CN108220857A - 垃圾焚烧炉受热面防氯腐蚀双层结构合金涂层及制备方法 - Google Patents

垃圾焚烧炉受热面防氯腐蚀双层结构合金涂层及制备方法 Download PDF

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Abstract

一种垃圾焚烧炉受热面防氯腐蚀双层结构合金涂层，其双层结构包括耐氯腐蚀底层和耐固体颗粒冲蚀面层；耐氯腐蚀底层成分质量百分含量如下：Cr:20‑23％,Mo:8‑10％,Nb:3.15‑4.15％,Fe:5％,Co:1％,Mn:0.5％,Si:0.5％,Al:0.4％,Ti:0.4％,余量为Ni及不可避免的杂质；耐固体颗粒冲蚀面层成分质量百分含量范围为：NiCr：80％，Cr3C2：20％用活性燃烧高速燃气喷涂工艺制备双层结构涂层中的耐氯腐蚀底层；用超音速火焰喷涂工艺制备双层结构涂层中的耐固体颗粒冲蚀面层；本发明解决了垃圾焚烧炉受热面易被高温氯腐蚀和固体颗粒冲蚀造成的管壁减薄、爆管问题，极大延长了垃圾焚烧炉受热面管道的使用寿命及维修周期。

Description

垃圾焚烧炉受热面防氯腐蚀双层结构合金涂层及制备方法
技术领域
本发明涉及一种双层结构合金涂层及其制备方法，尤其涉及一种垃圾焚烧炉受热面防氯腐蚀双层结构合金涂层及其制备方法。
背景技术
废弃物资源化(Waste‐to‐Energy,WTE)垃圾焚烧技术是一种无害化、减量化程度较高的垃圾处理方式，同时还能够实现废弃物的资源化利用，为城市提供绿色电力。近年来，国内各大城市纷纷兴建垃圾焚烧厂来解决垃圾围城问题。
固体垃圾中氯浓度通常较高，为0.5％‐2.0％，而硫浓度为0.1％‐0.4％，垃圾焚烧中氯化腐蚀是造成锅炉热交换部件管壁腐蚀的主要因素。垃圾焚烧炉烟气中存在大量氯腐蚀性元素，所形成的氯化物，会直接破坏材料表面的钝化膜，使得锅炉热端部件(过热器，再热器等)由于腐蚀造成的管道破坏大幅加速，从而增大了锅炉的维修频率，增加了生产成本，降低生产效率。其次，垃圾焚烧烟气中存在的粉尘固体颗粒对锅炉管道的冲刷所造成的磨损也是主要失效破坏原因之一，尤其是在腐蚀环境中，材料表面已经遭受腐蚀性破坏，这样烟尘颗粒的吹扫与冲刷更会加速材料的破坏。因此，垃圾焚烧过程中严重的氯腐和固体颗粒冲蚀问题成为限制垃圾焚烧炉有效运行的关键问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种解决垃圾焚烧炉受热面氯腐蚀和固体颗粒冲蚀问题的双层结构涂层及其超音速火焰制备方法，采用本发明方法所制备涂层可在垃圾焚烧炉受热面表面形成保护涂层，可达到防高温氯腐蚀和耐固体颗粒冲蚀的效果，解决了垃圾焚烧炉受热面易被高温氯腐蚀和固体颗粒冲蚀造成的管壁减薄、爆管问题，极大延长了垃圾焚烧炉受热面管道的使用寿命及维修周期。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种垃圾焚烧炉受热面防氯腐蚀双层结构合金涂层，所述的双层结构为：耐氯腐蚀底层和耐固体颗粒冲蚀面层；
所述耐氯腐蚀底层的成分及质量百分含量如下：Cr:20‐23％,Mo:8‐10％,Nb:3.15‐4.15％,Fe:5％,Co:1％,Mn:0.5％,Si:0.5％,Al:0.4％,Ti:0.4％,余量为Ni及不可避免的杂质；
所述耐固体颗粒冲蚀面层的成分及质量百分含量为：NiCr：80％，Cr3C2：20％，其中NiCr成分质量百分比为：Ni：70‐80％，Cr：20‐30％。
所述双层结构涂层中的耐氯腐蚀底层的厚度为0.3‐0.5mm，孔隙率≤1％，结合强度≥65MPa。
所述双层结构涂层中的耐固体颗粒冲蚀面层的厚度为0.3‐0.5mm，孔隙率≤5％，结合强度≥65MPa。
所述垃圾焚烧炉受热面防氯腐蚀双层结构合金涂层的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：对所述耐氯腐蚀底层的粉末材料和耐固体颗粒冲蚀面层的粉末材料进行低温烘干；
步骤2：对待喷涂防护的基体表面进行预处理，去除表面氧化膜及污垢后，对基体进行喷砂处理；
步骤3：采用活性燃烧高速燃气喷涂(HVAF)工艺制备双层结构涂层中的耐氯腐蚀底层，喷涂工艺参数为：空气压力为0.5‐0.7MPa，丙烷压力为0.45‐0.6MPa，氮气流量为55‐65L/min，喷涂距离为315‐335mm；
步骤4：采用超音速火焰喷涂工艺制备双层结构涂层中的耐固体颗粒冲蚀面层，喷涂工艺参数为：氧气压力为0.8‐1.5MPa，空气压力为0.5‐1.0MPa，丙烷压力为0.6‐1.2MPa，送粉气压力为1.0‐1.2MPa，喷涂距离为215‐235mm。
所述步骤3中制备双层结构涂层中的耐氯腐蚀底层厚度为0.3‐0.5mm，孔隙率≤1％，结合强度≥65MPa。
