CN104313531A - 一种锅炉管束用耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法 - Google Patents

一种锅炉管束用耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锅炉管束用耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法，该方法为：一、采用气雾法制备铁基非晶合金粉末，所述铁基非晶合金粉末由以下重量百分比的原料混合制成：Mo0.05％～2.0％，Cr11.0％～20.0％，Ni12.0％～20.0％，Si6.0％～12.0％，A10～4.0％，C4.8％～10.5％，余量为Fe和不可避免的杂质；二、采用等离子体喷涂工艺在锅炉管束表面制备得到耐蚀耐磨的铁基非晶涂层。本发明制备的铁基非晶涂层具有优异的耐腐蚀，耐磨性能和高温稳定性，处于热腐蚀与冲蚀共同作用的环境中能够很好的防护锅炉管束的热侵蚀面，有效的延长锅炉管束的使用寿命。

Description

一种锅炉管束用耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法
技术领域
本发明属于热喷涂处理技术领域，具体涉及一种锅炉管束用耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法。
背景技术
燃煤电站锅炉受热面的腐蚀现象普遍存在，水冷壁管，过热器，再热器等高温受热面，常常因高温氧化，腐蚀而失效。近年来，随着锅炉向着大容量，高参数发展，腐蚀现象更加的明显，从而严重影响了电厂的安全运行。随着热喷涂技术的不断发展和完善，以及应用领域的扩展，热喷涂涂层所表现的防腐耐磨优越性在锅炉管道防护上应用越来越广泛，采用热喷涂金属涂层，陶瓷涂层，金属陶瓷复合涂层及金属间化合物涂层等工艺，能够有效的控制锅炉管束使用过程中的高温冲蚀磨损问题，是人们所接收的一项经济，可靠的表面处理方法，有效的解决了锅炉管束防护问题。
非晶材料较传统晶体材料具有独特而优异的性能，非晶合金不存在如晶界和位错等晶体缺陷，具有更好的耐蚀耐磨性能，并且在变形时不会出现传统合金的加工硬化，因此是很有发展前景的新型材料。但是实际中非晶材料并没有得到更广泛的应用，其主要的原因是非晶材料形态(带材，丝材和粉末)限制了其不能作为大型的结构材料加以应用。利用热喷涂技术制备非晶涂层比较容易实现，因此，可以将热喷涂制备非晶涂层工艺应用在锅炉管束防腐耐磨领域，将在锅炉管束防腐耐磨领域上有着良好的应用前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种锅炉管束用耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法。该方法利用等离子喷涂的工艺在锅炉管束表面制备铁基非晶涂层，该铁基非晶涂层具有优异的耐腐蚀，耐磨性能和高温稳定性，处于热腐蚀与冲蚀共同作用的环境中能够很好的防护锅炉管束的热侵蚀面，铁基非晶涂层良好的组织结构和非晶态结构更有利于涂层性能的展现，能够有效的延长锅炉管束的使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种锅炉管束用耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、采用气雾法制备铁基非晶合金粉末，所述铁基非晶合金粉末由以下重量百分比的原料混合制成：Mo0.05％～2.0％，Cr11.0％～20.0％，Ni12.0％～20.0％，Si6.0％～12.0％，Al0～4.0％，C4.8％～10.5％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述铁基非晶合金粉末的粒度为30μm～80μm；
步骤二、采用等离子体喷涂工艺在锅炉管束表面制备得到耐蚀耐磨的铁基非晶涂层，所述等离子体喷涂工艺的工艺条件为：电弧电压为40V～90V，电弧电流为350A～650A，氩气流量为10L/min～30L/min，氢气流量为1L/min～10L/min，喷枪移动速度为30mm/s～70mm/s，喷涂距离为80mm～110mm，其中，所述氩气流量大于所述氢气流量；所述铁基非晶涂层的厚度为100μm～400μm。
