CN110653134A - 防结焦耐磨耐高温硫腐蚀的纳米陶瓷涂层及喷涂方法 - Google Patents

防结焦耐磨耐高温硫腐蚀的纳米陶瓷涂层及喷涂方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于材料加工热喷涂领域，特别涉及一种防结焦耐磨耐高温硫腐蚀的纳米陶瓷涂层及喷涂方法。纳米陶瓷涂层包括纳米氧化铝溶胶12‑13份，磷酸二氢盐30‑40份，纳米氮化物4‑5份，CrO3为4‑5份，Cr2O3为5‑6份，铝粉7‑8份，云母7‑9份，纳米CeO28‑9份，钴蓝0.5‑1份，堇青石3‑4份。优点：提高了材料表面发射率和热导率，具有耐高温、抗灰渣粘结、耐腐蚀、耐磨、延长设备寿命、提升设备换热效率等综合特性。同时，涂层具有良好的附着力、硬度，以及长时间耐高温性能。

Description

防结焦耐磨耐高温硫腐蚀的纳米陶瓷涂层及喷涂方法
技术领域
本发明属于材料加工热喷涂领域，具体涉及一种防结焦耐磨耐高温硫腐蚀的纳米陶瓷涂层及喷涂方法，主要应用于燃煤电厂锅炉水冷壁高温腐蚀及结焦严重区域。
背景技术
由于日益严格的环保要求，燃煤电厂全面实施超低排放。为了控制氮氧化物的生成，大部分燃煤电厂都采用了低氮燃烧技术。然而，经过低氮燃烧技术改造后，煤粉颗粒会呈现不完全的贫氧燃烧状态，导致燃烧器周围容易生成大量还原性气体，引起锅炉水冷壁严重的结焦及高温腐蚀。其中，主要以高温硫化物腐蚀为主。同时，电站锅炉向着大容量、高参数发展，锅炉水冷壁的温度将进一步上升，增加了水冷壁高温腐蚀及结焦结渣风险，严重影响了锅炉的安全运行。
中国发明专利(CN105112908B)公开了激光熔覆碳化钨陶瓷颗粒增强金属基涂层及其加工方法。采用激光器对碳化钨陶瓷颗粒进行激光熔覆，但无论是外加增强体制备技术还是原位自生技术，其一次设备投资大，制造成本高，且在大面积熔覆时由于光斑尺寸小需要采取搭接工艺，提高了冶金缺陷产生的几率，因此难以大规模应用。
中国发明专利(CN104264102B)公开了锅炉水冷壁上镍基合金涂层的制备方法。采用超音速电弧喷涂法制备了镍基合金复合涂层，而电弧中的高温使得合金元素的烧损和蒸发严重，导致涂层中的合金元素减少，严重影响了涂层的质量。
由于等离子体喷涂、激光熔覆技术、超音速火焰喷涂等方法皆因设备工艺复杂，成本较高，不具备大规模施工条件。因此亟需开发一种成本低及能规模化解决燃煤锅炉水冷壁结焦及高温腐蚀的工艺技术，以缓解燃煤锅炉严重的结焦及腐蚀压力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种防结焦耐磨耐高温硫腐蚀的纳米陶瓷涂层及喷涂方法，选用改性高熵高温粘接剂，运用复合稀土和纳米改性材料，有效的克服了现有技术的缺陷。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
提供一种防结焦耐磨耐高温硫腐蚀的纳米陶瓷涂层，包括以下重量份的组分：
纳米氧化铝溶胶12-13份，磷酸二氢盐30-40份，纳米氮化物4-5份， CrO3为4-5份，Cr2O3为5-6份，铝粉7-8份，云母7-9份，纳米CeO28-9份，钴蓝0.5-1份，堇青石3-4份。
进一步，上述磷酸二氢盐为磷酸二氢铝、磷酸二氢镁、磷酸二氢锌的其中一种或多种任意比例的混合物。
进一步，上述氮化物为氮化硅、氮化铝、氮化钛、氮化硼的其中一种或多种任意比例的混合物。
本发明的有益效果是：提高了材料表面发射率和热导率，具有耐高温、抗灰渣粘结、耐腐蚀、耐磨、延长设备寿命、提升设备换热效率等综合特性。同时，涂层具有良好的附着力、硬度，以及长时间耐高温性能。
