CN1043364C - 一种耐蚀涂层用的超合金粉末及其制造耐蚀合金涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
一种耐蚀超合金粉末，其特征在于合金粉末是以磷的共晶组织为主体的合金状态粉末，最大的特点是耐蚀，其重量组成如下：磷8到15%，铜1.5到5%，余下部分为镍，其颗粒度为-150目和熔点不高于950℃，在金属基体表面上先涂覆粘结剂，然后涂覆合金粉末，在温度为20-150℃下固化烘干，在烧结炉膛内温度为980-1050℃，并通有还原性保护气氛，烧结时间为20-30分钟，保护气氛露点温度不高于-40℃，金属构件出炉温度不高于300℃，经烧结的金属构件表面就形成一层厚度约为25-35μm的光亮，致密而又耐低温硫酸露点腐蚀的合金涂层。
Description
本发明是关于在金属表面，特别是在碳钢和低合金钢表面烧结合金涂层所用合金粉末材料的合金化成份组成以及制造耐蚀涂层的方法，属于用加热法处理金属表面涂覆层领域，国际专利分类号为C23C24/08和C23C24/10。
众所周知，金属和合金粉末绝大多数是被用做粉末冶金、热喷涂、等离子喷涂、等离子溅射、工件的钎焊等行业的主要原材料，这些粉末的制造大部分是采用机械粉碎法或者熔融合金的雾化制粉法，粉末的成份组成主要是通过合金化或者是单金属粉末的混合或者是以上两种方法的混合来达到的。由于现有的金属和合金粉末的成份和制造涂层方法的限制，用含有铁、镍、钴、铬、硅、铝等元素的金属和合金粉末材料，采用热喷涂、等离子喷涂等工艺方法在金属表面制造的涂层不够致密，因而用于较强的低温硫酸露点腐蚀环境受到了限制，目前主要用于金属表面耐磨层及磨损部位的修补，中国专利CN88105681.2是一种耐火材料模具表面烧结熔融耐磨涂层工艺，表面涂层材料为含WC的镍基、铁基、钴基，自熔合金粉末，只能解决耐磨问题，而不能解决耐蚀问题。国外也在研究采用自润湿烧结方法在金属表面制备耐蚀合金涂层，但目前所制备的涂层仍然存在不致密的缺陷，为了解决这个问题，国外采用在保护气氛下再将烧结的合金涂层附加压制变形的办法来轧合涂层的针孔，但这种方法工艺复杂，成本昂贵，甚至有许多工件是无法实施的，所以还不能解决强腐蚀环境的低温硫酸露点腐蚀问题。
本发明的目的是为了解决金属构件用于很强的低温硫酸露点腐蚀问题，本发明提供一种耐蚀合金涂层用的超合金粉末及其制造耐蚀合金涂层的方法，尤其是在碳钢和低合金钢表面烧结形成一层光亮、致密，而又耐很强的低温硫酸露点腐蚀的合金涂层。
本发明是根据冶金学的合金化与合金重熔原理及粉末冶金与凝固理论原理研究配制出耐蚀合金涂层用的超合金粉末，本发明提供的合金粉末是以磷的共晶组织为主体的合金状态粉末，最大的特点是耐蚀，其重量组成为：磷8到15％，铜1.5到5％，铬少于或等于2％，硼少于或等于2％，铁少于或等于2％，硅少于或等于2％，余下部分为镍，利用合金化方法在中频感应炉内冶炼，采用氮气保护，将成份配比合格的熔融合金液用氮气雾化冷却制粉，冷却速度要大于600℃/秒，雾化粉末经筛选颗粒度为-150目，合金粉末要严格控制碳和氧等有害元素的含量，烧结过程中应确保气氛露点温度在-40℃以下。
本发明提供的耐蚀合金涂层所用的超合金粉末是合金状态的粉末，而不是单质元素的混合粉末，经重熔烧结以后形成合金层的组织是以磷的共晶组织为主体的，其熔点低于950℃，该组织有利于降低合金粉末的熔点和烧结温度，提高热润湿性以及烧结过程中减少工件的变形量。
本发明提供制造耐蚀涂层的方法如下：
1．在金属构件表面除油除锈，
2．在清洁的金属构件表面上先涂覆一层粘结剂，而后涂覆合金粉末，合金粉末的重量组成为：磷8-15％，铜1.5-5％，铬≤2％，硼≤2％，铁≤2％，硅≤2％，余下部分为镍，