上述的一种锅炉管束用耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法，其特征在于，步骤一中所述铁基非晶合金粉末由以下重量百分比的原料混合制成：Mo0.5％～1.5％，Cr11.0％～15.0％，Ni12.5％～16.0％，Si6.5％～8.0％，Al1.0～3.0％，C6.5％～8.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述的一种锅炉管束用耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法，其特征在于，所述铁基非晶合金粉末由以下重量百分比的原料混合制成：Mo0.5％，Cr11.0％，Ni12.5％，Si8.0％，Al1.0％，C6.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述的一种锅炉管束用耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法，其特征在于，所述铁基非晶合金粉末由以下重量百分比的原料混合制成：Mo1.5％，Cr15.0％，Ni16.0％，Si6.5％，Al3.0％，C8.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述的一种锅炉管束用耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法，其特征在于，所述铁基非晶合金粉末由以下重量百分比的原料混合制成：Mo1.0％，Cr13.0％，Ni14.25％，Si7.25％，Al2.0％，C7.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述的一种锅炉管束用耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法，其特征在于，步骤二中所述电弧电压为60V～70V，电弧电流为450A～550A，氩气流量为15L/min～25L/min，氢气流量为5L/min～8L/min，喷枪移动速度为40mm/s～60mm/s，喷涂距离为90mm～110mm。
上述的一种锅炉管束用耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法，其特征在于，所述电弧电压为65V，电弧电流为500A，氩气流量为20L/min，氢气流量为7L/min，喷枪移动速度为50mm/s，喷涂距离为100mm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的方法利用等离子喷涂的工艺在锅炉管束表面制备铁基非晶涂层，该铁基非晶涂层具有优异的耐腐蚀，耐磨性能和高温稳定性，处于热腐蚀与冲蚀共同作用的环境中能够很好的防护锅炉管束的热侵蚀面，铁基非晶涂层良好的组织结构和非晶态结构更有利于涂层性能的展现，能够有效的延长锅炉管束的使用寿命。
2、本发明利用铁基非晶合金粉末为喷涂材料，利用多组元成分在锅炉管束表面形成非晶态成分的涂层材料，该涂层材料呈层状堆叠结构，微观组织均匀，结构致密，没有明显的聚集孔隙和宏观裂纹的存在，基体与涂层材料的结合状况良好。
3、本发明在锅炉管束表面制备的铁基非晶涂层具有特殊的“非晶包”结构，具有很高的活性，极易在腐蚀介质中形成钝化膜，延缓腐蚀的进行，同时铁基非晶涂层中相对较高含量的耐蚀元素Cr和Ni容易生成具有抗腐蚀性的氧化物，因此本发明中的铁基非晶涂层具有优异的耐蚀性，满足在强腐蚀介质中工作的需求。
4、本发明制备的铁基非晶涂层独特的组织和结构使其具有较高的硬度，涂层材料成分中W，Si，C等的存在能够在等离子喷涂的过程中生成WC，SiC等硬质相，提高了涂层材料的耐磨性，并且喷涂材料主要成分Fe的存在更利于涂层与基体间的结合，能够保证良好的导热性能，而且Fe基粉末成本低，性能优异，能够满足于锅炉管束工作环境的要求，高性能低成本适合于广泛推广应用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例1中铁基合金非晶粉末的SEM照片。
图2为本发明实施例1中铁基合金非晶粉末的X射线衍射谱图。
图3为本发明实施例1制备的铁基非晶涂层截面的SEM照片。
