CN105084762A - 一种用于不锈钢和耐热钢的高温抗热震及抗热腐蚀的涂层及其制备方法 - Google Patents

一种用于不锈钢和耐热钢的高温抗热震及抗热腐蚀的涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于不锈钢和耐热钢的高温抗热震和抗热腐蚀的涂层及其制备方法，其特征在于：在不锈钢和耐热钢基体表面烧制一层厚度为10～200μm微晶玻璃涂层，微晶玻璃涂层原料的重量百分比：硅微石10～40％，高炉渣10～35％，萤石2～5％，蒙脱石10～40％，锆英砂1～8％，硼砂10～20％，MxOy占1～4％，其中M为Mo或Al或Ni。这种微晶玻璃原料需要经过破碎，干燥，球磨等工序组成。微晶玻璃涂层原料可以通过提拉浸渍或喷涂或刷涂的方法涂覆在不锈钢和耐热钢基体的表面，再经过三段高温加热，三段控制降温的方法得到微晶玻璃涂层。该涂层可以有效保护不锈钢和耐热钢基体，极大提高不锈钢和不锈钢的高温抗热震性和抗热腐蚀性能，提高钢材的使用寿命，极大降低综合成本。

Description

一种用于不锈钢和耐热钢的高温抗热震及抗热腐蚀的涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属防护技术，特别提供了一种用于不锈钢和耐热钢的高温抗热震及抗热腐蚀的表面涂层技术。
背景技术
不锈钢和耐热钢广泛应用于建筑、机械制造、核工业等领域。在加热炉、烟道等高温腐蚀性等恶劣工况下，此类钢材构件的表面腐蚀严重，轻则产生裂纹，重则早成不锈钢和耐热钢表面层状氧化剥落，极大限制了不锈钢和耐热钢的使用，对钢材的使用寿命造成严重影响。其中，抗热震性能尤为重要，其好坏直接关系到表面氧化腐蚀的程度。高温抗热震性能也成为涂层行业的难点。
为减少不锈钢和耐热钢的高温腐蚀，减少氧化皮脱落以及延长使用寿命，主要采用的方法是对不锈钢材质改进、操作设备改进以及涂层涂覆技术等。其中，涂层技术由于工艺易于实施、成分易于调控，是最具市场潜力的方法。目前，涂层制备的方法很多，包括等离子喷涂技术，火焰喷涂，电弧喷涂，脉冲弧放电沉积，激光熔覆，溶胶凝胶，等离子渗，高温自蔓延，化学及物理气相沉积，高温固相反应法等。高温固相反应法由于操作方便、易于在企业实施，因而广泛应用在钢铁等行业。
例如，中国发明专利CN102627405A公开了一种应用于镍基合金表面的微晶玻璃涂层，采用30-40质量份的二氧化硅，10-15质量份的氧化镁，15-25质量份的氧化铝，10-15质量份的碳酸氢钠以及0.5-1.5质量份的镍。
例如，中国发明专利CN101386728A公开了一种基于304不锈钢集采的耐高温绝缘涂层材料，改材料由玻璃陶瓷粉末和有机载体组成。
上述涂层的缺点是：1)针对低镍合金不能起到良好的抗热腐蚀效果。所述涂层是针对镍基合金的高温防护涂层，不锈钢领域中200系列不锈钢属于低镍合金，其价格远低于镍基合金表面，更具市场潜力。而200系列不锈钢在600℃开始氧化，其高温防护的需求更加突出。2)使用的原料并不是矿物，增加了使用成本。
因此，开发一种提高不锈钢和耐热钢高温抗热震性和抗热腐蚀性的涂层，同时降低原料成本，有十分重大的意义。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可以极大提高不锈钢和耐热钢的高温抗热震性及抗热腐蚀能力的方法。
本发明的目的通过下述技术方案予以实现。