还提供了一种防结焦耐磨耐高温硫腐蚀的纳米陶瓷涂层的喷涂方法，包括以下步骤：
步骤一、喷涂前对水冷壁表面进行喷砂除焦工艺，并使喷砂质量表面清洁度达到Sa2.5级或以上，表面粗糙度达到15～25μm；
步骤二、喷沙完成后采用压缩空气对全炉膛吹扫，除去水冷壁上多余的灰渣，使其表面保持清洁；
步骤三、初步涂层，具体为，在水冷壁表面进行连续多次均匀喷涂，每道次新喷涂层压盖上一道涂层的约1/3，直至达到制定厚度；
步骤四、干化涂层，具体为，预热炉膛温度达到10℃～35℃，使得纳米陶瓷涂层在清洁、相对湿度低于80％的气氛中表干；
步骤五、加热固化，表干后加热炉膛进行制陶工艺，具体为：
S1、在30分钟内加热炉膛至100℃，保持1小时；
S2、在1小时内加热炉膛温度至300℃，并保持2小时，即制得陶瓷涂层。
进一步，上述步骤一中，于喷砂前对所有设备进行调试并试喷砂，检测喷砂质量表面清洁度达到Sa2.5级，并检测表面粗糙度达到15～25μm，检查所有设备运行稳定再开始大面积喷砂作业，其中，喷砂砂料为12～20目棕刚玉或金刚砂，处理后以表面清洁度达到Sa2.5或以上。
进一步，上述步骤三中，采用压缩空气喷涂技术，在气压0.3～0.6MPa、喷枪距离基体表面20～30cm、漆雾与被涂覆面的夹角呈45°～90°进行连续均匀喷涂。
进一步，上述纳米陶瓷涂层喷涂于锅炉炉膛水冷壁中燃烧器的高温区域，涂层厚度为δ，其中δ的范围为：40μm≤δ≤80μm。
进一步，上述纳米陶瓷涂层与水冷壁表面之间的附着力不小于2Mpa，硬度不小于6H。
进一步,上述纳米陶瓷涂层在高温为550-600℃，低温为10-30℃条件下循环交替，其热稳定性不小于20次。
进一步，上述涂层在550-600℃高温融盐腐蚀时间不小于2500h。
有益效果是该方法简单、合理，喷涂的涂层具有较好的附着力、硬度，以及长时间耐高温性能，同时，具有较佳的耐高温、抗灰渣粘结、耐腐蚀、耐磨性能。
附图说明
图1为本发明的防结焦耐磨耐高温硫腐蚀的纳米陶瓷涂层中根据每一周期的涂层试样重量变化绘制出增重率随时间变化的曲线。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例一：本实施例的防结焦耐磨耐高温硫腐蚀的纳米陶瓷涂层包括以下重量份的组分：纳米氧化铝溶胶12份，磷酸二氢铝30份，纳米氮化硅4 份，CrO3为4份，Cr2O3为5份，铝粉8份，云母9份，纳米CeO29份，钴蓝0.8份，堇青石3.5份。
实施例二：本实施例的防结焦耐磨耐高温硫腐蚀的纳米陶瓷涂层包括以下重量份的组分：纳米氧化铝溶胶13份，磷酸二氢镁40份，纳米氮化硅5 份，CrO3为5份，Cr2O3为6份，铝粉8份，云母9份，纳米CeO29份，钴蓝1份，堇青石4份。
其中，上述磷酸二氢盐还可以选择磷酸二氢铝、磷酸二氢镁、磷酸二氢锌的其中一种，也可以选择磷酸二氢铝、磷酸二氢镁、磷酸二氢锌中任意两种或两组以上任意比例的混合物。
并且，上述氮化物还可以选择氮化铝、氮化钛、氮化硼的其中一种，也可以选择氮化硅、氮化铝、氮化钛、氮化硼两种或两种以上任意比例的混合物。
该防结焦耐磨耐高温硫腐蚀的纳米陶瓷涂层的喷涂方法，包括以下步骤：
步骤一、喷涂前对水冷壁表面进行喷砂除焦工艺，并使喷砂质量表面清洁度达到Sa2.5级或以上，表面粗糙度达到15～25μm；
步骤二、喷沙完成后采用压缩空气对全炉膛吹扫，除去水冷壁上多余的灰渣，使其表面保持清洁；
步骤三、初步涂层，具体为，在水冷壁表面进行连续多次均匀喷涂，每道次新喷涂层压盖上一道涂层的约1/3，直至达到制定厚度；
