CN106119771A - 一种料浆法制备铝硅共渗涂层的渗层厚度控制方法 - Google Patents

一种料浆法制备铝硅共渗涂层的渗层厚度控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种料浆法制备铝硅共渗涂层的渗层厚度控制方法，制备渗铝硅涂层的具体步骤为：1)对待渗铝硅试件进行预处理，再对待渗铝硅试件的表面均匀喷涂料浆，然后再进行自然风干；2)将自然风干后的待渗铝硅试件置于烘箱中烘干固化；3)将烘干固化后的待渗铝硅试件进行烧结，并在氩气或空气氛围下进行热处理，然后再冷却至室温，完成渗铝硅涂层的制备；包括以下步骤：通过控制制备渗铝硅涂层的过程中的烧结温度T及烧结时间t完成对料浆法制备铝硅共渗涂层的渗层厚度控制，其中，渗铝硅涂层的厚度S的表达式为：S＝aT3+bT2+cT+dt+e*104其中，a、b、c、d及e与基材材料相关的常数，该方法能够准备控制铝硅共渗涂层的渗层厚度。

Description

一种料浆法制备铝硅共渗涂层的渗层厚度控制方法
技术领域
本发明属于锅炉用管渗铝硅涂层制备工艺领域，涉及一种料浆法制备铝硅共渗涂层的渗层厚度控制方法。
背景技术
锅炉受热面(水冷壁、过热器、再热器和省煤器，又称锅炉“四管”)为锅炉中负责回收燃煤烟气能量、加热蒸汽、实现能量转化的关键部件。高参数电站锅炉“四管”的失效原因中，炉管外部因煤粉燃烧造成的烟气腐蚀与炉管内部高温蒸汽氧化腐蚀占有重要地位，也是引起锅炉爆漏事故的本质原因之一。而火力发电厂机组的高蒸汽参数、高效率化发展，使得锅炉管服役工况更加复杂、苛刻，其使用材料在更高要求下的使用性能也需要进一步验证和改进。
表面改性技术是通过改变材料或工件表面的化学成分或组织结构以强化零件或材料表面的技术，能够改善高温合金的高温氧化腐蚀性能。相比开发更高等级的受热面材料，表面改性技术可以在不降低合金基体力学性能的基础上显著提高锅炉管的抗氧化、腐蚀性能，不仅解决现役锅炉管合金的氧化/腐蚀问题，同时将为奥现役材料能继续服役于更高参数机组提供技术支撑。
实践证明，在锅炉用管表面制备渗铝涂层对提高锅炉管的抗高温氧化、腐蚀性能具有显著效果，但是单一铝化物涂层一般脆性较高，各种元素如铬、硅、铂等改性的铝化物涂层的研究大量涌现。其中硅改性的铝化物涂层表现出了优异的抗热腐蚀性能，加上易于制备和成本低廉，在各相关工业领域的高温防护中占据重要地位。
但是在制备铝硅渗层的过程中，容易出现渗铝硅层厚度不均匀情况，目前众多的渗铝硅涂层制备工艺中，还没有一种方法能够精确控制渗层厚度，尤其是渗层内层。研究者们大都采用不断调整参数、反复试验最终得到试验范围内较优工艺参数，这种方法用时长、效率低，对不合格的试样均采取报废处理，从而导致生产成本高、经济实用性差等问题。除此之外，获得的最优参数范围在已取研究点下具有一定的含义，而如果另取研究点则存在无法保证确切精度的可能性，这样一来使用范围与精确度就无法确定了。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种料浆法制备铝硅共渗涂层的渗层厚度控制方法，该方法能够准备控制铝硅共渗涂层的渗层厚度。
为达到上述目的，本发明所述的料浆法制备铝硅共渗涂层的渗层厚度控制方法，制备渗铝硅涂层的具体步骤为：1)对待渗铝硅试件进行预处理，再对待渗铝硅试件的表面均匀喷涂料浆，然后再进行自然风干；2)将自然风干后的待渗铝硅试件置于烘箱中烘干固化；3)将烘干固化后的待渗铝硅试件进行烧结，并在氩气或空气氛围下进行热处理，然后再冷却至室温，完成渗铝硅涂层的制备；
包括以下步骤：通过控制制备渗铝硅涂层的过程中的烧结温度T及烧结时间t完成对料浆法制备铝硅共渗涂层的渗层厚度控制，其中，渗铝硅涂层的厚度S的表达式为：
S＝aT3+bT2+cT+dt+e*104
其中，a、b、c、d及e与基材材料相关的常数。
对待渗铝硅试件进行预处理的具体操作为：将待渗铝硅试件进行除油及除锈，然后放置到200℃的电阻炉中进行预热20min。
对待渗铝硅试件的表面喷涂料浆，然后再进行自然风干的具体操作为：将待渗铝硅试件放置到操作台上，再将搅拌均匀的浆料倒入喷枪中，待喷枪喷出均匀的浆料后，再用喷枪在待渗铝硅试件的表面喷涂浆料，喷涂完成后再进行自然风干。
步骤2)的具体操作为：将自然风干后的待渗铝硅试件放置到烘箱中进行烘干，再在200℃的温度下固化2h，烘干过程中的温度为70-110℃，烘干所用时间大于等于20min。
步骤3)中将烘干固化后的待渗铝硅试件进行烧结的具体操作为：将烘干固化后的待渗铝硅试件放置到870-1100℃的管式炉中，然后再在氩气或空气氛围热处理30-240min，然后随炉冷却至室温。
通过酸洗液对待渗铝硅试件进行除油及除锈，酸洗液为硫酸、盐酸及OP乳化剂的混合液，酸洗液的温度为80～95℃。
浆料中Al和Si的质量浓度之和为500g/L，浆料喷涂的厚度为0.05-0.5mm，喷涂次数为1-5遍。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的料浆法制备铝硅共渗涂层的渗层厚度控制方法在具体操作时，在待渗铝硅试件表面均匀喷涂浆料，再烘干固化，然后再进行烧结，在具体操作时，可以通过调节烧结温度T及烧结时间t来控制铝硅共渗涂层的厚度S，即S＝aT3+bT2+cT+dt+e*104，避免生产浪费，降低生产生成本，完善渗铝硅工艺，提高企业的生产效率及经济效益。
