CN104404427A - 一种制备含有非晶相高耐磨涂层的粉芯丝材 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于电站锅炉“四管”受热面防护用涂层材料领域的一种制备含有非晶相高耐磨涂层的粉芯丝材。该涂层中各组分及其重量百分比如下：B：4.0～8.0％，Cr：4.0～8.0％，C：0.5～2.5％，V：0～2.5％，余量为Fe。将硼铁粉末、高碳铬铁粉末和钒铁粉按优化的比例充分混合，采用轧拔工艺将粉末与钢带复合制备出直径为2.0mm，填充率为32～34％的粉芯丝材，优化电弧喷涂工艺参数制备出含有非晶相的热喷涂涂层，该涂层具有良好的结合强度，在电站锅炉“四管”受热面的工况条件下具有较高的耐磨性能，能够延长电站锅炉“四管”的寿命。

Description

一种制备含有非晶相高耐磨涂层的粉芯丝材
技术领域
本发明属于电站锅炉“四管”受热面防护涂层材料制备技术领域，特别涉及一种制备含有非晶相高耐磨涂层的粉芯丝材。
背景技术
我国的煤炭资源非常丰富，一次能源以原煤为主。作为我国国民经济先行产业的电力工业，火力发电站占据主导地位。我国的火力发电以煤为主要燃料，燃煤火电站的发电量约占总发电量的四分之三。但我国煤品质不等，尤其动力用煤使用的是低品质劣质煤，导致电站锅炉用煤的品质低下。燃煤中品质的下降使锅炉受热面产生磨损、积灰、结渣、腐蚀等一系列问题，受热面使用寿命降低，管道爆漏的现象频繁发生。电站锅炉“四管”受热面因积灰、腐蚀和磨损泄漏爆管而引起的炉管过早失效，高温氧化以及由于飞灰和未燃的碳颗粒影响而造成腐蚀与磨损，成为电站锅炉急需解决的问题。
腐蚀和磨损均是发生于物体表面的物质流失过程，而且其它形式的失效绝大部分也是从物体表面开始。因此，为了增强锅炉水冷壁管抗腐蚀、耐磨性能，对其表面进行强化处理而不用换新管是一种经济实用的方法。目前使用的水冷壁管热浸渗铝技术、喷焊Ni-W合金技术、刷防腐耐磨涂料等方法在实验条件下性能很好，但在实用中效果都不甚理想。随着科技的日新月异，热喷涂作为一种新的表面强化技术得到不断的发展，为对锅炉水冷壁管进行表面强化处理提供了技术上的保证。
目前，市场上用于电站锅炉“四管”防护的热喷涂材料较多，有的热喷涂材料使用寿命长，但价格昂贵，有的热喷涂材料价格低廉，但使用寿命不能满足电厂一个大修期的要求。从防护原理角度大体上分为形成致密钝化膜的涂层材料，形成金属间化合物的涂层材料和形成非晶相的涂层材料。目前普遍应用于抗氧化或者抗腐蚀的Cr合金，就是在表面形成致密的氧化膜，而对于Al和Zn来，除了形成氧化膜，还可以通过阴极牺牲的方式，保护材料不被腐蚀。这些材料中成本低的涂层材料，寿命不能满足现实的使用要求。以Fe3Al金属间化合物为代表的热喷涂涂层是在涂层中形成了一定含量的金属间化合物，提高了防护涂层的抗氧化和抗腐蚀的寿命。但是对于这类复合材料，控制界面的工艺问题较为严峻，通常认为复合材料的性能更多地取决于工艺，工艺水平不同，性能会相差很远。所以一种性价比更高性能更稳定的防护材料急需研究出现。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备含有非晶相高耐磨涂层的粉芯丝材。
一种用于制备含有非晶相高耐磨涂层的粉芯丝材，其特征在于，该涂层中各组分及其重量百分比如下：B：4.0～8.0％，Cr：4.0～8.0％，C：0.5～2.5％，V：0～2.5％，余量为Fe。
将硼铁粉末、高碳铬铁粉末和钒铁粉末按优化的比例充分混合，采用药芯焊丝成型设备，使钢带变形成U型，按比例加入混合粉末，常温轧制合圆，然后采用常温拉拔工艺减径，最终制备出直径为2.0mm，填充率为32～34％的粉芯丝材；采用电弧喷涂工艺将丝材熔化，经拉瓦尔喷嘴加速后的高速气流将融化的丝材雾化为粒度细小、分布均匀的粒子，喷向工作表面形成涂层。涂层厚度不小于0.4mm，该涂层与基体金属结合强度不低于40MPa，硬度不低于50HRC，工作温度大于1100℃，在电站锅炉“四管”受热面的工况条件下具有较高的耐磨性能，能够延长电站锅炉“四管”的寿命。
本发明所用的硼铁粉末，高碳铬铁粉末和钒铁粉末均为市场上成熟的粉末产品。
本发明的有益效果为：在本发明中，采用高速电弧喷涂技术喷涂制备涂层，涂层中微量金属钒的存在促进了晶粒的细化，从粉芯丝材在导电嘴交接处短路融化到被压缩空气吹成熔滴，以扁片状镶嵌于基体表面，整个过程时间非常短，这个从融化到冷却的速率，达到了形成非晶相α-Fe(Cr)的临界值，在涂层中形成一定含量的非晶相，改变了涂层的微观结构，提高了涂层的耐冲蚀性能。由于加入微量的金属钒，增加材料成本不明显，但提高涂层的耐冲蚀性能明显，性价比非常高。