步骤四、干化涂层，具体为，预热炉膛温度达到10℃～35℃，使得纳米陶瓷涂层在清洁、相对湿度低于80％的气氛中表干；
步骤五、加热固化，表干后加热炉膛进行制陶工艺，具体为：
S1、在30分钟内加热炉膛至100℃，保持1小时；
S2、在1小时内加热炉膛温度至300℃，并保持2小时，即制得陶瓷涂层。
最佳的，上述步骤一中，于喷砂前对所有设备进行调试并试喷砂，检测喷砂质量表面清洁度达到Sa2.5级，并检测表面粗糙度达到15～25μm，检查所有设备运行稳定再开始大面积喷砂作业，其中，喷砂砂料为12～20目棕刚玉或金刚砂，处理后以表面清洁度达到Sa2.5或以上，能够确保对水冷壁表面结焦层的有效处理，利于后续的有效且良好地喷涂作业。
最佳的，上述步骤三中，采用压缩空气喷涂技术，在气压0.3～0.6MPa、喷枪距离基体表面20～30cm、漆雾与被涂覆面的夹角呈45°～90°进行连续多次均匀喷涂，喷涂位置选择合理，喷涂的效果及质量较好，后期涂层稳定性较好。
最佳的，上述纳米陶瓷涂层喷涂于锅炉炉膛水冷壁中燃烧器的高温区域，涂层厚度为δ，其中δ的范围为：40μm≤δ≤80μm，该δ根据实际水冷壁涂层的需求来选取，涂层较薄则影响防腐蚀性能，涂层较厚则影响整个锅炉的使用参数。
最佳的，上述纳米陶瓷涂层与水冷壁表面之间的附着力不小于2Mpa，硬度不小于6H，该参数能够确保涂层于后期实际使用过程中的性能，确保其使用稳定性较好。
一般的，上述纳米陶瓷涂层在高温为550-600℃，低温为10-30℃条件下循环交替，其热稳定性不小于20次，并且，上述纳米陶瓷涂层在550-600℃高温融盐腐蚀时间不小于2500h，这样的试验性能能够确保纳米陶瓷涂层于后期使用的稳定性及有效性，涂层质量较好。
本申请纳米陶瓷涂层选用改性高熵高温粘接剂，运用复合稀土和纳米改性材料，大大提高了材料表面发射率和热导率，具有耐高温、抗灰渣粘结、耐腐蚀、耐磨、延长设备寿命、提升设备换热效率等综合特性，具体的，以纳米氮化物包括为纳米氮化硅为例：
1)整个涂层中，Al在纳米陶瓷涂层中以氧化铝的形式存在，其来源广泛，而它的作用主要体现在以下两个方面。一方面是能在涂层内形成α-Al2O3，是所有氧化铝中唯一的稳定相，是高硬度的化学惰性氧化物，可以显著增加涂层硬度并加强涂层的抗氧化性，起到保护基材的效果；另一方面，氧化铝具有相对较高的导热率和较低的热膨胀系数(αAl＝6.3×10-6K-1)，用于锅炉管道受热面防护不会影响其正常换热效率，且能够与基材较好结合。然而，在涂层浆料高温烧结的过程中，涂层中的氧化铝涂层会形成不稳定的相，如δ和γ-Al2O3，这些不稳定的氧化铝相会在热循环过程中逐渐转变为α-Al2O3，并伴随着显著的体积变化(由γ→α，～15％)，导致涂层中形成微裂纹，因此还需要将过渡金属氧化物如Cr2O3、Fe2O3等掺杂进入氧化铝以稳定α相。
2)金属Cr具有很高的硬度，同时具有很好的耐磨、耐热、耐腐蚀性。 Cr元素在涂层中形成的氧化膜主要由结构致密的富铬尖晶石构成，离子在其中扩散速率很低，氧元素透过该氧化膜向内扩散和基材Fe元素透过氧化层向外扩散的能力大大降低，可提高材料的抗氧化能力和耐蚀性能。另外Cr 掺杂Al形成的复合氧化膜具有更优异的防磨、抗腐蚀、抗氧化特性，提升涂层整体防护性能。