附图说明
图1为实施例一所对应的渗层组织微观形貌图；
图2为实施例二所对应的渗层组织微观形貌图；
图3为实施例三所对应的渗层组织微观形貌图；
图4为实施例四所对应的渗层组织微观形貌图；
图5为实施例五所对应的渗层组织微观形貌图；
图6为实施例六所对应的渗层组织微观形貌图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明所述的料浆法制备铝硅共渗涂层的渗层厚度控制方法，其特征在于，制备渗铝硅涂层的具体步骤为：1)对待渗铝硅试件进行预处理，再对待渗铝硅试件的表面均匀喷涂料浆，然后再进行自然风干；2)将自然风干后的待渗铝硅试件置于烘箱中烘干固化；3)将烘干固化后的待渗铝硅试件进行烧结，并在氩气或空气氛围下进行热处理，然后再冷却至室温，完成渗铝硅涂层的制备；
包括以下步骤：通过控制制备渗铝硅涂层的过程中的烧结温度T及烧结时间t完成对料浆法制备铝硅共渗涂层的渗层厚度控制，其中，渗铝硅涂层的厚度S的表达式为：
S＝aT3+bT2+cT+dt+e*104
其中，a、b、c、d及e与基材材料相关的常数。
对待渗铝硅试件进行预处理的具体操作为：将待渗铝硅试件进行除油及除锈，然后放置到200℃的电阻炉中进行预热20min。
对待渗铝硅试件的表面喷涂料浆，然后再进行自然风干的具体操作为：将待渗铝硅试件放置到操作台上，再将搅拌均匀的浆料倒入喷枪中，待喷枪喷出均匀的浆料后，再用喷枪在待渗铝硅试件的表面喷涂浆料，喷涂完成后再进行自然风干。
步骤2)的具体操作为：将自然风干后的待渗铝硅试件放置到烘箱中进行烘干，再在200℃的温度下固化2h，烘干过程中的温度为70-110℃，烘干所用时间大于等于20min。
步骤3)中将烘干固化后的待渗铝硅试件进行烧结的具体操作为：将烘干固化后的待渗铝硅试件放置到870-1100℃的管式炉中，然后再在氩气或空气氛围热处理30-240min，然后随炉冷却至室温。
通过酸洗液对待渗铝硅试件进行除油及除锈，酸洗液为硫酸、盐酸、OP乳化剂的混合液，酸洗液的温度为80～95℃。
浆料中Al和Si的质量浓度之和为500g/L，浆料喷涂的厚度为0.05-0.5mm，喷涂次数为1-5遍。
实施例一
待渗铝硅试件为适用于锅炉用管Super304H，在待渗铝硅试件上喷涂的浆料厚度为0.3mm，所需铝硅渗层内层厚度为37μm，根据渗层厚度S与烧结温度T、烧结时间t之间的数学模型S＝a*T3+b*T2+c*T+d*t+e*104，其中，a＝-5.726，b＝0.165，c＝-157.873，d＝8.689，e＝4.999，得到烧结的温度为870℃，烧结时间为240min，经操作得到深度为36μm的铝硅渗层内层。
实施例二
待渗铝硅试件为适用于锅炉用管Super304H，在待渗铝硅试件上喷涂的浆料厚度为0.23mm，所需铝硅渗层内层厚度为76μm，根据渗层厚度S与烧结温度T、烧结时间t之间的数学模型S＝a*T3+b*T2+c*T+d*t+e*104，其中，a＝-5.726，b＝0.165，c＝-157.873，d＝8.689，e＝4.999，得到烧结的温度为950℃，烧结时间为240min，经操作得到深度为73μm的铝硅渗层内层。
实施例三
待渗铝硅试件为适用于锅炉用管Super304H，在待渗铝硅试件上喷涂的浆料厚度为0.35mm，所需铝硅渗层内层厚度为26μm，根据渗层厚度S与烧结温度T、烧结时间t之间的数学模型S＝a*T3+b*T2+c*T+d*t+e*104，其中，a＝-5.726，b＝0.165，c＝-157.873，d＝8.689，e＝4.999，得到烧结的温度为910℃，烧结时间为120min，经操作得到深度为28μm的铝硅渗层内层。
实施例四
待渗铝硅试件为适用于锅炉用管TP347HFG，在待渗铝硅试件上喷涂的浆料厚度为0.5mm，所需铝硅渗层内层厚度为39μm，根据渗层厚度S与烧结温度T、烧结时间t之间的数学模型S＝a*T3+b*T2+c*T+d*t+e*104，其中，a＝-3.736、b＝0.110、c＝-107.030、d＝10.352、e＝3.443，得到烧结的温度为950℃，烧结时间为60min，经操作得到深度为38μm的铝硅渗层内层。
实施例五
待渗铝硅试件为适用于锅炉用管TP347HFG，在待渗铝硅试件上喷涂的浆料厚度为0.13mm，所需铝硅渗层内层厚度为43μm，根据渗层厚度S与烧结温度T、烧结时间t之间的数学模型S＝a*T3+b*T2+c*T+d*t+e*104，其中，a＝-3.736、b＝0.110、c＝-107.030、d＝10.352、e＝3.443，得到烧结的温度为910℃，烧结时间为45min，经操作得到深度为45μm的铝硅渗层内层。
实施例六
待渗铝硅试件为适用于锅炉用管TP347HFG，在待渗铝硅试件上喷涂的浆料厚度为0.37mm，所需铝硅渗层内层厚度为120μm，根据渗层厚度S与烧结温度T、烧结时间t之间的数学模型S＝a*T3+b*T2+c*T+d*t+e*104，其中，a＝-3.736、b＝0.110、c＝-107.030、d＝10.352、e＝3.443，得到烧结的温度为1100℃，烧结时间为30min，经操作得到深度为124μm的铝硅渗层内层。
将各实施例实验结果进行统计分析，如表1所示。
表1

