CN106906468A - 一种抗腐蚀锅炉管及其制备方法 - Google Patents

一种抗腐蚀锅炉管及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗腐蚀锅炉管及其制备方法，制备外涂层的原料为：硅酸铝、磷酸二氢铝溶液、C、Ti、Nb和Pd；制备方法为：将管体表面清洗、打磨，使管体表面无锈、裂纹和气孔，清洁度达到Sa2级；将硅酸铝、C、Ti、Nb和Pd球磨混合，加入磷酸二氢铝溶液，搅拌混合，得到涂料；采用淋涂工艺，将涂料喷淋在处理后的管体表面，干燥后得到涂层管体；采用激光熔覆技术，使涂层管体的涂层与管体表面的薄层同时熔融、紧密结合，快速冷却凝固后，即得抗腐蚀锅炉管。本发明制备工艺简单、方便操作，制备得到的抗腐蚀锅炉管具有耐高温、抗腐蚀、管体和外涂层结合力强的优点。

Description

一种抗腐蚀锅炉管及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料渡覆领域，具体涉及一种抗腐蚀锅炉管及其制备方法。
背景技术
目前，锅炉管主要用来制造水冷壁管、沸水管、过热蒸汽管、烟管及拱砖管等，使用温度一般在350℃以下。锅炉管使用时经常处于高温和高压条件，锅炉管在高温烟气和水蒸气的作用下，易发生氧化和腐蚀。为了提高锅炉管的耐高温、抗腐蚀性能，常用的方法是在锅炉管外表面涂覆一层保护层，保护层的材料主要有：有机高分子材料、合金材料和无机材料。其中，有机高分子材料在高温环境下长期使用容易分化，失去原有性能，降低锅炉管的持久性；合金材料耐磨、耐氧化、和管体具有很强的结合力，是应用较多的保护层；无机材料虽然耐高温抗腐蚀，但是同时也具有高隔热性能，降低了锅炉管传递热量的性能。
中国专利CN201610681551.8公开了一种锅炉管及其制作工艺，该涂层材料由下列组分组成，钡，钼，铯，锂，铅，铝，硼，碳，铁，镍，镁为余量。但是该专利采用重金属铅污染环境、降低锅炉管的安全性，活泼金属镁的添加增加了锅炉管制造过程的难度。
因此，为解决上述问题，需要一种工艺简单、耐高温、抗腐蚀、管体和外涂层结合力强的锅炉管。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种抗腐蚀锅炉管及其制备方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种抗腐蚀锅炉管，包括管体和外涂层，制备外涂层的原料及其质量百分数为：硅酸铝、40％～50％，磷酸二氢铝溶液、20％～30％，C、10％～18％，Ti、7％～14％，Nb、0.5％～1.5％，Pd、0.5％～1.5％；其中，硅酸铝的粒径为100μm～150μm；C的粒径为50μm～100μm；Ti的粒径为50μm～100μm；Nb的粒径为2μm～4μm；Pd的粒径为2μm～4μm；
其中，本发明中超细硅酸铝具有网格结构，应用在涂料中，使涂料具有很好的悬浮性，防止了涂料出现固体成分沉底及涂料分层现象；硅酸铝能缩短涂料的表面干燥时间，同时具有优良的耐高温性能和抗腐蚀性能，但是硅酸铝的低导热系数阻碍了其传递热量；C和Ti具有较好的导热性能，添加在硅酸铝中，提高外涂层的耐高温性能，同时提高外涂层的导热性能；Nb和Pd的添加，增强了外涂层的强度；磷酸二氢铝溶液作为粘结剂，增加了外涂层的原料之间的相容性，同时增强外涂层与管体之间的结合力。
进一步地，管体的材料为碳素结构钢或合金结构钢。
进一步地，磷酸二氢铝溶液的比重为：1.35～1.45。
