CN104831123A - 防腐涂层及其粉末原料与制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防腐涂层及其粉末原料与制备方法和应用，属于防腐材料技术领域。该防腐涂层的粉末原料主要由以下质量百分含量的成分组成：40％-60％的Ni60镍基合金，25％-45％的钼，3％-6％的铝和5％-15％的稀土氧化物。上述成分之间相互配合，制备得到的防腐涂层能够抑制生物质锅炉中的碱金属及氯腐蚀，达到很好的防腐效果，从而能够提高生物质锅炉的热效率，降低运行成本。

Description

防腐涂层及其粉末原料与制备方法和应用

技术领域

本发明涉及防腐材料技术领域，特别是涉及一种防腐涂层及其粉末原料与制备方法和应用。

背景技术

为了应对日益突出的能源危机和气候变化，世界各国高度重视清洁可再生能源的开发与利用，生物质燃料是被广泛认可的可再生的、潜在可持续的、相对环境友好的清洁能源。随着我国能源需求的日益增长，以煤炭、石油等为主的化石能源不断消耗，已对我国的能源结构和环境问题构成严重威胁。同时，由于我国的生物质燃料资源丰富，种类繁多，数量巨大，分布广泛，开发利用的潜力大，因此，生物质燃料的应用有助于减轻温室效应和维持生态良性循环，是解决能源和环境问题的有效途径之一，具有广阔的应用前景。

然而，生物质燃料中含有大量的碱金属、碱土金属及氯元素等，在高温燃烧环境下，碱金属及其相关无机元素可能在炉膛内形成熔渣或进入气相，以蒸汽和飞灰颗粒的形式沉积于受热面，影响锅炉的热效率，同时对换热面造成严重腐蚀；生物质燃料中的氯化物及其分解产物HCl和腐蚀过程中产生的Cl₂是造成锅炉管高温腐蚀的同样重要的原因，而且这种腐蚀不像硫酸盐腐蚀是一次性的，而是重复性的腐蚀，其中包括对合金钢中Cr和Ni的腐蚀。所有这些都会导致设备维护费用上升，降低设备的可用率和缩短运行周期，从而大大削弱整个生物质转化利用系统的适用性和在能源市场上的竞争力。为了解决上述问题，亟需一种能在生物质锅炉管壁上喷涂的防腐涂层，用以抑制生物质燃料中的碱金属及氯元素向管壁深处迁移，从而有效解决腐蚀问题，提高生物质锅炉的热效率和稳定性。

发明内容

基于此，针对上述问题，提供一种防腐涂层，该防腐涂层能够有效抑制锅炉受热面表面的碱金属和氯化物形成的高温粘结灰向管壁深处腐蚀，有效解决生物质锅炉管壁腐蚀问题。

一种防腐涂层的粉末原料，主要由以下质量百分含量的成分组成：

其中，钼即为Mo，铝即为Al。上述粉末原料中，Ni60镍基合金是一种高硬度的合金粉末，该合金粉末的自熔性、润湿性和喷焊性能好，具有耐腐蚀、抗氧化、耐热、耐低应力磨粒磨损及良好的冲击韧性等优点，且熔点低，对多种金属颗粒有较强的润湿能力，操作简便；稀土氧化物可以降低最终形成的防腐涂层的孔隙率，提高其致密性，增强涂层与基体的结合能力，所以，稀土氧化物的适当添加对涂层的耐腐蚀性能具有增强作用；Mo的适当添加对涂层耐腐蚀性能起到一定的促进作用；Al具有抗氧化作用，并且添加Al可降低涂层材料的成本。

