工艺参数为：喷涂电压32-42 V，喷涂电流160-220 A，喷涂距离 100-300 mm，压缩空气压力 0.6-0.7 Mpa；
步骤二，将步骤一中的非晶前驱体涂层进行晶化，得到纳米涂层：
采用差热分析设备以10 K/min 的升温速率对涂层进行差热分析，通过差热分析曲线确定非晶涂层的晶化温度，选定高于涂层晶化温度50-100 ℃的温度区间对涂层进行热处理，保温时间为30 min。
上述所述的一种粉芯丝材在制备抗高温氧化/硫化Fe基纳米涂层中的应用，所述步骤一中设置电弧喷涂设备的工艺参数为：喷涂电压 34-36 V， 喷涂电流160-180 A，喷涂距离 200 mm， 压缩空气压力0.65 Mpa。
有益效果：本发明的一种粉芯丝材及其制备方法和应用，具有以下优点：
1. 粉芯丝材的粉芯中B与Si的含量高，有利于提高涂层的非晶形成能力；其次，涂层添加有较多的Nb、Al、Mo等大原子，这些大原子与B、C、Si等小原子之间负的混合焓较大，而且大原子在熔体中容易形成骨架结构阻碍其他元素的扩散，使得粉芯丝材溶化后的熔体容易形成密堆拓扑结构，进而促进非晶纳米晶结构的形成；同时粉芯丝材中还含有大量的Cr元素，使涂层同时具有优异的抗腐蚀性能。
2. 粉芯丝材中粉芯的成分设计合理，并且采用现有高速电弧喷涂技术，在低碳钢基体表面制备成了低氧化物含量、低空隙率的抗高温氧化/硫化Fe基纳米涂层；
3. 制备得到的抗高温氧化/硫化Fe基纳米涂层克服了现有电弧喷涂非晶纳米晶涂层中Cr含量偏低的缺点，该涂层Cr元素含量高达30-50 wt. %，有利于提高涂层的抗高温腐蚀性能；
4. 制备得到的抗高温氧化/硫化Fe基纳米涂层的非晶相含量>80 %，使得该涂层晶化后由均匀的纳米结构组成，涂层的热稳定性好；
5. 制备得到的抗高温氧化/硫化Fe基纳米涂层的孔隙率≤3 %，结合强度≥50MPa，显微硬度大于800 HV0.3，涂层抗高温氧化性能约为20G锅炉专用钢的20-40倍（750℃，100h），其抗热腐蚀性能约为20G锅炉专用钢的30-50倍（750℃，100h）。
附图说明
图1为实施例5涂层的显微组织结构图，如图所示，涂层呈典型的层状结构，组织结构致密，孔隙率低，氧化物含量少，涂层与基体结合紧密。
图2为实施例5非晶前驱体涂层的差热分析曲线图，如图所示，涂层的玻璃转变温度为570.9 ℃，开始转变温度高达642.4 ℃，涂层具有优异的热稳定性。
图3为实施例5涂层晶化前后的XRD图谱，如图所示，晶化前的非晶前驱体涂层基本由非晶相组成，晶化后的涂层则由非晶相与α-(Fe,Cr), Nb5Si3和FeNi3纳米相组成。
图4为实施例5涂层的显微硬度曲线图，如图所示，涂层截面的显微硬度值高于800HV300，从涂层/基体界面到涂层表面，涂层的硬度值分布均匀，说明涂层内部组织结构均匀致密。
图5为实施例5涂层的氧化增重曲线，如图所示，涂层的抗高温氧化性能远远优于20G锅炉专用钢与传统FeNiCr-Cr3C2金属基陶瓷复合涂层，与美国Tafa 45CT镍基涂层的抗高温氧化性能较为接近。
图6为实施例5涂层的硫化增重曲线，如图所示，该涂层在Na2SO4与K2SO4混合熔融盐中的抗热腐蚀性能优异，其抗热腐蚀性能与美国Tafa 45CT镍基涂层相当，为20G锅炉专用钢的48倍。
具体实施方式
下面通过实施例进一步阐明本发明的一种粉芯丝材及其在制备抗高温氧化/硫化Fe基纳米涂层中的应用，但本发明并不局限于下述实施例。
本实施方式中的粉芯丝材的外皮选用不锈钢带，尺寸为12（宽）×0.3（厚）mm。