本发明的另一个目的，在于提供一种上述抗腐蚀锅炉管的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，管体表面处理：采用有机溶剂将管体表面清洗，去掉附着物，继续用钢丝对管体表面进行打磨，使管体表面无锈、裂纹和气孔，清洁度达到Sa2级；
步骤S2，涂料制备：将所述质量百分数的硅酸铝、C、Ti、Nb和Pd放入球磨罐中，在100r/min～120r/min转速下球磨混合4h～6h，再加入所述质量百分数的磷酸二氢铝溶液，搅拌混合，得到涂料；
步骤S3，淋涂：在喷淋压力为0.2MPa～0.3Mpa的条件下，将涂料在步骤S1处理后的管体表面喷淋2min～4min，滞留10min～15min，干燥后得到涂层管体；
步骤S4，熔覆：采用激光熔覆技术，在激光器功率为500W～1000W的条件下，以300mm/min～600mm/min的速度扫描步骤S2得到的涂层管体的表面6min～10min，使涂层管体的涂层与管体表面的薄层同时熔融、紧密结合，快速冷却凝固后，即得抗腐蚀锅炉管。
进一步地，步骤S1中，有机溶剂为：浓度为1mol/L～3mol/L的丙酮溶液。
进一步地，步骤S3中，喷淋的喷嘴直径为：1.5mm～2mm。
进一步地，步骤S3中，涂层管体的涂层厚度为：1mm～2mm。
进一步地，步骤S4中，薄层的厚度为：0.5mm～1mm。
进一步地，步骤S4中，激光器的光斑直径为：2mm～4mm。
进一步地，步骤S4中，快速冷却凝固为：在1min～3min内将经激光熔覆的涂层管体的温度下降至室温。
本发明的优点是：
1.本发明制备的抗腐蚀锅炉管具有耐高温、抗腐蚀、管体和外涂层结合力强的优点，其中，本发明中超细硅酸铝具有网格结构，应用在涂料中，使涂料具有很好的悬浮性，防止了涂料出现固体成分沉底及涂料分层现象；硅酸铝能缩短涂料的表面干燥时间，同时具有优良的耐高温性能和抗腐蚀性能，但是硅酸铝的低导热系数阻碍了其传递热量；C和Ti具有较好的导热性能，添加在硅酸铝中，提高外涂层的耐高温性能，同时提高外涂层的导热性能；Nb和Pd的添加，增强了外涂层的强度；磷酸二氢铝溶液作为粘结剂，增加了外涂层的原料之间的相容性，同时增强外涂层与管体之间的结合力；
2.本发明制备工艺简单、方便操作，其中，淋涂工艺使外涂层厚度均匀，激光熔融技术使外涂层和管体结合度好。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种抗腐蚀锅炉管，包括管体和外涂层，制备外涂层的原料及其质量百分数为：硅酸铝、40％，磷酸二氢铝溶液、30％，C、18％，Ti、10％，Nb、1％，Pd、1％；其中，硅酸铝的粒径为100μm；C的粒径为50μm；Ti的粒径为50μm；Nb的粒径为2μm；Pd的粒径为2μm；磷酸二氢铝溶液的比重为1.35。
实施例2
一种抗腐蚀锅炉管，包括管体和外涂层，制备外涂层的原料及其质量百分数为：硅酸铝、45％，磷酸二氢铝溶液、25％，C、15％，Ti、14％，Nb、0.5％，Pd、0.5％；其中，硅酸铝的粒径为150μm；C的粒径为100μm；Ti的粒径为100μm；Nb的粒径为4μm；Pd的粒径为4μm；磷酸二氢铝溶液的比重为1.45。
实施例3
一种抗腐蚀锅炉管，包括管体和外涂层，制备外涂层的原料及其质量百分数为：硅酸铝、50％，磷酸二氢铝溶液、20％，C、10％，Ti、7％，Nb、1.5％，Pd、1.5％；其中，硅酸铝的粒径为120μm；C的粒径为80μm；Ti的粒径为80μm；Nb的粒径为3μm；Pd的粒径为3μm；磷酸二氢铝溶液的比重为1.4。
实施例4
一种抗腐蚀锅炉管的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，管体表面处理：采用有机溶剂将管体表面清洗，去掉附着物，继续用钢丝对管体表面进行打磨，使管体表面无锈、裂纹和气孔，清洁度达到Sa2级；其中，有机溶剂为：浓度为1mol/L的丙酮溶液；