所述步骤4中制备双层结构涂层中的耐固体颗粒冲蚀面层厚度为0.3‐0.5mm，孔隙率≤5％，结合强度≥65MPa。
本发明垃圾焚烧炉受热面防氯腐蚀双层结构合金涂层所具有的性能主要由其特殊的结构和制备工艺决定，具体如下：
双层结构涂层中的耐氯腐蚀底层采用了具有优异抗氯腐蚀性能的合金涂层材料，材料中的Ni、Cr元素可形成致密氧化膜，对基体材料起到保护作用；其次，采用活性燃烧高速燃气喷涂(HVAF)工艺，制备出的涂层孔隙率远远小于其它热喷涂工艺制备涂层孔隙率，涂层足够致密，可进一步防止腐蚀性气体快速扩散，从而保护基体。
双层结构涂层中的耐固体颗粒冲蚀面层采用添加了硬质颗粒的镍基合金粉末，采用超音速火焰喷涂(HVOF)工艺制备，喷涂完成后硬质颗粒Cr3C2保留至涂层中，起到抗固体颗粒冲刷的作用；涂层中的黏结相为NiCr，对固体颗粒起到粘结作用，Ni、Cr元素本身也具有极好的耐氯腐蚀性能。
本发明具有如下优点：
1)本发明所制备双层结构涂层有效地提高了垃圾焚烧炉受热面的耐氯腐和耐固体颗粒冲蚀能力，延长了受热面管道的寿命。
2)本发明采用超音速火焰喷涂工艺操作简单，可实现原位大面积喷涂。相比于电弧喷涂，涂层更加致密，氧化物更少，性能更佳。
附图说明
图1为本发明双层结构合金涂层结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明：
实施例1
本实施例一种垃圾焚烧炉受热面防氯腐蚀双层结构合金涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)对耐氯腐蚀底层的粉末材料和耐固体颗粒冲蚀面层的粉末材料进行低温烘干。
(2)对垃圾焚烧炉受热面表面的基体表面进行预处理，去除表面氧化膜及污垢后，对基体进行喷砂处理。
(3)采用活性燃烧高速燃气喷涂(HVAF)工艺制备双层结构涂层中的耐氯腐蚀底层，喷涂工艺参数为：空气压力为0.5MPa，丙烷压力为0.45MPa，氮气流量为55L/min，喷涂距离为315mm，所制备的耐氯腐蚀底层厚度为0.3mm，孔隙率≤1％，结合强度≥65MPa。
(4)采用超音速火焰喷涂工艺制备双层结构涂层中的耐固体颗粒冲蚀面层，喷涂工艺参数为：氧气压力为0.8MPa，空气压力为0.5MPa，丙烷压力为0.8MPa，送粉气压力为1.0MPa，喷涂距离为215mm，所制备的耐固体颗粒冲蚀面层厚度为0.3mm，孔隙率≤5％，结合强度≥65MPa。
(5)通过上述步骤即可在垃圾焚烧炉受热面形成耐氯腐蚀和耐固体颗粒冲蚀的双层结构涂层，如图1所示。
实施例2
本实施例一种垃圾焚烧炉受热面防氯腐蚀双层结构合金涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)对耐氯腐蚀底层的粉末材料和耐固体颗粒冲蚀面层的粉末材料进行低温烘干。
(2)对垃圾焚烧炉受热面表面的基体表面进行预处理，去除表面氧化膜及污垢后，对基体进行喷砂处理。
(3)采用活性燃烧高速燃气喷涂(HVAF)工艺制备双层结构涂层中的耐氯腐蚀底层，喷涂工艺参数为：空气压力为0.65MPa，丙烷压力为0.6MPa，氮气流量为60L/min，喷涂距离为325mm，所制备的耐氯腐蚀底层厚度为0.4mm，孔隙率≤1％，结合强度≥65MPa。
(4)采用超音速火焰喷涂工艺制备双层结构涂层中的耐固体颗粒冲蚀面层，喷涂工艺参数为：氧气压力为1.2MPa，空气压力为0.8MPa，丙烷压力为1.0MPa，送粉气压力为1.1MPa，喷涂距离为225mm，所制备的耐固体颗粒冲蚀面层厚度为0.4mm，孔隙率≤5％，结合强度≥65MPa。
(5)通过上述步骤即可在垃圾焚烧炉受热面形成耐氯腐蚀和耐固体颗粒冲蚀的双层结构涂层。
实施例3
本实施例一种垃圾焚烧炉受热面防氯腐蚀双层结构合金涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)对上述所述耐氯腐蚀底层粉末材料和耐固体颗粒冲蚀的面层粉末材料进行低温烘干。
(2)对垃圾焚烧炉受热面表面的基体表面进行预处理去除表面氧化膜及污垢后，对基体进行喷砂处理。
(3)采用活性燃烧高速燃气喷涂(HVAF)工艺制备双层结构涂层中的耐氯腐蚀底层，喷涂工艺参数为：空气压力为0.7MPa，丙烷压力为0.6MPa，氮气流量为65L/min，喷涂距离为335mm，所制备的耐氯腐蚀底层厚度为0.4mm，孔隙率≤1％，结合强度≥65MPa。
(4)采用超音速火焰喷涂工艺制备双层结构涂层中的耐固体颗粒冲蚀面层，喷涂工艺参数为：氧气压力为1.4MPa，空气压力为1.0MPa，丙烷压力为1.2MPa，送粉气压力为1.2MPa，喷涂距离为235mm，所制备的耐固体颗粒冲蚀面层厚度为0.5mm，孔隙率≤5％，结合强度≥65MPa。
(5)通过上述步骤即可在垃圾焚烧炉受热面形成耐氯腐蚀和耐固体颗粒冲蚀的双层结构涂层。