图4为本发明实施例1制备的铁基非晶涂层表面的SEM照片。
图5为本发明实施例1制备的铁基非晶涂层的X射线衍射谱图。
图6为本发明实施例1制备的铁基非晶涂层的电化学极化曲线。
图7为本发明实施例1制备的铁基非晶涂层的磨痕形貌图。
具体实施方式
实施例1
本实施例制备锅炉管束用耐蚀耐磨铁基非晶涂层的方法包括以下步骤：
步骤一、采用气雾法制备铁基非晶合金粉末，所述铁基非晶合金粉末由以下重量百分比的原料混合制成：Mo0.5％，Cr11.0％，Ni12.5％，Si8.0％，Al1.0％，C6.5％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述铁基非晶合金粉末的粒度为50μm；
步骤二、采用等离子体喷涂工艺在锅炉管束表面制备得到耐蚀耐磨的铁基非晶涂层，所述等离子体喷涂工艺的工艺参数为：电弧电压为65V，电弧电流为500A，氩气流量为20L/min，氢气流量为7L/min，喷枪移动速度为50mm/s，喷涂距离为100mm；所述铁基非晶涂层的厚度为300μm，所述锅炉管束的材质为T91钢。
图1为实施例1中铁基合金非晶粉末的SEM照片，从图1中可看出铁基合金非晶粉末的颗粒近似球形，这能够保证在喷涂时粉末具有良好的流动性，有利于喷涂的持续进行。图2为实施例1中铁基合金非晶粉末的X射线衍射谱图，从图2中可看出铁基非晶喷涂粉末中存在明显的“非晶包”，该喷涂材料为非晶态合金粉末。
图3为实施例1制备的铁基非晶涂层截面的SEM照片，从图3中可看出本实施例制备的铁基非晶涂层具有层状堆叠结构，基体与涂层的结合状况良好，组织均匀，涂层结构致密，没有明显的聚集孔隙和宏观裂纹的存在。图4为实施例1制备的铁基非晶涂层表面的SEM照片，从图4中可看到铁基非晶涂层中的粉末颗粒具有良好的熔化状态和表面铺张状态，粉末颗粒的熔化状态决定了涂层结构的特征，良好的熔化状态和铺展程度可以尽可能的填充孔隙，减少缺陷的存在。
图5为实施例1制备的铁基非晶涂层的X射线衍射谱图，从图5中可看出实施例1制备的铁基非晶涂层中存在明显的“非晶包”，表明采用本实施例的方法在锅炉管束表面制备得到了结构致密，结合良好，无聚集孔隙和宏观裂纹的铁基非晶涂层。
采用三电极恒电位仪测定实施例1制备的铁基非晶涂层在3.5wt％的NaCl溶液中的电化学特性，图6为得到的电化学极化曲线，从图6中可看出铁基非晶涂层具有明显较宽的钝化区，较高的自腐蚀电位，这是由于非晶态具有着很高的活性，易于在腐蚀介质中形成钝化膜，也因此非晶态涂层更容易表现出优异的耐蚀性，其成分中含有相对较高量的耐蚀元素Cr和Ni，容易生成具有抗腐蚀性的氧化物，良好的组织结构也使锅炉管束与腐蚀介质相隔绝，腐蚀介质无法以涂层材料中存在的缺陷为途径腐蚀锅炉管束。
在施加载荷为10N，转速为1440r/min，磨损时间为5h的条件下，采用M-2000型摩擦磨损试验机测试实施例1制备的铁基非晶涂层的磨损情况，图7为实施例1中铁基非晶涂层的磨痕形貌图，从图7中可看出，铁基非晶涂层的磨痕细密，整体平滑，无大块剥落和明显裂纹产生，采用XH-1000TM型显微硬度计，测定铁基非晶涂层的平均显微硬度为902.1HV，具有较高的硬度，这是由于铁基合金非晶粉末中的Si，C等元素的有利于在喷涂过程中形成SiC等硬质相，提高涂层的硬度和耐磨性。
实施例2
本实施例制备锅炉管束用耐蚀耐磨铁基非晶涂层的方法包括以下步骤：
步骤一、采用气雾法制备铁基非晶合金粉末，所述铁基非晶合金粉末由以下重量百分比的原料混合制成：Mo1.5％，Cr15.0％，Ni16.0％，Si6.5％，Al3.0％，C8.5％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述铁基非晶合金粉末的粒度为60μm；
步骤二、采用等离子体喷涂工艺在锅炉管束表面制备得到耐蚀耐磨的铁基非晶涂层，所述等离子体喷涂工艺的工艺参数为：电弧电压为70V，电弧电流为550A，氩气流量为25L/min，氢气流量为8L/min，喷枪移动速度为60mm/s，喷涂距离为110mm；所述铁基非晶涂层的厚度为300μm，所述锅炉管束的材质为T91钢。
本实施例制备的铁基非晶涂层的微观结构中不存在晶体缺陷，具有极高的硬度，韧性和优异的耐蚀耐磨性能，用于锅炉管束热侵蚀面上的防护时，涂层材料显示出优异的耐蚀耐磨性能和热稳定性能，能够满足锅炉管束工作环境的要求，有效的解决锅炉管束防护上的问题，在该领域有着良好的应用前景。
