CN106399912A - 一种循环流化床锅炉耐高温抗磨蚀梯度涂层的制备方法 - Google Patents

一种循环流化床锅炉耐高温抗磨蚀梯度涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种循环流化床锅炉耐高温抗磨蚀梯度涂层的制备方法，其包括：(1)将循环流化床锅炉部件表面喷砂粗化；(2)用丙酮和乙醇先后洗涤所述喷砂粗化的表面，并干燥；(3)在粗化并清洗干净后的表面等离子喷涂NiCrBSi中间涂层，随后等离子喷涂Cr3C2‑NiCr‑BN‑Si3N4颗粒，所述等离子喷涂工艺条件包括：主气压力0.7‑1.0MPa，辅气压力0.6‑0.9MPa，主气流量1300‑1800l/h，辅气流量900‑1100l/h，弧电流450‑600A，弧电压85‑100V，送粉气压力0.2‑0.4MPa，送粉气流量280‑400l/h，喷涂距离100‑150mm，喷涂速度2‑3kg/h，涂层厚度1‑2.5mm。所述涂层用于循环流化床锅炉时能够耐高温腐蚀和高温磨蚀，且涂层牢固不脱落。

Description

一种循环流化床锅炉耐高温抗磨蚀梯度涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种循环流化床锅炉耐高温抗磨蚀Cr3C2-NiCr-BN梯度涂层的制备方法。
背景技术
循环流化床锅炉与常规锅炉的区别在于其燃烧系统不同，气固物料分离设备和固体物料再循环设备是循环流化床锅炉的主要特征。循环流化床锅炉的燃烧包括内、外循环两个过程，内循环是炉膛内的循环过程，即在炉内高速运动的烟气与其携带的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触，并有大量颗粒返混的流态化燃烧反应过程。而外循环是在炉外将绝大部分高温的固体颗粒搜集，并将它们送回炉内再次参与燃烧的过程。这种特殊的燃烧方式使循环流化床锅炉具有许多传统锅炉所没有的特点。
特殊的燃烧方式为循环流化床带来一系列优点，但同时也引起了锅炉受热面管的高温磨损和腐蚀。这一缺陷一直没有得到较好的解决，限制了循环流化床锅炉的进一步推广应用。
循环流化床锅炉的受热面管包括水冷壁、过热器、再热器、省煤器和烟道等，国内制造的循环流化床锅炉大都还在密相区布置有埋管受热面。与其他类型锅炉相比，循环流化床锅炉的受热面管的工况条件更为恶劣，其磨损与固体物料浓度、烟气流速、颗粒特性等因素密切相关。循环流化床锅炉燃烧的煤多为低热值劣质煤(煤矸石、泥煤等)，固体物料(包括燃料、脱硫剂石灰石、床料等)的平均颗粒度为0-8mm，而煤粉炉燃用的煤粉粒度仅为20-50μm左右，燃烧室密相区的固体物料浓度高达100-100kg/m3，稀相区的也为5-50kg/m3，为煤粉锅炉的几十倍到上百倍；物料燃烧形成的高温烟气中含有10-20％的飞灰，飞灰中含有高熔点的硬质颗粒(主要为SiO2)，其运行风速平均高达4-10m/s；此外，烟气中还含有CO、H2S、SO2、HC1等腐蚀性气体。
因此循环流化床锅炉用涂层必须具有良好的导热性能，且热膨胀系数与基材相近，以避免涂层脱落，且要耐高温腐蚀和高温磨蚀。
发明内容
本发明的目的在于提出一种循环流化床锅炉耐高温抗磨蚀梯度涂层的制备方法，所述涂层用于循环流化床锅炉时能够耐高温腐蚀和高温磨蚀，且涂层牢固不脱落。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种循环流化床锅炉耐高温抗磨蚀梯度涂层的制备方法，其包括：
(1)将循环流化床锅炉部件表面喷砂粗化；
(2)用丙酮和乙醇先后洗涤所述喷砂粗化的表面，并干燥；
(3)在粗化并清洗干净后的表面等离子喷涂NiCrBSi中间涂层，随后等离子喷涂Cr3C2-NiCr-BN-Si3N4颗粒，所述等离子喷涂工艺条件包括：主气压力0.7-1.0MPa，辅气压力0.6-0.9MPa，主气流量1300-1800l/h，辅气流量900-1100l/h，弧电流450-600A，弧电压85-100V，送粉气压力0.2-0.4MPa，送粉气流量280-400l/h，喷涂距离100-150mm，喷涂速度2-3kg/h，涂层厚度1-2.5mm。
优选的，本发明所述的Cr3C2-NiCr-BN颗粒，其重量比为5-3:1:0.5-2。
本发明所述的中间涂层厚度为0.2-0.6mm，Cr3C2-NiCr-BN-Si3N4涂层厚度为0.8-2.3mm，涂层总厚度为1-2.5mm。
相较于其他的工作层，本发明采用Cr3C2-NiCr-BN-Si3N4作为工作层。其采用的BN为六方氮化硼，其摩擦系数很低、高温稳定性很好、耐热震性很好、强度很高、导热系数很高、膨胀系数较低、电阻率很大、耐腐蚀，与本发明的Cr3C2-NiCr联用，不仅能够提高其高温热稳定性，还有效减小其摩擦阻力，间接减小磨蚀。
相较于其他的粘结底层，本发明采用NiCrBSi作为粘结底层，其起到了降低热处理温度、改善基体与工作层连接性质的作用，实现良好的结合。
本发明所述的NiCrBSi，其各成分之间比例不做特定限定，各个成分只要达到有效量即可。例如，其含量为Cr 14-18wt％、B 3-4.5wt％、Si 3.5-5.5wt％，Ni余量。
本发明通过选择特定的耐高温耐磨蚀涂层组成，并与特定的工艺相结合，在循环流化床锅炉表面制备得到耐高温腐蚀和高温磨蚀的涂层，解决了现有技术不能解决的缺陷。
本发明制备得到的涂层，其显微硬度在920HV0.981以上，在30°冲蚀角和90°冲蚀角下，其冲蚀磨损率远远低于基体，只是基体的10％左右。所述涂层能够耐高温腐蚀和高温磨蚀，且涂层牢固不脱落。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种循环流化床锅炉耐高温抗磨蚀Cr3C2-NiCr-BN-Si3N4梯度涂层的制备方法，其包括：
(1)将循环流化床锅炉部件表面喷砂粗化；
(2)用丙酮和乙醇先后洗涤所述喷砂粗化的表面，并干燥；
(3)在粗化并清洗干净后的表面等离子喷涂NiCrBSi中间涂层，随后等离子喷涂Cr3C2-NiCr-BN-Si3N4颗粒，所述等离子喷涂工艺条件包括：主气压力0.7MPa，辅气压力0.6MPa，主气流量1300l/h，辅气流量900l/h，弧电流450A，弧电压85V，送粉气压力0.2MPa，送粉气流量280l/h，喷涂距离100mm，喷涂速度2kg/h，涂层厚度1mm。
实施例2
一种循环流化床锅炉耐高温抗磨蚀Cr3C2-NiCr-BN-Si3N4梯度涂层的制备方法，其包括：
(1)将循环流化床锅炉部件表面喷砂粗化；
(2)用丙酮和乙醇先后洗涤所述喷砂粗化的表面，并干燥；
(3)在粗化并清洗干净后的表面等离子喷涂NiCrBSi中间涂层，随后等离子喷涂Cr3C2-NiCr-BN-Si3N4颗粒，所述等离子喷涂工艺条件包括：主气压力1.0MPa，辅气压力0.9MPa，主气流量1800l/h，辅气流量1100l/h，弧电流600A，弧电压100V，送粉气压力0.4MPa，送粉气流量400l/h，喷涂距离150mm，喷涂速度3kg/h，涂层厚度2.5mm。
实施例3
一种循环流化床锅炉耐高温抗磨蚀Cr3C2-NiCr-BN-Si3N4梯度涂层的制备方法，其包括：
(1)将循环流化床锅炉部件表面喷砂粗化；
(2)用丙酮和乙醇先后洗涤所述喷砂粗化的表面，并干燥；
(3)在粗化并清洗干净后的表面等离子喷涂NiCrBSi中间涂层，随后等离子喷涂Cr3C2-NiCr-BN-Si3N4颗粒，所述等离子喷涂工艺条件包括：主气压力0.8MPa，辅气压力0.7MPa，主气流量1500l/h，辅气流量1000l/h，弧电流500A，弧电压90V，送粉气压力0.3MPa，送粉气流量350l/h，喷涂距离120mm，喷涂速度2.5kg/h，涂层厚度2mm。
实施例1-2制备得到的涂层，经实际使用100小时，停工检查表面，未见明显腐蚀和磨蚀，证明本发明制备得到的涂层能够解决现有技术的缺陷，实现了耐高温腐蚀和耐高温磨蚀的技术效果。