本发明提供的含有非晶相高耐磨涂层的粉芯丝材，可用于火力发电厂的锅炉“四管”受热面的防护，同时该涂层还可以用于其他高温腐蚀苛刻的工况。采用高速电弧喷涂制备的该涂层具有良好的结合强度，在室温到900℃范围内具有良好的耐磨耐蚀性能。该涂层的出现可以解决火力发电厂的锅炉“四管”受热面防护涂层材料成本高或者涂层使用寿命短的问题，从而提高锅炉“四管”受热面防护涂层的性价比。
附图说明
图1为实施例3粉芯丝材电弧喷涂制备的涂层表面微观形貌；
图2为实施例3粉芯丝材制备涂层的相成分分析。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
实施例1
一种制备含有非晶相高耐磨涂层的粉芯丝材，方法如下：以硼铁粉末、高碳铬铁粉末和钒铁粉末为原料，首先将粉末按如下比例配制：高碳铬铁粉末占25％，硼铁粉末占72.5％，钒铁粉末占2.5％，然后将混合粉末在100℃下烘1h，烘干后混合2-3h。最后通过轧拔设备将混合粉末与钢带复合，制备出的粉芯丝材中粉末占32-34％。采用高速电弧喷涂技术将其喷涂在电站锅炉“四管”受热面表面上，则在受热面表面形成了一层耐冲蚀的涂层。
上述方法制备的用于锅炉“四管”受热面防护的涂层中，各组分及其重量百分比如下：B：4.9％，Cr：5.3％，C：0.72％，V：0.6％，余量为Fe。
本实施例制备的耐磨自润滑涂层与基体的结合强度大于45MPa，显微硬度的平均值HV0.3为623。
实施例2
一种制备含有非晶相高耐磨涂层的粉芯丝材，方法如下：以硼铁粉末、高碳铬铁粉末和钒铁粉末为原料，首先将粉末按如下比例配制：高碳铬铁粉末占22.5％，硼铁粉末占72,5％，钒铁粉末占5.0％，然后将混合粉末在100℃下烘1h，烘干后混合2-3h。最后通过轧拔设备将混合粉末与钢带复合，制备出的粉芯丝材中粉末占32-34％。采用高速电弧喷涂技术将其喷涂在电站锅炉“四管”受热面表面上，则在受热面表面形成了一层耐冲蚀的涂层。
上述方法制备的用于锅炉“四管”受热面防护的涂层中，各组分及其重量百分比如下：B：4.9％，Cr：4.7％，C：0.65％，V：1.2％，余量为Fe。
本实施例制备的耐磨自润滑涂层与基体的结合强度大于45MPa，显微硬度的平均值HV0.3为681。
本实施例的涂层截面微观形貌如图1所示，从图中可以看出，涂层与基材的结合紧密，在界面处不存在气孔，裂纹和斑纹等缺陷；制备的涂层XRD图谱，可以看出，在涂层的XRD图谱2θ＝45°处出现了一个明显的漫散射封，说明涂层在沉积过程中形成了非晶结构。
实施例3
一种制备含有非晶相高耐磨涂层的粉芯丝材，方法如下：以硼铁粉末、高碳铬铁粉末和钒铁粉末为原料，首先将粉末按如下比例配制：高碳铬铁粉末占20％，硼铁粉末占72.5％，钒铁粉末占7.5％，然后将混合粉末在100℃下烘1h，烘干后混合2-3h。最后通过轧拔设备将混合粉末与钢带复合，制备出的粉芯丝材中粉末占32-34％。采用高速电弧喷涂技术将其喷涂在电站锅炉“四管”受热面表面上，则在受热面表面形成了一层耐冲蚀的涂层。
上述方法制备的用于锅炉“四管”受热面防护的涂层中，各组分及其重量百分比如下：B：4.9％，Cr：4.2％，C：0.58％，V：1.9％，余量为Fe。
本实施例制备的耐磨自润滑涂层与基体的结合强度大于45MPa，显微硬度的平均值HV0.3为710。
应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (3)

1.一种含有非晶相的高耐磨涂层，其特征在于，该涂层中各组分及其重量百分比如下：B：4.0～8.0％，Cr：4.0～8.0％，C：0.5～2.5％，V：0～2.5％，余量为Fe。
2.一种含有非晶相高耐磨涂层的粉芯丝材，其制备特征在于，将硼铁粉末、高碳铬铁粉末和钒铁粉按权利要求1所述的比例充分混合，采用药芯焊丝成型设备，使钢带变形成U型，按比例加入混合粉末，常温轧制合圆，然后采用常温拉拔工艺减径，最终制备出直径为2.0mm，填充率为32～34％的粉芯丝材。
3.根据权利要求2所述的一种含有非晶相高耐磨涂层的粉芯丝材，其特征在于，涂层的制备是采用电弧喷涂工艺将丝材熔化，经拉瓦尔喷嘴加速后的高速气流将融化的丝材雾化为粒度细小、分布均匀的粒子，喷向工作表面形成涂层，涂层厚度不小于0.4mm，该涂层与基体金属结合强度不低于40MPa，硬度不低于50HRC，工作温度大于1100℃，可用于电站锅炉“四管”受热面。
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