CN105803377A - 一种含氧化铈和铼的抗高温耐磨损电弧喷涂粉芯丝材、涂层及其制备方法 - Google Patents

一种含氧化铈和铼的抗高温耐磨损电弧喷涂粉芯丝材、涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含氧化铈和铼的抗高温耐磨损的电弧喷涂粉芯丝材，所述的粉芯丝材由不锈钢包覆药芯轧制而成；所述的药芯所含成分的质量百分比为：Cr：15～25wt％；B：6～10wt％；Ni：1～3％；CeO2：0.5～2wt％；Re(铼)：5～10wt％；Fe：余量。本发明还公开了电弧喷涂该粉芯丝材制备抗高温耐磨损涂层的制备方法。所述涂层的孔隙率＜1％；涂层的显微硬度＞720HV0.2；涂层的结合强度度达55MPa以上，该涂层的使用温度相对普通涂层提高了200‑300℃，且生产成本低，制备方法工艺可靠，性能稳定，适合在超临界和超超临界锅炉的“四壁”等高温使用环境领域应用推广。

Description

一种含氧化铈和铼的抗高温耐磨损电弧喷涂粉芯丝材、涂层及其 制备方法
技术领域
本发明属于材料表面强化技术领域，具体涉及一种用于电弧喷涂的含氧化铈(CeO2)和铼(Re)的抗高温耐磨损粉芯丝材、涂层及其制备方法。
背景技术
火力发电是我国主要的发电方式，电站锅炉作为火力电站的三大主机设备之一，伴随着我国火电行业的发展而发展。我国的火力发电通常以煤作为主要燃料，同时由于低品质的煤中硫含量较高，造成火力电站锅炉“四管”受热面产生严重的高温磨损、腐蚀，引起泄漏甚至爆管，导致电厂“非停”，不仅造成严重的经济损失，而且可能危害电厂的运行安全。因此，开发抗高温耐冲蚀耐磨损材料，对改善锅炉对流受热面高温冲蚀磨损抗力具有现实工程意义。
采用电弧喷涂防护涂层对锅炉“四管“进行表面强化，可以有效提高其抗高温抗磨损抗腐蚀性能，如电弧喷涂Fe-Cr-Al、Ni-Cr-Al等涂层，延长了设备的使用寿命，大大降低了经济损失。随着燃煤发电技术的不断发展，超临界锅炉和超超临界锅炉的应用逐渐增多。超临界和超超临界锅炉技术具有煤耗低、环保性能好、技术含量高的特点，它与亚临界锅炉相比，发电效率要高5-10％。但其锅炉内燃烧室的温度达1200-1500℃，远高于亚临界锅炉，这对涂层的高温性能和抗磨损性能提出更高的要求。现有的锅炉防护涂层的使用温度为600-800℃，在超临界或超超临界锅炉的高温高压环境下，涂层的抗磨损性能急剧下降，使用寿命大大降低，无法满足工作要求。
目前，电弧喷涂锅炉防护涂层中一般采用普通电弧进行喷涂，由于普通电弧的颗粒飞行速度较慢，导致涂层的综合性能较差，特别是结合强度方面，一般在20-30MPa，这导致涂层在粉尘颗粒的冲击下磨损严重并容易脱落，涂层使用寿命短。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含氧化铈(CeO2)和铼(Re)的抗高温耐磨损的电弧喷涂粉芯丝材、涂层及其制备方法，以提高火电锅炉防护涂层的耐高温耐磨损性能，满足高温环境下的实际工程使用需要。
本发明是这样实现的：
本发明的一种含CeO2和Re的抗高温耐磨损的电弧喷涂粉芯丝材，所述的粉芯丝材由不锈钢外皮包覆药芯轧制而成；所述的药芯成分特征在于：药芯所含成分的质量百分比为：Cr：15～25wt％；B：6～10wt％；Ni：1～3％；CeO2：0.5～2wt％；Re(铼)：5-10wt％；Fe：余量。
所述的粉芯丝材所用的外皮为304L不锈钢带或316L不锈钢；
所述的粉芯丝材的填充率：30～35％。
所述的粉芯丝材外径为2mm或1.62mm。
利用上述粉芯丝材经电弧喷涂制得抗高温耐磨蚀的涂层，其制备方法包括以下步骤：
(1)用丙酮或酒精对基材表面进行清洗，除去其表面油渍污物并放于保温箱内40～45℃烘干；
(2)采用空气动力喷砂方法对基材表面进行除锈和毛化，喷砂处理选用50目白刚玉或棕刚玉，气压为0.4～0.6MPa，表面无明显反光即可。
(3)最后采用超音速电弧对基材表面喷涂本发明的粉芯丝材，获得抗高温抗磨损的涂层。
上述的抗高温耐磨蚀的涂层厚度为300～500μm。
本发明制备的抗高温耐磨损涂层是专门针对超临界锅炉或超超临界锅炉等高温环境下的材料表面抗磨损强化。所述的涂层孔隙率＜1％；涂层的显微硬度＞720HV0.2；涂层的结合强度度达55MPa以上，以普通的Fe-Cr-B涂层作为对比涂层，在800-1100℃下本发明的涂层的磨损失重为对比涂层的0.2-0.3倍。高温下本涂层仍表现出良好的抗磨蚀性能。