Claims (3)

1.一种循环流化床锅炉耐高温抗磨蚀梯度涂层的制备方法，其包括：
(1)将循环流化床锅炉部件表面喷砂粗化；
(2)用丙酮和乙醇先后洗涤所述喷砂粗化的表面，并干燥；
(3)在粗化并清洗干净后的表面等离子喷涂NiCrBSi中间涂层，随后等离子喷涂Cr3C2-NiCr-BN-Si3N4颗粒，所述等离子喷涂工艺条件包括：主气压力0.7-1.0MPa，辅气压力0.6-0.9MPa，主气流量1300-1800l/h，辅气流量900-1100l/h，弧电流450-600A，弧电压85-100V，送粉气压力0.2-0.4MPa，送粉气流量280-400l/h，喷涂距离100-150mm，喷涂速度2-3kg/h，涂层厚度1-2.5mm。
2.如权利要求1所述的循环流化床锅炉耐高温抗磨蚀梯度涂层的制备方法，其特征在于，所述的Cr3C2-NiCr-BN-Si3N4颗粒，其重量比为5-3:1:0.5-2。
3.如权利要求1或2所述的循环流化床锅炉耐高温抗磨蚀梯度涂层的制备方法，其特征在于，所述的中间涂层厚度为0.2-0.6mm，Cr3C2-NiCr-BN-Si3N4涂层厚度为0.8-2.3mm，涂层总厚度为1-2.5mm。
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