3．在温度为20-150℃条件下固化烘干，
4．在烧结炉膛内烧结温度为980-1050℃，并通有还原性保护气氛，烧结时间为20-30分钟，保护气氛露点温度不高于-40℃，
5．金属构件出炉温度不高于300℃。
金属构件在烧结炉内用还原性气氛保护，例如用NH3分解保护气氛进行高温烧结，经烧结的金属构件表面就形成一层厚度为25-35μm的光亮、致密，而又耐低温硫酸露点腐蚀的合金涂层。
与本发明相配套的粘结剂是由重量组成为：≤2％酚醛树脂，≤5％异丙醇，6-15％聚乙烯醇缩丁醛，余下的为乙醇，经过充分搅拌而制备的。
本发明达到的效果是解决了金属构件在低温硫酸露点腐蚀环境中的腐蚀问题，工业加热炉和锅炉的热量回收系统以及环保系统中的设备与构件的表面采用本发明的耐蚀合金涂层就能达到抵抗很强的低温硫酸露点腐蚀的目的，金属构件表面采用本发明制造的烧结耐蚀合金涂层，在各种条件下的耐低温硫酸露点腐蚀性能有显著提高如：表-1为部分试样浸泡腐蚀对比试验数据，表-2为模拟试验台架腐蚀试验结果，表-3为现场装置中试对比试验结果。
实施例1
基体材料采用20#钢管，其外壁螺旋缠绕上20#钢翅片，翅片形状是直翅片或L型翅片，将缠绕好的翅片两端与基体钢管外壁表面点焊固定，然后对整个翅片管按如下步骤进行耐蚀合金涂层的烧结处理：
1．对整个翅片管进行除油除锈处理，
2．在经除油除锈后的清洁翅片管上涂覆一层粘结剂，粘结剂是由重量组成88％乙醇，1.0％酚醛树脂，5.0％异丙醇和6.0％聚乙烯醇缩丁醛混合搅拌而制得的，而后涂覆由重量组成为10％磷，2.5％铜，1.0％铁，0.5％铬，0.5％硼，0.5％硅，余下部分是镍的合金粉末，其颗粒度为-150目，
3．在温度为150℃固化烘干，
4．将涂覆固化好的翅片管置入烧结炉内，并通入NH3分解保护气氛，气氛露点温度控制在-40℃以下，炉膛烧结温度控制为1000℃，烧结时间为30分钟，
5．翅片管出炉温度为250℃。
经以上步骤在翅片管外表面就烧结形成一层光亮、致密、而又耐低温硫酸露点腐蚀的合金涂层，涂层厚度约为35μm，并且本发明的优越性是将缠绕式翅片管的翅片钎焊和整个翅片管的外表面合金涂层的制备，在烧结过程中只需一道工序就能全部完成。
实施例2
基体材料选用A3钢管耐蚀合金涂层的烧结按以下步骤进行：
1．对A3钢管表面除油除锈，
2．在经除油除锈后的清洁A3钢管表面上先涂覆粘结剂，粘结剂是由重量组成85.5％乙醇，1.5％酚醛树脂，2.5％异丙醇和10.5％聚乙烯醇缩丁醛混合搅拌而制得的，涂覆粘结剂后马上涂覆合金粉末，合金粉末重量组成为：磷14％，铜4％，铬1％，铁1％，硼1％，硅1％，余下部分是镍，合金粉末的颗粒度为-150目，
3．涂覆合金粉末后马上在温度为100℃的条件下固化烘干，
4．将涂覆烘干后的A3钢管在烧结炉内烧结，烧结温度控制为1000℃，炉膛内通入NH3分解气体保护气氛，气氛露点温度不高于-40℃，烧结时间为25分钟，
5．构件出炉温度为250℃，
在出炉的A3钢管外表面就烧结形成一层光亮、致密而又耐低温硫酸露点腐蚀的合金涂层，涂层厚度为3μm左右。
实施例3
选20#钢管为基体材料，耐蚀合金涂层的烧结按以下步骤进行：
1．钢管外表面除油除锈，
2．在经除油除锈后的清洁20#钢管外表面上先涂覆粘结剂，粘结剂重量组成是85％乙醇，0.5％酚醛树脂，0.5％异丙醇和14％聚乙烯醇缩丁醛，经涂覆粘结剂的20#钢管马上涂覆合金粉末，合金粉末的重量组成为：磷8％，铜1.5％，铁0.5％，铬0.5％，余下部分为镍，合金粉末颗粒度为-150目，
3．经涂覆合金粉末后马上在30℃下固化烘干，
4．固化烘干后的20#钢管置于烧结炉内烧结，烧结温度控制为1020℃，炉膛内通入NH3分解保护气氛，气氛露点温度控制在-40℃以下，烧结时间为30分钟，