本实施方式中采用DT2000图像分析软件依据灰度法测量涂层的孔隙率，在每个涂层截面中间位置任意选取至少15个区域进行测量后求平均值，即为涂层的孔隙率值。采用HXD-1000TC显微硬度计测量涂层截面的显微硬度，选定载荷分别为100g和300g，载荷持续时间为15s。结合强度试样依照GB8642-88中所规定的试样尺寸制备拉伸试样。氧化与硫化试样基体材料选用锅炉管道常用材料20G锅炉专用钢，试样尺寸为30×10×8 mm。所有氧化与硫化试样均六个面进行喷涂。抗氧化性能试验参考GB/T 13303-91 采用增重法测量涂层的抗氧化性能，硫化试验采用涂盐法测量涂层的抗硫化性能，盐膜的成分为Na2SO4与K2SO4，Na2SO4与K2SO4的摩尔比为7:3。
实施例1
一种粉芯丝材，由不锈钢带包覆粉芯制成，所述粉芯成分由七种元素粉末混合而成，其重量百分比含量范围如下： 45% Cr、5% B、2% Al、3% Si、3% Nb、10% Mo、余量为Fe。不锈钢带选用304L不锈钢带，粉芯与不锈钢带的重量比为0.43:1。
粉芯丝材的制备方法包括以下步骤：
（1）将粉芯的七种元素粉末混合后加入酒精，在球磨机中湿混5 h，得到混合料，其中酒精与粉末的体积比为2:5，球磨机中不锈钢球与混合粉末的重量比为5:1，球磨机转速≤150r/min；
（2）将混合料放置于旋转蒸发仪中，干燥至酒精挥发，再将干燥后的混合料放入温度低于60 ℃的烘箱中烘5 h，然后过60-150目筛；
（3）将不锈钢带压成U形，再向U形槽中加入上述粉芯材料；
（4）将U形不锈钢带闭合，将粉末包覆其中，使其按照顺序分别通过直径为：3.0mm、2.6 mm、2.4 mm、2.2 mm、2.0 mm的拉丝模具，逐道拉拔、减径，最终获得直径为2.0 mm、表面光洁、无毛刺的的粉芯丝材。
粉芯丝材在制备抗高温氧化/硫化Fe基纳米涂层中的应用，包括以下步骤：
步骤一，采用电弧喷涂技术制备高非晶含量的非晶前驱体涂层：
1. 对基体表面进行预处理：在基体表面除油除锈后，在气压为0.7 Mpa下，采用粒度为5-35目的棕刚玉砂，进行基体表面喷砂粗化；
2. 将粉芯丝材装入电弧喷涂设备的送丝装置中，在预处理后的基体表面制备非晶前驱体涂层，设置电弧喷涂设备的工艺参数为：电压34 V；电流160 A；喷涂距离160 mm；压缩空气压力0.6 MPa；
步骤二，将步骤一中的非晶前驱体涂层进行晶化，得到纳米涂层：
采用差热分析设备以10 K/min 的升温速率对涂层进行差热分析，通过差热分析曲线确定非晶涂层的晶化温度，选定高于涂层晶化温度50-100 ℃的温度区间对涂层进行热处理，保温时间为30 min。
实施例2
一种粉芯丝材，由不锈钢带包覆粉芯制成，所述粉芯成分由七种元素粉末混合而成，其重量百分比含量范围如下：35% Cr、2% B、1% Al、5% Si、5% Nb、10% Mo、余量为Fe。不锈钢带选用304L不锈钢带，粉芯与不锈钢带的重量比为0.67:1。
粉芯丝材的制备方法包括以下步骤：
（1）将粉芯的七种元素粉末混合后加入酒精，在球磨机中湿混6.25 h，得到混合料，其中酒精与粉末的体积比为1:2，球磨机中不锈钢球与混合粉末的重量比为6:1，球磨机转速≤150r/min；
（2）将混合料放置于旋转蒸发仪中，干燥至酒精挥发，再将干燥后的混合料放入温度低于60 ℃的烘箱中烘6 h，然后过60-150目筛；
（3）将不锈钢带压成U形，再向U形槽中加入上述粉芯材料；
（4）将U形不锈钢带闭合，将粉末包覆其中，使其按照顺序分别通过直径为：3.0mm、2.6 mm、2.4 mm、2.2 mm、2.0 mm的拉丝模具，逐道拉拔、减径，最终获得直径为2.0 mm、表面光洁、无毛刺的的粉芯丝材。