首先将微晶玻璃涂层原料在破碎机中破碎，然后将破碎后的原料放入球磨机中球磨4～10h，球磨为湿磨，水量控制在每份原料加两份水。球磨后，原料采用提拉浸渍法或大气喷涂法或刷涂法在不锈钢基体表面涂覆一层厚度为10～300μm的原料，微晶玻璃涂层原料的重量百分比：硅微石10～40％，高炉渣10～35％，萤石2～5％，蒙脱石10～40％，锆英砂1～8％，硼砂10～20％，MxOy占1～4％，其中M为Mo或Al或Ni。
本发明不锈钢和耐热钢抗高温热震和抗热腐蚀的涂层及其制备方法中，微晶玻璃涂层厚度优选10～200μm。
本发明不锈钢和耐热钢抗高温热震和抗热腐蚀的涂层及其制备方法中，微晶玻璃涂层原料需进行细磨，平均粒径≤6μm。三段高温加热为在10～40min内升到300～500℃，在20～50min内升到900～1000℃，保温时间为10～30min；在10～30min内升到1050～1150℃然后三段降温，降温幅度大于10℃/s，小于50℃/s。
具体实施方式
实施例1
在201不锈钢表面使用提拉浸渍法涂覆一层厚为100μm的微晶玻璃涂层，微晶玻璃涂层原料的重量百分比：硅微石10％，高炉渣35％，萤石4％，蒙脱石26％，锆英砂1％，硼砂20％，MxOy占4％，其中M为Mo，原料平均粒径为5μm。三段高温加热为在30min内升到300℃，在50min内升到900℃，在30min内升到1100℃，保温30min，然后三段降温，降温程序为40℃/s降到室温。涂覆涂层后的201不锈钢在1100℃表现出很好的抗氧化性和抗热腐蚀性，氧化/腐蚀12小时未见涂层开裂和剥落，在常温到900℃循环中，表现出良好的抗热震性，40次冷热循环未见涂层开裂；而未施加涂层的201不锈钢在1100℃氧化/腐蚀9小时后即见氧化皮剥落，常温到900℃的冷热循环中，氧化皮1次即剥落。
实施例2
在302不锈钢表面提拉浸渍法涂覆一层厚为100μm的微晶玻璃涂层，微晶玻璃涂层原料的重量百分比：硅微石35％，高炉渣10％，萤石2％，蒙脱石28％，锆英砂3％，硼砂18％，MxOy占4％，其中M为Ni，原料平均粒径为6μm。三段高温加热为在30min内升到300℃，在50min内升到900℃，在30min内升到1100℃，保温20min，然后三段降温，降温程序为40℃/s降到室温。涂覆涂层后的302不锈钢在1250℃表现出很好的抗氧化和抗热腐蚀能力，氧化/腐蚀15小时未见搪瓷涂层开裂或剥落，在常温到900℃循环中，表现出良好的抗热震性，40次冷热循环未见涂层开裂；而未施加涂层的302不锈钢在1250℃氧化/腐蚀12小时后即见氧化皮剥落，常温到900℃的冷热循环中，氧化皮1次即开裂。
实施例3
在310s钢表面使用刷涂法涂覆一层厚为100μm的微晶玻璃涂层，微晶玻璃涂层原料的重量百分比：硅微石20％，高炉渣28％，萤石4％，蒙脱石22％，锆英砂6％，硼砂18％，MxOy占2％，其中M为Mo，原料平均粒径为5μm。三段高温加热为在30min内升到400℃，在50min内升到1000℃，在30min内升到1050℃，保温30min，然后三段降温，降温程序为50℃/s降到室温。涂覆涂层后的310s不锈钢在1250℃表现出很好的抗氧化性和抗热腐蚀性，氧化/腐蚀12小时未见涂层开裂和剥落，在常温到1100℃循环中，表现出良好的抗热震性，35次冷热循环未见涂层开裂；而未施加涂层的310s不锈钢在1250℃氧化/腐蚀12小时后即见氧化皮剥落，常温到1100℃的冷热循环中，氧化皮1次即剥落。
实施例4