Claims (4)

1.一种垃圾焚烧炉受热面防氯腐蚀双层结构合金涂层，其特征在于：所述的双层结构为：耐氯腐蚀底层和耐固体颗粒冲蚀面层；
所述耐氯腐蚀底层的成分及质量百分含量如下：Cr:20-23％,Mo:8-10％,Nb:3.15-4.15％,Fe:5％,Co:1％,Mn:0.5％,Si:0.5％,Al:0.4％,Ti:0.4％,余量为Ni及不可避免的杂质；
所述耐固体颗粒冲蚀面层的成分及质量百分含量为：NiCr：80％，Cr3C2：20％，其中NiCr成分质量百分比为：Ni：70-80％，Cr：20-30％。
2.权利要求1所述垃圾焚烧炉受热面防氯腐蚀双层结构合金涂层，其特征在于：所述双层结构涂层中的耐氯腐蚀底层的厚度为0.3-0.5mm，孔隙率≤1％，结合强度≥65MPa。
3.权利要求1所述垃圾焚烧炉受热面防氯腐蚀双层结构合金涂层，其特征在于：所述双层结构涂层中的耐固体颗粒冲蚀面层的厚度为0.3-0.5mm，孔隙率≤5％，结合强度≥65MPa。
4.权利要求1至3任一项所述垃圾焚烧炉受热面防氯腐蚀双层结构合金涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：对所述耐氯腐蚀底层的粉末材料和耐固体颗粒冲蚀面层的粉末材料进行低温烘干；
步骤2：对待喷涂防护的基体表面进行预处理，去除表面氧化膜及污垢后，对基体进行喷砂处理；
步骤3：采用活性燃烧高速燃气喷涂HVAF工艺制备双层结构涂层中的耐氯腐蚀底层，喷涂工艺参数为：空气压力为0.5-0.7MPa，丙烷压力为0.45-0.6MPa，氮气流量为55-65L/min，喷涂距离为315-335mm；
步骤4：采用超音速火焰喷涂工艺制备双层结构涂层中的耐固体颗粒冲蚀面层，喷涂工艺参数为：氧气压力为0.8-1.5MPa，空气压力为0.5-1.0MPa，丙烷压力为0.6-1.2MPa，送粉气压力为1.0-1.2MPa，喷涂距离为215-235mm。
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