粉芯丝材在制备抗高温氧化/硫化Fe基纳米涂层中的应用，包括以下步骤：
步骤一，采用电弧喷涂技术制备高非晶含量的非晶前驱体涂层：
1. 对基体表面进行预处理：在基体表面除油除锈后，在气压为0.76 Mpa下，采用粒度为5-35目的棕刚玉砂，进行基体表面喷砂粗化；
2. 将粉芯丝材装入电弧喷涂设备的送丝装置中，在预处理后的基体表面制备非晶前驱体涂层，设置电弧喷涂设备的工艺参数为：电压32 V；电流160 A；喷涂距离200 mm；压缩空气压力0.7 MPa；
步骤二，将步骤一中的非晶前驱体涂层进行晶化，得到纳米涂层：
采用差热分析设备以10 K/min 的升温速率对涂层进行差热分析，通过差热分析曲线确定非晶涂层的晶化温度，选定高于涂层晶化温度50-100 ℃的温度区间对涂层进行热处理，保温时间为30 min。
实施例3
一种粉芯丝材，由不锈钢带包覆粉芯制成，所述粉芯成分由七种元素粉末混合而成，其重量百分比含量范围如下：30% Cr、5% B、5% Al、3% Si、15% Nb、2% Mo、余量为Fe。不锈钢带选用316L不锈钢带，粉芯与不锈钢带的重量比为0.61:1。
粉芯丝材的制备方法包括以下步骤：
（1）将粉芯的七种元素粉末混合后加入酒精，在球磨机中湿混7.5 h，得到混合料，其中酒精与粉末的体积比为3:5，球磨机中不锈钢球与混合粉末的重量比为7:1，球磨机转速≤150r/min；
（2）将混合料放置于旋转蒸发仪中，干燥至酒精挥发，再将干燥后的混合料放入温度低于60 ℃的烘箱中烘7 h，然后过60-150目筛；
（3）将不锈钢带压成U形，再向U形槽中加入上述粉芯材料；
（4）将U形不锈钢带闭合，将粉末包覆其中，使其按照顺序分别通过直径为：3.0mm、2.6 mm、2.4 mm、2.2 mm、2.0 mm的拉丝模具，逐道拉拔、减径，最终获得直径为2.0 mm、表面光洁、无毛刺的的粉芯丝材。
粉芯丝材在制备抗高温氧化/硫化Fe基纳米涂层中的应用，包括以下步骤：
步骤一，采用电弧喷涂技术制备高非晶含量的非晶前驱体涂层：
1. 对基体表面进行预处理：在基体表面除油除锈后，在气压为0.74 Mpa下，采用粒度为5-35目的棕刚玉砂，进行基体表面喷砂粗化；
2. 将粉芯丝材装入电弧喷涂设备的送丝装置中，在预处理后的基体表面制备非晶前驱体涂层，设置电弧喷涂设备的工艺参数为：电压36 V；电流180 A；喷涂距离100 mm；压缩空气压力0.65 MPa；
步骤二，将步骤一中的非晶前驱体涂层进行晶化，得到纳米涂层：
采用差热分析设备以10 K/min 的升温速率对涂层进行差热分析，通过差热分析曲线确定非晶涂层的晶化温度，选定高于涂层晶化温度50-100 ℃的温度区间对涂层进行热处理，保温时间为30 min。
实施例4
一种粉芯丝材，由不锈钢带包覆粉芯制成，所述粉芯成分由七种元素粉末混合而成，其重量百分比含量范围如下：50% Cr、5% B、1% Al、5% Si、5% Nb、5% Mo、余量为Fe。不锈钢带选用430不锈钢带，粉芯与不锈钢带的重量比为0.56:1。
粉芯丝材的制备方法包括以下步骤：
（1）将粉芯的七种元素粉末混合后加入酒精，在球磨机中湿混8.75 h，得到混合料，其中酒精与粉末的体积比为7:10，球磨机中不锈钢球与混合粉末的重量比为8:1，球磨机转速≤150r/min；
（2）将混合料放置于旋转蒸发仪中，干燥至酒精挥发，再将干燥后的混合料放入温度低于60 ℃的烘箱中烘8 h，然后过60-150目筛；
（3）将不锈钢带压成U形，再向U形槽中加入上述粉芯材料；