在316L钢表面使用刷涂法涂覆一层厚为150μm的微晶玻璃涂层，微晶玻璃涂层原料的重量百分比：硅微石10％，高炉渣35％，萤石4％，蒙脱石26％，锆英砂3％，硼砂20％，MxOy占2％，其中M为Al，原料平均粒径为5μm。三段高温加热为在30min内升到400℃，在50min内升到1000℃，在30min内升到1100℃，保温30min，然后三段降温，降温程序为50℃/s降到室温。涂覆涂层后的316L不锈钢在1250℃表现出很好的抗氧化性和抗热腐蚀性，氧化/腐蚀12小时未见涂层开裂和剥落，在常温到1100℃循环中，表现出良好的抗热震性，30次冷热循环未见涂层开裂；而未施加涂层的316L不锈钢在1250℃氧化/腐蚀12小时后即见氧化皮剥落，常温到1100℃的冷热循环中，氧化皮1次即剥落。
实施例5
在304不锈钢表面使用喷涂法涂覆一层厚为150μm的微晶玻璃涂层，微晶玻璃涂层原料的重量百分比：硅微石15％，高炉渣30％，萤石3％，蒙脱石27％，锆英砂2％，硼砂20％，MxOy占3％，其中M为Ni，原料平均粒径为5μm。三段高温加热为在30min内升到300℃，在50min内升到900℃，在30min内升到1100℃，保温20min，然后三段降温，降温程序为50℃/s降到室温。涂覆涂层后的304不锈钢在1250℃表现出很好的抗氧化性和抗热腐蚀性，氧化/腐蚀12小时未见涂层开裂和剥落，在常温到1100℃循环中，表现出良好的抗热震性，58次冷热循环未见涂层开裂；而未施加涂层的304不锈钢在1250℃氧化/腐蚀9小时后即见氧化皮剥落，常温到1100℃的冷热循环中，氧化皮1次即剥落。
实施例6
在430钢表面使用喷涂法涂覆一层厚为80μm的微晶玻璃涂层，微晶玻璃涂层原料的重量百分比：硅微石40％，高炉渣10％，萤石4％，蒙脱石21％，锆英砂1％，硼砂20％，MxOy占4％，其中M为Mo，原料平均粒径为5μm。三段高温加热为在30min内升到300℃，在50min内升到900℃，在30min内升到1050℃，保温40min，然后三段降温，降温程序为50℃/s降到室温。涂覆涂层后的430不锈钢在1250℃表现出很好的抗氧化性和抗热腐蚀性，氧化/腐蚀12小时未见涂层开裂和剥落，在常温到1100℃循环中，表现出良好的抗热震性，34次冷热循环未见涂层开裂；而未施加涂层的430不锈钢在1250℃氧化/腐蚀16小时后即见氧化皮剥落，常温到1100℃的冷热循环中，氧化皮1次即剥落。
实施例7
在410钢表面使用提拉浸渍法涂覆一层厚为80μm的微晶玻璃涂层，微晶玻璃涂层原料的重量百分比：硅微石30％，高炉渣20％，萤石4％，蒙脱石26％，锆英砂2％，硼砂20％，MxOy占3％，其中M为Ni，原料平均粒径为5μm。三段高温加热为在30min内升到300℃，在50min内升到900℃，在30min内升到1150℃，保温30min，然后三段降温，降温程序为50℃/s降到室温。涂覆涂层后的410不锈钢在1250℃表现出很好的抗氧化性和抗热腐蚀性，氧化/腐蚀12小时未见涂层开裂和剥落，在常温到1100℃循环中，表现出良好的抗热震性，35次冷热循环未见涂层开裂；而未施加涂层的410不锈钢在1250℃氧化/腐蚀20小时后即见氧化皮剥落，常温到1100℃的冷热循环中，氧化皮1次即剥落。
实施例8
在420钢表面使用刷涂法涂覆一层厚为100μm的微晶玻璃涂层，微晶玻璃涂层原料的重量百分比：硅微石30％，高炉渣25％，萤石4％，蒙脱石16％，锆英砂6％，硼砂20％，MxOy占4％，其中M为Al，原料平均粒径为5μm。三段高温加热为在30min内升到300℃，在50min内升到900℃，在30min内升到1150℃，保温30min，然后三段降温，降温程序为50℃/s降到室温。涂覆涂层后的420不锈钢在1250℃表现出很好的抗氧化性和抗热腐蚀性，氧化/腐蚀12小时未见涂层开裂和剥落，在常温到1100℃循环中，表现出良好的抗热震性，36次冷热循环未见涂层开裂；而未施加涂层的420不锈钢在1250℃氧化/腐蚀9小时后即见氧化皮剥落，常温到1100℃的冷热循环中，氧化皮1次即剥落。