上述成分之间相互配合，能够抑制生物质锅炉中的碱金属及氯腐蚀，达到很好的防腐效果，从而提高锅炉的热效率，降低运行成本。

在其中一个实施例中，所述Ni60镍基合金由以下质量百分含量的成分组成：

其中，铬即为Cr，石墨即为C，硼即为B，硅即为Si，铁即为Fe，镍即为Ni。采用上述成分的Ni60镍基合金，可以使最终得到的涂层具有较好的防腐性能。

在其中一个实施例中，所述稀土氧化物为氧化镧铈稀土。采用氧化镧铈稀土，可以使最终得到的涂层具有较好的防腐性能。且其中氧化镧和氧化铈的质量百分含量比优选30％-55％:70％-45％，更优选30％-40％:70％-60％，最优选34％-38％:66％-62％。

在其中一个实施例中，所述粉末原料中，粉末的粒度为150-200目。将粉末粒度控制在上述范围内，具有易于送粉且熔覆结合性高的优点。

本发明还公开了上述的粉末原料制备的防腐涂层。该防腐涂层能够抑制生物质锅炉中的碱金属及氯腐蚀，达到很好的防腐效果，从而提高锅炉的热效率，降低运行成本。

在其中一个实施例中，所述防腐涂层的厚度为5-8mm。可以理解的，涂层厚度越厚，其防腐性能越好，但是成本越高，实用性也越差，经过试验摸索后证实将涂层厚度控制在上述范围内，具有高效防腐且经济性最低的优点。

本发明还公开了上述的防腐涂层的制备方法，包括以下步骤：

1)称取上述的粉末原料，混合均匀；

2)将上述粉末原料铺置在基体钢的表面；

3)采用激光熔覆的方法在基体钢表面形成防腐涂层。

上述防腐涂层的制备方法，采用激光熔覆技术进行改性，操作过程较等离子喷涂工艺周期短，生产效率高，且几乎不会引起基体材料的热变形。

在其中一个实施例中，所述步骤2)为，先将基体钢表面进行清洁处理，再将上述粉末原料铺置在基体钢的表面；先对欲熔覆的基体钢表面进行清洁，能够增进涂层和基体的结合力。

所述步骤4)为，采用激光熔覆的方法在基体钢表面形成防腐涂层后，还进行打磨，去除表面氧化物结晶。

本发明还公开了上述的防腐涂层在生物质锅炉中的应用。上述防腐涂层能特别针对生物质燃料中含有的大量碱金属、碱土金属及氯元素等腐蚀性成分进行防腐，可抑制生物质锅炉中的碱金属及氯腐蚀，达到很好的防腐效果，从而提高锅炉的热效率，降低运行成本。

在其中一个实施例中，将所述防腐涂层熔覆于生物质锅炉的受热面上。避免以蒸汽和飞灰颗粒的形式沉积于受热面的腐蚀性成分对受热面的腐蚀。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的一种防腐涂层的粉末原料，以Ni60镍基合金、稀土氧化物、钼和铝相互配合，共同组成一种防腐涂层，能够抑制生物质锅炉中的碱金属及氯腐蚀，达到很好的防腐效果，从而提高锅炉的热效率，降低运行成本。

本发明的防腐涂层的制备方法，采用激光熔覆技术进行改性，与电弧喷涂相比操作过程工艺周期短，生产效率高，且几乎不会引起基体材料热变形。

并且，本发明采用的激光熔覆技术所涂覆的防腐涂层较具有较高的显微硬度，涂层与基体之间的结合力更强。

而且，本发明防腐涂层的制备方法与电弧喷涂相比粉末几乎无浪费，降低了投资成本。

附图说明

图1为实验例中实施例1基体钢试块腐蚀后表面形貌图；

图2为实验例中实施例2基体钢试块腐蚀后表面形貌图；

图3为实验例中实施例3基体钢试块腐蚀后表面形貌图；

图4为实验例中对比例1基体钢试块腐蚀后表面形貌图；

图5为实验例中对比例2基体钢试块腐蚀后表面形貌图；

图6为实验例中对比例3基体钢试块腐蚀后表面形貌图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但并不对本发明造成任何限制。