本发明采用配制独特的粉芯配方，通过氧化铈的细化晶粒、均匀成分的作用，以及高熔点的稀有金属铼与合金元素形成强化相，提高材料的强度和高温耐磨损性能，使电弧喷涂该丝材制备涂层的使用温度相对普通涂层提高了200-300℃，大大提高了电弧喷涂制备的涂层的抗高温磨损性能，制备方法工艺可靠，性能稳定，适合在超临界和超超临界锅炉的“四壁”等高温使用环境领域应用推广。
具体实施方式
以下结合实例对本发明做进一步说明。
本发明实施例中的外皮选用规格为12mm(宽)×0.3mm(厚)的不锈钢带，药芯所含成分的质量百分比为：Cr：15～25wt％；B：6～10wt％；Ni：1～3％；CeO2：0.5～2wt％；Re：5-10wt％；Fe：余量。利用现有的丝材轧制技术，将粉芯丝材经逐道拉拔减径至2mm或者1.62mm。粉芯丝材的填充率为30～35％。
本发明实施例中采用的超音速电弧喷涂设备为STR Arc型超音速电弧喷涂设备，空气压力为70～85PSI，丙烷压力为70～85PSI，送丝率为15～35％，喷枪移动速度为500～650mm/s；喷涂距离为100～200mm。
本发明实施例中采用空气动力喷砂方法对喷涂基体表面进行除锈和毛化，喷砂处理选用50目白刚玉，气压为0.4～0.6MPa，表面无明显反光即可。
本发明实施例中喷涂基体采用12Cr1MoVG或20G钢。
实施例1
喷涂基体采用12Cr1MoVG。选用规格为12mm(宽)×0.3mm(厚)的304L不锈钢带作为外皮，药芯所含成分的质量百分比为：Cr：15wt％；B：8wt％；Ni：1％；CeO2：1wt％；Re：8wt％；Fe：余量。利用丝材轧制技术轧制丝材。粉芯丝材的填充率为30％。
用丙酮将基材表面清洗干净，并放于保温箱内40℃烘干，除去其表面油渍污物。喷砂处理采用上述方式。
采用超音速电弧喷涂本例中的粉芯丝材，空气压力为75PSI，丙烷压力为73PSI，送丝率为20％，喷枪移动速度为500mm/s；喷涂距离为120mm，制得抗高温耐磨蚀的涂层。
本例中涂层厚度为350μm，涂层的孔隙率为0.78％；涂层的平均显微硬度为732HV0.2；涂层的结合强度度达62MPa；以普通的Fe-Cr-B涂层作为对比涂层，在900℃下本发明的涂层的磨损失重为对比涂层的0.25倍。高温下的涂层仍表现出良好的抗磨损性能。
实施例2
喷涂基体采用20G钢。选用规格为12mm(宽)×0.3mm(厚)的316L不锈钢带作为外皮，药芯所含成分的质量百分比为：Cr：18wt％；B：10wt％；Ni：1.5％；CeO2：0.5wt％；Re：6wt％；Fe：余量。利用丝材轧制技术轧制丝材。粉芯丝材的填充率为32％。
用丙酮将基材表面清洗干净，并放于保温箱内45℃烘干，除去其表面油渍污物。喷砂处理采用上述方式。
采用超音速电弧喷涂本例中的粉芯丝材，空气压力为78PSI，丙烷压力为76PSI，送丝率为25％，喷枪移动速度为550mm/s；喷涂距离为150mm，制得抗高温耐磨蚀的涂层。本例中涂层厚度为450μm，涂层的孔隙率为0.83％；涂层的平均显微硬度为741HV0.2；涂层的结合强度度达64MPa；以普通的Fe-Cr-B涂层作为对比涂层，在1000℃下本发明的涂层的磨损失重为对比涂层的0.21倍。高温下的涂层仍表现出良好的抗磨损性能。
实施例3
喷涂基体采用12Cr1MoVG。选用规格为12mm(宽)×0.3mm(厚)的304L不锈钢带作为外皮，药芯所含成分的质量百分比为：Cr：20wt％；B：7wt％；Ni：2％；CeO2：1wt％；Re：5wt％；Fe：余量。利用丝材轧制技术轧制丝材。粉芯丝材的填充率为33％。
用丙酮将基材表面清洗干净，并放于保温箱内40℃烘干，除去其表面油渍污物。喷砂处理采用上述方式。
采用超音速电弧喷涂本例中的粉芯丝材，空气压力为75PSI，丙烷压力为73PSI，送丝率为20％，喷枪移动速度为500mm/s；喷涂距离为120mm，制得抗高温耐磨蚀的涂层。
本例中涂层厚度为400μm，涂层的孔隙率为0.85％；涂层的平均显微硬度为730HV0.2；涂层的结合强度度达57MPa；以普通的Fe-Cr-B涂层作为对比涂层，在900℃下本发明的涂层的磨损失重为对比涂层的0.29倍。高温下的涂层仍表现出良好的抗磨损性能。