（4）将U形不锈钢带闭合，将粉末包覆其中，使其按照顺序分别通过直径为：3.0mm、2.6 mm、2.4 mm、2.2 mm、2.0 mm的拉丝模具，逐道拉拔、减径，最终获得直径为2.0 mm、表面光洁、无毛刺的的粉芯丝材。
粉芯丝材在制备抗高温氧化/硫化Fe基纳米涂层中的应用，包括以下步骤：
步骤一，采用电弧喷涂技术制备高非晶含量的非晶前驱体涂层：
1. 对基体表面进行预处理：在基体表面除油除锈后，在气压为0.72 Mpa下，采用粒度为5-35目的棕刚玉砂，进行基体表面喷砂粗化；
2. 将粉芯丝材装入电弧喷涂设备的送丝装置中，在预处理后的基体表面制备非晶前驱体涂层，设置电弧喷涂设备的工艺参数为：电压42 V；电流220 A；喷涂距离300 mm；压缩空气压力0.6 MPa；
步骤二，将步骤一中的非晶前驱体涂层进行晶化，得到纳米涂层：
采用差热分析设备以10 K/min 的升温速率对涂层进行差热分析，通过差热分析曲线确定非晶涂层的晶化温度，选定高于涂层晶化温度50-100 ℃的温度区间对涂层进行热处理，保温时间为30 min。
实施例5
一种粉芯丝材，由不锈钢带包覆粉芯制成，所述粉芯成分由七种元素粉末混合而成，其重量百分比含量范围如下：45% Cr、10% B、3% Al、3% Si、10% Nb、5% Mo、余量为Fe。不锈钢带选用304L不锈钢带，粉芯与不锈钢带的重量比为0.52:1。
粉芯丝材的制备方法包括以下步骤：
（1）将粉芯的七种元素粉末混合后加入酒精，在球磨机中湿混10 h，得到混合料，其中酒精与粉末的体积比为7:10，球磨机中不锈钢球与混合粉末的重量比为10:1，球磨机转速≤150r/min；
（2）将混合料放置于旋转蒸发仪中，干燥至酒精挥发，再将干燥后的混合料放入温度低于60 ℃的烘箱中烘10 h，然后过60-150目筛；
（3）将不锈钢带压成U形，再向U形槽中加入上述粉芯材料；
（4）将U形不锈钢带闭合，将粉末包覆其中，使其按照顺序分别通过直径为：3.0mm、2.6 mm、2.4 mm、2.2 mm、2.0 mm的拉丝模具，逐道拉拔、减径，最终获得直径为2.0 mm、表面光洁、无毛刺的的粉芯丝材。
粉芯丝材在制备抗高温氧化/硫化Fe基纳米涂层中的应用，包括以下步骤：
步骤一，采用电弧喷涂技术制备高非晶含量的非晶前驱体涂层：
1. 对基体表面进行预处理：在基体表面除油除锈后，在气压为0.8 Mpa下，采用粒度为5-35目的棕刚玉砂，进行基体表面喷砂粗化；
2. 将粉芯丝材装入电弧喷涂设备的送丝装置中，在预处理后的基体表面制备非晶前驱体涂层，设置电弧喷涂设备的工艺参数为：电压34 V；电流180 A；喷涂距离200 mm；压缩空气压力0.65 MPa；
步骤二，将步骤一中的非晶前驱体涂层进行晶化，得到纳米涂层：
采用差热分析设备以10 K/min 的升温速率对涂层进行差热分析，通过差热分析曲线确定非晶涂层的晶化温度，选定高于涂层晶化温度50-100 ℃的温度区间对涂层进行热处理，保温时间为30 min。
上述实施例1～实施例5制备的抗高温氧化/硫化Fe基纳米涂层的孔隙率、显微硬度、结合强度与抗高温腐蚀性能，其检测结果如下：
检测结果
| 实施例 | 孔隙率/% | 显微硬度/HV0.3 | 结合强度/MPa | 涂层与20G锅炉专用钢的抗高温氧化性能倍率关系A*(750℃) | 涂层与20G锅炉专用钢的抗高温硫化性能倍率关系B*(750℃) |
| 1 | 2.26 | 901 | 55 | 35 | 40 |
| 2 | 2.21 | 857 | 52 | 30 | 36 |
| 3 | 2.68 | 847 | 50 | 28 | 28 |
| 4 | 1.92 | 921 | 58 | 36 | 45 |