Claims (7)

1.一种料浆法制备铝硅共渗涂层的渗层厚度控制方法，其特征在于，制备渗铝硅涂层的具体步骤为：1)对待渗铝硅试件进行预处理，再对待渗铝硅试件的表面均匀喷涂料浆，然后再进行自然风干；2)将自然风干后的待渗铝硅试件置于烘箱中烘干固化；3)将烘干固化后的待渗铝硅试件进行烧结，并在氩气或空气氛围下进行热处理，然后再冷却至室温，完成渗铝硅涂层的制备；
包括以下步骤：通过控制制备渗铝硅涂层的过程中的烧结温度T及烧结时间t完成对料浆法制备铝硅共渗涂层的渗层厚度控制，其中，渗铝硅涂层的厚度S的表达式为：
S＝aT3+bT2+cT+dt+e*104
其中，a、b、c、d及e与基材材料相关的常数。
2.根据权利要求1所述的料浆法制备铝硅共渗涂层的渗层厚度控制方法，其特征在于，对待渗铝硅试件进行预处理的具体操作为：将待渗铝硅试件进行除油及除锈，然后放置到200℃的电阻炉中进行预热20min。
3.根据权利要求1所述的料浆法制备铝硅共渗涂层的渗层厚度控制方法，其特征在于，对待渗铝硅试件的表面喷涂料浆，然后再进行自然风干的具体操作为：将待渗铝硅试件放置到操作台上，再将搅拌均匀的浆料倒入喷枪中，待喷枪喷出均匀的浆料后，再用喷枪在待渗铝硅试件的表面喷涂浆料，喷涂完成后再进行自然风干。
4.根据权利要求1所述的料浆法制备铝硅共渗涂层的渗层厚度控制方法，其特征在于，步骤2)的具体操作为：将自然风干后的待渗铝硅试件放置到烘箱中进行烘干，再在200℃的温度下固化2h，烘干过程中的温度为70-110℃，烘干所用时间大于等于20min。
5.根据权利要求1所述的料浆法制备铝硅共渗涂层的渗层厚度控制方法，其特征在于，步骤3)中将烘干固化后的待渗铝硅试件进行烧结的具体操作为：将烘干固化后的待渗铝硅试件放置到870-1100℃的管式炉中，然后再在氩气或空气氛围热处理30-240min，然后随炉冷却至室温。
6.根据权利要求2所述的料浆法制备铝硅共渗涂层的渗层厚度控制方法，其特征在于，通过酸洗液对待渗铝硅试件进行除油及除锈，酸洗液为硫酸、盐酸及OP乳化剂的混合液，酸洗液的温度为80～95℃。
7.根据权利要求3所述的料浆法制备铝硅共渗涂层的渗层厚度控制方法，其特征在于，浆料中Al和Si的质量浓度之和为500g/L，浆料喷涂的厚度为0.05-0.5mm，喷涂次数为1-5遍。
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