实施例3
本实施例制备锅炉管束用耐蚀耐磨铁基非晶涂层的方法包括以下步骤：
步骤一、采用气雾法制备铁基非晶合金粉末，所述铁基非晶合金粉末由以下重量百分比的原料混合制成：Mo1.0％，Cr13.0％，Ni14.25％，Si7.25％，Al2.0％，C7.5％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述铁基非晶合金粉末的粒度为40μm；
步骤二、采用等离子体喷涂工艺在锅炉管束表面制备得到耐蚀耐磨的铁基非晶涂层，所述等离子体喷涂工艺的工艺参数为：在电弧电压为60V，电弧电流为450A，氩气流量为15L/min，氢气流量为5L/min，喷枪移动速度为40mm/s，喷涂距离为90mm；所述铁基非晶涂层的厚度为200μm，所述锅炉管束的材质为304H不锈钢。
本实施例制备的铁基非晶涂层的微观结构中不存在晶体缺陷，具有极高的硬度，韧性和优异的耐蚀耐磨性能，用于锅炉管束热侵蚀面上的防护时，涂层材料显示出优异的耐蚀耐磨性能和热稳定性能，能够满足锅炉管束工作环境的要求，有效的解决锅炉管束防护上的问题，在该领域有着良好的应用前景。
实施例4
本实施例制备锅炉管束用耐蚀耐磨铁基非晶涂层的方法包括以下步骤：
步骤一、采用气雾法制备铁基非晶合金粉末，所述铁基非晶合金粉末由以下重量百分比的原料混合制成：Mo0.05％，Cr20.0％，Ni12.0％，Si12.0％，Al4.0％，C4.8％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述铁基非晶合金粉末的粒度为30μm；
步骤二、采用等离子体喷涂工艺在锅炉管束表面制备得到耐蚀耐磨的铁基非晶涂层，所述等离子体喷涂工艺的工艺参数为：电弧电压为40V，电弧电流为350A，氩气流量为10L/min，氢气流量为1L/min，喷枪移动速度为30mm/s，喷涂距离为80mm；所述铁基非晶涂层的厚度为100μm，所述锅炉管束的材质为T91钢。
本实施例制备的铁基非晶涂层的微观结构中不存在晶体缺陷，具有极高的硬度，韧性和优异的耐蚀耐磨性能，用于锅炉管束热侵蚀面上的防护时，涂层材料显示出优异的耐蚀耐磨性能和热稳定性能，能够满足锅炉管束工作环境的要求，有效的解决锅炉管束防护上的问题，在该领域有着良好的应用前景。
实施例5
本实施例制备锅炉管束用耐蚀耐磨铁基非晶涂层的方法包括以下步骤：
步骤一、采用气雾法制备铁基非晶合金粉末，所述铁基非晶合金粉末由以下重量百分比的原料混合制成：Mo2.0％，Cr11.0％，Ni20.0％，Si6.0％，C10.5％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述铁基非晶合金粉末的粒度为80μm；
步骤二、采用等离子体喷涂工艺在锅炉管束表面制备得到耐蚀耐磨的铁基非晶涂层，所述等离子体喷涂工艺的工艺参数为：电弧电压为90V，电弧电流为650A，氩气流量为30L/min，氢气流量为10L/min，喷枪移动速度为70mm/s，喷涂距离为110mm；所述铁基非晶涂层的厚度为400μm，所述锅炉管束的材质为T91钢。
本实施例制备的铁基非晶涂层的微观结构中不存在晶体缺陷，具有极高的硬度，韧性和优异的耐蚀耐磨性能，用于锅炉管束热侵蚀面上的防护时，涂层材料显示出优异的耐蚀耐磨性能和热稳定性能，能够满足锅炉管束工作环境的要求，有效的解决锅炉管束防护上的问题，在该领域有着良好的应用前景。
实施例6
本实施例制备锅炉管束用耐蚀耐磨铁基非晶涂层的方法包括以下步骤：
步骤一、采用气雾法制备铁基非晶合金粉末，所述铁基非晶合金粉末由以下重量百分比的原料混合制成：Mo1.03％，Cr15.5％，Ni16.0％，Si8.0％，Al2.0％，C7.65％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述铁基非晶合金粉末的粒度为80μm；
步骤二、采用等离子体喷涂工艺在锅炉管束表面制备得到耐蚀耐磨的铁基非晶涂层，所述等离子体喷涂工艺的工艺参数为：电弧电压为65V，电弧电流为500A，氩气流量为20L/min，氢气流量为6L/min，喷枪移动速度为50mm/s，喷涂距离为100mm；所述铁基非晶涂层的厚度为200μm，所述锅炉管束的材质为T91钢。