| 5 | 1.68 | 856 | 56 | 37 | 48 |
A*: 此处A表示20G锅炉专用钢分别与实施例1-5涂层在750℃条件下，100 h后的累计氧化增重的比值。
B*: 此处B表示20G锅炉专用钢分别与实施例1-5涂层在750℃条件下，100 h后的累计硫化增重的比值。
Claims (6)
1.一种粉芯丝材，由不锈钢带包覆粉芯制成，其特征在于：所述粉芯成分由七种元素粉末混合而成，其重量百分比含量范围如下：30-50 % Cr、2-10% B、1-5% Al、1-5% Si、3-15%Nb、2-10% Mo、余量为Fe；粉芯与不锈钢带的重量比为（0.43~0.67）:1。
2.根据权利要求1的所述的一种粉芯丝材，其特征在于：所述粉芯成分重量百分比含量范围如下：35-50 % Cr、5-10% B、1-5 % Al、3-5 % Si、5-15 % Nb、5-10% Mo、余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的一种粉芯丝材，其特征在于：所述粉芯成分重量百分比含量范围如下：35-45% Cr、5-10% B、1-3 % Al、3-5 % Si、10-15 % Nb、5-10 % Mo、余量为Fe。
4.权利要求1所述的一种粉芯丝材的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）将粉芯的七种元素粉末混合后加入酒精，在球磨机中湿混5-10h，得到混合料，其中酒精与粉末的体积比为2:5-7:10，球磨机中不锈钢球与混合粉末的重量比为5:1-10:1，球磨机转速≤150r/min；
（2）将混合料放置于旋转蒸发仪中，干燥至酒精挥发，再将干燥后的混合料放入温度低于60 ℃的烘箱中烘5-10 h，然后过60-150目筛；
（3）将不锈钢带压成U形，再向U形槽中加入上述粉芯材料；
（4）将U形不锈钢带闭合，将粉末包覆其中，使其按照顺序分别通过直径为：3.0 mm、2.6mm、2.4 mm、2.2 mm、2.0 mm的拉丝模具，逐道拉拔、减径， 最终获得直径为2.0 mm的粉芯丝材。
5.权利要求1所述的一种粉芯丝材在制备抗高温氧化/硫化Fe基纳米涂层中的应用，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，采用电弧喷涂技术制备高非晶含量的非晶前驱体涂层：
对基体表面进行预处理：在基体表面除油除锈后，在气压为0.7-0.8 Mpa下，采用粒度为5-35目的棕刚玉砂，进行基体表面喷砂粗化；
将粉芯丝材装入电弧喷涂设备的送丝装置中，在预处理后的基体表面制备非晶前驱体涂层，设置电弧喷涂设备的工艺参数为：喷涂电压32-42 V，喷涂电流160-220 A，喷涂距离100-300 mm，压缩空气压力 0.6-0.7 Mpa；
步骤二，将步骤一中的非晶前驱体涂层进行晶化，得到纳米涂层：
采用差热分析设备以10 K/min 的升温速率对涂层进行差热分析，通过差热分析曲线确定非晶涂层的晶化温度，选定高于涂层晶化温度50-100 ℃的温度区间对涂层进行热处理，保温时间为30 min。
6.根据权利要求5所述的一种粉芯丝材在制备抗高温氧化/硫化Fe基纳米涂层中的应用，其特征在于：所述步骤一中设置电弧喷涂设备的工艺参数为：喷涂电压 34-36 V， 喷涂电流160-180 A，喷涂距离 200 mm， 压缩空气压力0.65 Mpa。
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