5．工件出炉温度为300℃，
出炉后的20#钢管外表面就烧结而形成一层光亮、致密而又耐低温硫酸露点腐蚀的合金涂层，涂层厚度为30μm左右。
浸泡腐蚀对比试验结果 表-1
| 试验材料 | 腐蚀速率(g/m2.h1) | 腐蚀速率mm/d20％H2SO4室温浸泡96小时 | |||
| 20％H2SO450℃浸泡6小时 | 50％H2SO480℃浸泡4小时 | 80％H2SO4140℃浸泡6小时 | 85％H2SO4加活性碳110℃浸泡24小时 | ||
| 20#碳钢 | 266.209 | 816.308 | - | - | 67.2650 |
| 1Cr18Ni9Ti | 69.667 | 102.531 | 550.655 | 116.348 | - |
| 本发明试样 | 0.447 | 0.840 | 3.2140 | 0.872 | 0.0346 |
模拟试验台架腐蚀试验结果 表-2
| 试样材料 | 介 质 浓 度 | 介质雾化程度 | 试件炉膛温度 | 试件表面温度 | 试验时间 | 腐蚀速率g/m2.h |
| 20#碳钢 | 40％H2SO4 | 每隔60分钟雾化60分钟 | 200℃ | 30-50℃ | 48小时 | 1.188 |
| 本发明试样 | 40％H2SO4 | 每隔60分钟雾化60分钟 | 200℃ | 30-50℃ | 48小时 | 0.052 |
现场装置中试对比试验结果 表-3
| 试样材料 | 试件所处环境控制温度范围 | 试验时间(天) | 腐蚀垢物形貌 | 腐蚀形貌 |
| 经钝化处理的1Cr18Ni9Ti管 | 露点温度以下10-20℃(约120℃左右) | 114 | 垢物薄不均匀黄色 | 局部腐蚀较重但有金属光泽 |
| A3钢管 | 露点温度以下10-20℃(约120℃左右) | 114 | 垢物厚0.5-1.0mm乳白色坚硬 | 表面粗糙有点蚀坑局部1-2mm |
| A3钢管 | 露点温度以下10-20℃(约120℃左右) | 124 | 垢物厚7-8mm黑灰色，内部白色非常坚硬 | 不均匀，麻点很多，严重腐蚀局部达4mm/a |
| 本发明试样 | 露点温度以下10-20℃(约120℃左右) | 124 | 垢物厚0.2-0.3mm黄白色易剥离 | 无腐蚀痕迹有金属光泽 |
Claims (4)
1、一种耐蚀涂层用的超合金粉末，其特征在于合金粉未是以磷的共晶组织为主体的合金状态粉未，其重量组成为磷8-15％，铜1.5-5％，余下部分为镍，合金粉未的颗粒度为-150目。
2、根据权利要求1所述的超合金粉未，其中还包括重量组成含有少于或等于2％的铬，少于或等于2％的硼，少于或等于2％的铁以及小于或等于2％的硅。
3、一种制造耐蚀合金涂层的方法，其特征在于：
(1)在金属构件表面除油除锈，
(2)在清洁的金属构件表面上先涂覆一层粘结剂，而后涂覆合金粉末，该粉末是以磷的共晶组织为主体的合金状态粉末，重量组成为磷8-15％，铜1.5-5％，少于或等于2％铬，少于或等于2％硼，少于或等于2％铁，少于或等于2％硅，余下部分为镍，所述粘结剂是由重量组成为：6-15％聚乙烯醇缩丁醛，≤2％酚醛树脂，≤5％异丙醇，余下的为乙醇，经过充分搅拌而制备的。
(3)在温度为20-150℃条件下固化烘干，
(4)在烧结炉膛内烧结温度为980-1050℃，并通有还原性保护气氛，烧结时间20-30分钟，保护气氛露点温度不高于-40℃，
(5)金属构件出炉温度不高于300℃。
4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于其中所述的还原性保护气氛为NH3分解气氛。
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