本实施例制备的铁基非晶涂层的微观结构中不存在晶体缺陷，具有极高的硬度，韧性和优异的耐蚀耐磨性能，用于锅炉管束热侵蚀面上的防护时，涂层材料显示出优异的耐蚀耐磨性能和热稳定性能，能够满足锅炉管束工作环境的要求，有效的解决锅炉管束防护上的问题，在该领域有着良好的应用前景。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改，变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种锅炉管束用耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、采用气雾法制备铁基非晶合金粉末，所述铁基非晶合金粉末由以下重量百分比的原料混合制成：Mo0.05％～2.0％，Cr11.0％～20.0％，Ni12.0％～20.0％，Si6.0％～12.0％，Al0～4.0％，C4.8％～10.5％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述铁基非晶合金粉末的粒度为30μm～80μm；
步骤二、采用等离子体喷涂工艺在锅炉管束表面制备得到耐蚀耐磨的铁基非晶涂层，所述等离子体喷涂工艺的工艺条件为：电弧电压为40V～90V，电弧电流为350A～650A，氩气流量为10L/min～30L/min，氢气流量为1L/min～10L/min，喷枪移动速度为30mm/s～70mm/s，喷涂距离为80mm～110mm，其中，所述氩气流量大于所述氢气流量；所述铁基非晶涂层的厚度为100μm～400μm。
2.按照权利要求1所述的一种锅炉管束用耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法，其特征在于，步骤一中所述铁基非晶合金粉末由以下重量百分比的原料混合制成：Mo0.5％～1.5％，Cr11.0％～15.0％，Ni12.5％～16.0％，Si6.5％～8.0％，Al1.0～3.0％，C6.5％～8.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.按照权利要求2所述的一种锅炉管束用耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法，其特征在于，所述铁基非晶合金粉末由以下重量百分比的原料混合制成：Mo0.5％，Cr11.0％，Ni12.5％，Si8.0％，Al1.0％，C6.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.按照权利要求2所述的一种锅炉管束用耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法，其特征在于，所述铁基非晶合金粉末由以下重量百分比的原料混合制成：Mo1.5％，Cr15.0％，Ni16.0％，Si6.5％，Al3.0％，C8.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。
5.按照权利要求2所述的一种锅炉管束用耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法，其特征在于，所述铁基非晶合金粉末由以下重量百分比的原料混合制成：Mo1.0％，Cr13.0％，Ni14.25％，Si7.25％，Al2.0％，C7.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。
6.按照权利要求1所述的一种锅炉管束用耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法，其特征在于，步骤二中所述电弧电压为60V～70V，电弧电流为450A～550A，氩气流量为15 L/min～25L/min，氢气流量为5L/min～8L/min，喷枪移动速度为40mm/s～60mm/s，喷涂距离为90mm～110mm。
7.按照权利要求6所述的一种锅炉管束用耐蚀耐磨铁基非晶涂层的制备方法，其特征在于，所述电弧电压为65V，电弧电流为500A，氩气流量为20L/min，氢气流量为7L/min，喷枪移动速度为50mm/s，喷涂距离为100mm。
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