步骤S2，涂料制备：将所述质量百分数的硅酸铝、C、Ti、Nb和Pd放入球磨罐中，在100r/min转速下球磨混合6h，再加入所述质量百分数的磷酸二氢铝溶液，搅拌混合，得到涂料；
步骤S3，淋涂：在喷淋压力为0.2MPa的条件下，将涂料在步骤S1处理后的管体表面喷淋4min，滞留10min，干燥后得到涂层管体；其中，喷淋的喷嘴直径为2mm；涂层管体的涂层厚度为1mm；
步骤S4，熔覆：采用激光熔覆技术，在激光器功率为500W的条件下，以600mm/min的速度扫描步骤S2得到的涂层管体的表面6min，使涂层管体的涂层与管体表面的薄层同时熔融、紧密结合，快速冷却凝固后，即得抗腐蚀锅炉管；其中，薄层的厚度为0.5mm；激光器的光斑直径为2mm；快速冷却凝固为：在1min内将经激光熔覆的涂层管体的温度下降至室温。
实施例5
一种抗腐蚀锅炉管的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，管体表面处理：采用有机溶剂将管体表面清洗，去掉附着物，继续用钢丝对管体表面进行打磨，使管体表面无锈、裂纹和气孔，清洁度达到Sa2级；其中，有机溶剂为：浓度为2mol/L的丙酮溶液；
步骤S2，涂料制备：将所述质量百分数的硅酸铝、C、Ti、Nb和Pd放入球磨罐中，在120r/min转速下球磨混合4h，再加入所述质量百分数的磷酸二氢铝溶液，搅拌混合，得到涂料；
步骤S3，淋涂：在喷淋压力为0.3Mpa的条件下，将涂料在步骤S1处理后的管体表面喷淋2min，滞留15min，干燥后得到涂层管体；其中，喷淋的喷嘴直径为1.5mm；涂层管体的涂层厚度为2mm；
步骤S4，熔覆：采用激光熔覆技术，在激光器功率为1000W的条件下，以300mm/min的速度扫描步骤S2得到的涂层管体的表面10min，使涂层管体的涂层与管体表面的薄层同时熔融、紧密结合，快速冷却凝固后，即得抗腐蚀锅炉管；其中，薄层的厚度为1mm；激光器的光斑直径为4mm；快速冷却凝固为：在3min内将经激光熔覆的涂层管体的温度下降至室温。
实施例6
一种抗腐蚀锅炉管的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，管体表面处理：采用有机溶剂将管体表面清洗，去掉附着物，继续用钢丝对管体表面进行打磨，使管体表面无锈、裂纹和气孔，清洁度达到Sa2级；其中，有机溶剂为：浓度为3mol/L的丙酮溶液；
步骤S2，涂料制备：将所述质量百分数的硅酸铝、C、Ti、Nb和Pd放入球磨罐中，在110r/min转速下球磨混合5h，再加入所述质量百分数的磷酸二氢铝溶液，搅拌混合，得到涂料；
步骤S3，淋涂：在喷淋压力为0.25Mpa的条件下，将涂料在步骤S1处理后的管体表面喷淋3min，滞留12min，干燥后得到涂层管体；其中，喷淋的喷嘴直径为1.8mm；涂层管体的涂层厚度为1.5mm；
步骤S4，熔覆：采用激光熔覆技术，在激光器功率为800W的条件下，以450mm/min的速度扫描步骤S2得到的涂层管体的表面8min，使涂层管体的涂层与管体表面的薄层同时熔融、紧密结合，快速冷却凝固后，即得抗腐蚀锅炉管；其中，薄层的厚度为0.8mm；激光器的光斑直径为3mm；快速冷却凝固为：在2min内将经激光熔覆的涂层管体的温度下降至室温。
实验例1
对实施例1～6制备的抗腐蚀锅炉管进行耐高温、抗腐蚀性能测试，测试数据如表1所示。
耐高温测试：将实施例1～6制备的抗腐蚀锅炉管在550℃温度下烘烤24h，观察抗腐蚀锅炉管的表面是否有白点和气泡，进而判断锅炉管内部组织是否变化。