下述实施例中的原料来源如下：

Ni60镍基合金：激光熔覆高硬度Ni-Cr-B-Si系自熔性合金粉末中应用最广泛的一种，型号为KF-Ni60A，购自北矿新材科技有限公司。

基体钢试片：为316金属试片，购自高邮市文化环保设备厂。

氧化镧铈稀土：购自北京怡天惠金属材料有限公司(其中，La₂O₃ 35.91％CeO₂ 64.08％)。

钼：购自北京怡天惠金属材料有限公司。

铝：购自北京怡天惠金属材料有限公司。

实施例1

一种防腐涂层，涂覆于生物质锅炉的受热面上，能够抑制生物质锅炉运行中碱金属及氯的腐蚀，该防腐涂层通过以下方法制备得到。

(1)按照Ni60镍基合金、钼(Mo)、铝(Al)和氧化镧铈稀土质量比为50：35：5：10，称取各原料，将其在搅拌机内混合均匀，得到熔覆复合粉体材料，其中粉末粒度为150-200目。

(2)先将基体钢表面进行清洁处理，再将上述粉末原料铺置在基体钢的表面，在本实施例中具体操作如下：

A、预处理：将加工成150mm×70mm×3mm的试块基体钢表面进行清洁处理。可以理解的，可使用乳化液进行清洁，具有更好的清洁效果。

B、预置粉末：采用预置粉末法在基体钢的表面铺置一层步骤(1)得到的熔覆复合粉体材料。

(3)采用激光熔覆的方法在基体钢表面形成防腐涂层。在本实施例中具体操作如下：

A、熔覆：采用激光熔覆设备在数控机床上完成激光熔覆。

B、后处理：对熔覆后试片进行轻度打磨，去除表面氧化物结晶。

通过上述方法在基体钢表面制备得到防腐涂层，测得其维氏硬度为265.4HV。

实施例2

一种防腐涂层，与实施例1的防腐涂层制备方法类似，区别仅在于:

(1)按照Ni60镍基合金、钼(Mo)、铝(Al)和氧化镧铈稀土质量比为40：45：3:12，称取各原料，将其在搅拌机内混合均匀，得到熔覆复合粉体材料。

通过上述方法在基体钢表面制备得到防腐涂层，测得其维氏硬度为553.4HV。

实施例3

一种防腐涂层，与实施例1的防腐涂层制备方法类似，区别仅在于:

(1)按照Ni60镍基合金、钼(Mo)、铝(Al)和氧化镧铈稀土质量比为60：25：6：9，称取各原料，将其在搅拌机内混合均匀，得到熔覆复合粉体材料。

通过上述方法在基体钢表面制备得到防腐涂层，测得其维氏硬度为801.4HV。

对比例1

一种防腐涂层，与实施例1的防腐涂层制备方法类似，区别在于:

(1)仅采用Ni60镍基合金作为熔覆复合粉体材料。

通过上述方法在基体钢表面制备得到防腐涂层。

对比例2

一种防腐涂层，与实施例1的防腐涂层制备方法类似，区别在于:

(1)采用Ni60镍基合金，钼(Mo)、铝(Al)和氧化镧铈稀土作为熔覆复合粉体材料，其中各原料的质量百分含量分别为35：50：5：10。

通过上述方法在基体钢表面制备得到防腐涂层。

对比例3

一种防腐涂层，与实施例1的防腐涂层制备方法类似，区别在于:

(1)采用Ni60镍基合金，钼(Mo)、铝(Al)和氧化镧铈稀土作为熔覆复合粉体材料，其中各原料的质量百分含量分别为65：20：5：10。

通过上述方法在基体钢表面制备得到防腐涂层。

实验例

取上述实施例和对比例制备得到的基体钢试块，测试其上熔覆的防腐涂层。

一、方法。

1、配置腐蚀介质：KCl：NaCl：K₂SO₄：Na₂SO₄的摩尔比为60：16：5：1配制腐蚀介质。

2、取每一实施例或对比例的5块熔覆有相同防腐涂层的金属试块，称量并记录其重量。

3、称取20g腐蚀介质放入烧杯，加入蒸馏水调成糊状，将糊状溶液倒入瓷舟使其均匀覆盖瓷舟底部，将其放入恒温干燥箱1小时，烘干待用。

4、将试块依次放在瓷舟内，防腐涂层面接触腐蚀介质。

5、将瓷舟放入马弗炉内进行燃烧腐蚀模拟，马弗炉温度调至700℃。

6、120h后取出瓷舟，待试块冷却后，用酒精和蒸馏水进行冲洗，去除表面粘附的腐蚀介质，放入恒温干燥箱烘干后称量其重量，取平均值作为试片增重量。并取具代表性的基体钢试块进行SEM检测观察其表面腐蚀情况。

二、结果。

腐蚀前后基体钢试块的增重情况如下表和附图1-6所示。

表1、腐蚀前后基体钢试块的增重情况

实施例	试片增重(g/cm2)
		实施例1	0.0008
实施例2	0.0006
		实施例3	0.0005
对比例1	0.0010
		对比例2	0.0015
对比例3	0.0012

从上述实验结果中，我们可以看出，实施例1、2、3中基体钢的单位增重与对比例1、2、3相比均较小，说明实施例1、2、3中的防腐涂层起到了阻止腐蚀介质中的碱金属及氯元素向试片深处腐蚀的作用，使得基体钢的单位增重量比对比例1、2、3小，而对比例1中，由于仅采用了Ni60镍基合金作为熔覆复合粉体材料，其防腐性能不佳，对比例2-3中，仅仅是Ni60镍基合金和钼的配比不同，但也极大的影响了其防腐性能，因此，本发明的防腐涂层中各成分的相互配合以及成分之间的配比均非常重要，改变其中的原料或配比，均会导致性能下降。

从附图1-6实施例1、2、3中基体钢试块腐蚀后表面形貌中也可以看出，实施例1、2、3中的防腐涂层起到了阻止腐蚀介质中的碱金属及氯元素向试片深处腐蚀的作用，使得基体钢的表面情况较好。而对比例1-3中基体钢试块表面腐蚀严重。也进一步证实了，本发明的防腐涂层中各成分的相互配合以及成分之间的配比均非常重要，改变其中的原料或配比，均会导致性能下降。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种防腐涂层的粉末原料，其特征在于，主要由以下质量百分含量的成分组成：

2.根据权利要求1所述的粉末原料，其特征在于，所述Ni60镍基合金由以下质量百分含量的成分组成：

3.根据权利要求1所述的粉末原料，其特征在于，所述稀土氧化物为氧化镧铈稀土。

4.根据权利要求1所述的粉末原料，其特征在于，所述粉末原料中，粉末的粒度为150-200目。

5.权利要求1-4任一项所述的粉末原料制备的防腐涂层。

6.根据权利要求5所述的防腐涂层，其特征在于，所述防腐涂层的厚度为5-8mm。

7.权利要求5-6任一项所述的防腐涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)称取权利要求1-4任一项所述的粉末原料，混合均匀；

2)将上述粉末原料铺置在基体钢的表面；

3)采用激光熔覆的方法在基体钢表面形成防腐涂层。

8.根据权利要求7所述的防腐涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤2)为，先将基体钢表面进行清洁处理，再将上述粉末原料铺置在基体钢的表面；

所述步骤4)为，采用激光熔覆的方法在基体钢表面形成防腐涂层后，还进行打磨，去除表面氧化物结晶。

9.权利要求5-6任一项所述的防腐涂层在生物质锅炉中的应用。

10.根据权利要求9所述的防腐涂层在生物质锅炉中的应用，其特征在于，将所述防腐涂层熔覆于生物质锅炉的受热面上。