实施例9
在202钢表面使用喷涂法涂覆一层厚为200μm的微晶玻璃涂层，微晶玻璃涂层原料的重量百分比：硅微石25％，高炉渣30％，萤石4％，蒙脱石16％，锆英砂6％，硼砂20％，MxOy占4％，其中M为Mo，原料平均粒径为5μm。三段高温加热为在30min内升到300℃，在40min内升到900℃，在30min内升到1100℃，保温20min，然后三段降温，降温程序为50℃/s降到室温。涂覆涂层后的202不锈钢在1250℃表现出很好的抗氧化性和抗热腐蚀性，氧化/腐蚀12小时未见涂层开裂和剥落，在常温到1100℃循环中，表现出良好的抗热震性，35次冷热循环未见涂层开裂；而未施加涂层的202不锈钢在1100℃氧化/腐蚀9小时后即见氧化皮剥落，常温到1100℃的冷热循环中，氧化皮1次即剥落。
实施例10
在316不锈钢表面使用提拉浸渍法涂覆一层厚为200μm的微晶玻璃涂层，微晶玻璃涂层原料的重量百分比：硅微石30％，高炉渣25％，萤石4％，蒙脱石16％，锆英砂2％，硼砂20％，MxOy占3％，其中M为Ni，原料平均粒径为5μm。三段高温加热为在30min内升到300℃，在40min内升到900℃，在20min内升到1100℃，保温30min，然后三段降温，降温程序为40℃/s降到室温。涂覆涂层后的316不锈钢在1250℃表现出很好的抗氧化性和抗热腐蚀性，氧化/腐蚀12小时未见涂层开裂和剥落，在常温到1100℃循环中，表现出良好的抗热震性，43次冷热循环未见涂层开裂；而未施加涂层的316不锈钢在1250℃氧化/腐蚀9小时后即见氧化皮剥落，常温到1100℃的冷热循环中，氧化皮1次即剥落。

Claims (5)

1.一种用于不锈钢和耐热钢的高温抗热震和抗热腐蚀的涂层，其特征在于：涂层为在不锈钢和耐热钢基体表面烧制的一层厚度为10～300μm微晶玻璃涂层，微晶玻璃涂层原料的重量百分比：硅微石10～40％，高炉渣10～35％，萤石2～5％，蒙脱石10～40％，锆英砂1～8％，硼砂10～20％，MxOy占1～4％，其中M为Mo或Al或Ni。
2.根据权利要求1所述用于不锈钢和耐热钢的高温抗热震和抗热腐蚀的涂层，其特征在于：微晶玻璃涂层厚度为10～200μm。
3.根据权利要求1所述用于不锈钢和耐热钢的高温抗热震和抗热腐蚀的涂层，其特征在于：微晶玻璃涂层原料需进行细磨，平均粒径≤6μm。
4.根据权利要求1所述用于不锈钢和耐热钢的高温抗热震和抗热腐蚀的涂层的制备方法，其特征在于：将涂层涂覆在不锈钢和耐热钢基体的表面，之后进行三段高温加热和三段降温，三段高温加热为在10～40min内升到300～500℃，在20～50min内升到900～1000℃，在10～30min内升到1050～1150℃，保温时间为10～30min；然后三段降温，降温幅度大于10℃/s，小于50℃/s。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：微晶玻璃涂层原料通过提拉浸渍或喷涂或刷涂的方法涂覆在不锈钢和耐热钢基体的表面。
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