抗防腐蚀性能：将盐酸加入自来水中，配置浓度为1mol/L的盐酸溶液，用盐酸溶液煮沸的蒸汽作用在实施例1～6制备的抗腐蚀锅炉管的表面，作用时间为24h，观察抗腐蚀锅炉管外涂层与管体是否分层，外涂层是否翻皮，进而判断抗腐蚀锅炉管的抗腐蚀性能。
表1抗腐蚀锅炉管的耐高温和抗腐蚀性能测试数据
结果：实施例1～6制备的抗腐蚀锅炉管经高温烘烤后，表面没有白点及气泡；经盐酸蒸汽作用后，锅炉管没有分层、外涂层没有翻皮。
结论：本发明制备的抗腐蚀锅炉管耐高温性能好、抗腐蚀性能强、管体和外涂层结合力强。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗腐蚀锅炉管，包括管体和外涂层，其特征在于，制备所述外涂层的原料及其质量百分数为：硅酸铝、40％～50％，磷酸二氢铝溶液、20％～30％，C、10％～18％，Ti、7％～14％，Nb、0.5％～1.5％，Pd、0.5％～1.5％；其中，所述硅酸铝的粒径为100μm～150μm；所述C的粒径为50μm～100μm；所述Ti的粒径为50μm～100μm；所述Nb的粒径为2μm～4μm；所述Pd的粒径为2μm～4μm。
2.根据权利要求1所述的抗腐蚀锅炉管，其特征在于，所述管体的材料为碳素结构钢或合金结构钢。
3.根据权利要求1所述的抗腐蚀锅炉管，其特征在于，所述磷酸二氢铝溶液的比重为：1.35～1.45。
4.一种根据权利要求1～3中任一项所述的抗腐蚀锅炉管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，管体表面处理：采用有机溶剂将所述管体表面清洗，去掉附着物，继续用钢丝对管体表面进行打磨，使管体表面无锈、裂纹和气孔，清洁度达到Sa2级；
步骤S2，涂料制备：将所述质量百分数的硅酸铝、C、Ti、Nb和Pd放入球磨罐中，在100r/min～120r/min转速下球磨混合4h～6h，再加入所述质量百分数的磷酸二氢铝溶液，搅拌混合，得到涂料；
步骤S3，淋涂：在喷淋压力为0.2MPa～0.3Mpa的条件下，将涂料在步骤S1处理后的管体表面喷淋2min～4min，滞留10min～15min，干燥后得到涂层管体；
步骤S4，熔覆：采用激光熔覆技术，在激光器功率为500W～1000W的条件下，以300mm/min～600mm/min的速度扫描步骤S2得到的涂层管体的表面6min～10min，使涂层管体的涂层与管体表面的薄层同时熔融、紧密结合，快速冷却凝固后，即得所述抗腐蚀锅炉管。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述有机溶剂为：浓度为1mol/L～3mol/L的丙酮溶液。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述喷淋的喷嘴直径为：1.5mm～2mm。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述涂层管体的涂层厚度为：1mm～2mm。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述薄层的厚度为：0.5mm～1mm。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述激光器的光斑直径为：2mm～4mm。
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述快速冷却凝固为：在1min～3min内将经激光熔覆的涂层管体的温度下降至室温。
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