Claims (7)

1.一种含CeO2和Re的抗高温耐磨损的电弧喷涂粉芯丝材，其特征在于，该粉芯丝材由不锈钢外皮包覆药芯轧制而成；所述的药芯所含成分的质量百分比为：Cr：15～25wt％；B：6～10wt％；Ni：1～3％；CeO2：0.5～2wt％；Re：5～10wt％；Fe：余量。
2.根据权利要求1所述的含CeO2和Re的抗高温耐磨损的电弧喷涂粉芯丝材，其特征在于，所述的不锈钢外皮为304L不锈钢带或316L不锈钢。
3.根据权利要求1所述的含CeO2和Re的抗高温耐磨损的电弧喷涂粉芯丝材，其特征在于，所述的粉芯丝材的填充率为30～35％。
4.根据权利要求1所述的含CeO2和Re的抗高温耐磨损的电弧喷涂粉芯丝材，其特征在于，所述的粉芯丝材外径为2mm或1.62mm。
5.电弧喷涂如权利要求1-4任一项所述的粉芯丝材获得的抗高温耐磨蚀的涂层。
6.制备抗高温耐磨蚀的涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)用丙酮或酒精对基材表面进行清洗，除去其表面油渍污物并放于保温箱内40～45℃烘干；
(2)采用空气动力喷砂方法对基材表面进行除锈和毛化，喷砂处理选用50目白刚玉或棕刚玉，气压为0.4～0.6MPa。
(3)采用超音速电弧对基材表面喷涂如权利要求1-4任一项所述的粉芯丝材，获得抗高温抗磨损的涂层。
7.如权利要求6所述的方法制得的抗高温耐磨蚀的涂层，其特征在于，涂层厚度为300～500μm，涂层孔隙率＜1％；涂层的显微硬度＞720HV0.2；涂层的结合强度度达55MPa以上。
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