3)涂层中，稀土元素Ce是少量对氧元素具有高亲和力的元素，可以大大提高金属的抗高温氧化性能，氧化物CeO2具有较高的热膨胀系数 (αCe＝13×10-6K-1)和较低的导热率，作为增强相加入涂层后可以改善共晶化合物的形态和分布，提高涂层硬度，并显著提高涂层的耐磨性和耐腐蚀性。因此，为减少纳米陶瓷涂层中由于SiO2与Al2O3二者的热膨胀系数差异过大而产生的微裂纹、微气孔，涂层中加入适量CeO2，以提高涂层的硬度、耐磨性以及高温稳定性，进而提升陶瓷涂层与金属基体的结合强度。
4)Si的化学性质相对稳定，活性较低，常与氧元素形成化合物，并且以二氧化硅、硅酸盐等化合物形式广泛存在于岩石、尘土之中。Si在陶瓷涂层中以SiO2和Al2O3的混合氧化物形式存在，即使是在严苛的环境条件下仍具有低密度、高热稳定性以及低蠕变特性，并且其耐氧化性能优异，可以显著提升涂层的抗氧化特性和高温稳定性。但SiO2的添加量不宜过高，原因是 SiO2与Al2O3二者的热膨胀系数差异过大(αSi＝0.5×10-6K-1)，这会增加涂层的气孔率，使涂层内微裂纹量增加，虽然有利于分散、释放涂层内热应变力，但会降低涂层的抗热震性能。
以下为现有的高铬镍基合金涂层与本申请的涂层之间的性能对比，具体如下：
以美国某公司研发的45CT涂层(Ni-Cr合金涂层)为例，其金属丝材的材料成分如下表所示，其热膨胀系数与碳钢管接近(α45CT＝12.09×10-6K-1)，与金属基材结合性能好，附着力可达60MPa，在炉膛内的工作条件下不易发生机械剥落，涂层具有很好的耐高温腐蚀和氧化性能，其已在电站锅炉受热面高温防护工程中有着广泛应用。
Ni-Cr合金涂层金属丝材材料成分(wt％)
Figure RE-GDA0002291845950000081
在本申请中，通过实验室高温气相腐蚀实验，具体的，燃煤锅炉经过低氮燃烧改造后水冷壁管材的高温腐蚀主要由壁面附近形成的强烈还原性气氛引起的，包括H2S、SO2、CO等，在实际生产中烟气中的还原性气体会和水冷壁基材反应，渗透穿过基材表面的金属氧化膜，促使内部硫化，从而导致腐蚀。由于燃煤锅炉水冷壁壁面的烟气成分极为复杂，因此研究高温气氛腐蚀防护特性必须将其简化为关键的活性组分，结合燃煤电厂现场实际，拟采用下表所示气体组分进行高温气氛腐蚀实验。
用于模拟水冷壁高温气相腐蚀的标称气体组分
Figure RE-GDA0002291845950000082
其中，气体总流量设定为150ml/min，温度设定为600℃。实验前对每个涂层样品称重和测量表面积，之后将样品放在恒重氧化铝坩埚中再次称重，之后送入管式炉内进行高温腐蚀实验。采用腐蚀增重曲线测定腐蚀量，腐蚀实验的总时间为144小时，每保温12小时就将炉内的涂层样品取出冷却至室温并称重。
腐蚀速率分析如下：
当实验室模拟高温气氛腐蚀实验结束后，根据腐蚀前后涂层样品的重量变化结果来测量试样在两种腐蚀条件下的腐蚀速率，其腐蚀速率γ按式(1)计算：
Figure RE-GDA0002291845950000091
式(1)中W(t+△t)表示试样在(t+△t)时刻的质量，W(t)表示试样在 t时刻的质量，A为涂层试样表面积，根据每一周期的涂层试样重量变化绘制出增重率随时间变化的曲线(如图1所示)。
上图为水冷壁防护涂层在600℃、还原性气氛下的腐蚀动力学曲线
两种涂层材料的拟合腐蚀动力学方程
Figure RE-GDA0002291845950000092
为了更加直观的比较Ni-Cr合金涂层和本实施例的陶瓷涂层的耐高温气相腐蚀性能优劣，将从模拟水冷壁气氛高温腐蚀实验中得到的两种涂层的腐蚀增重量处理为热腐蚀动力学曲线，该腐蚀动力学曲线显示出随着腐蚀实验的不断进行，两种涂层的腐蚀增重速率呈抛物线型变化，可用式(2)表示：
y＝Kpt0.5+C (2)
式中：y表示腐蚀增重量，Kp为拟合曲线的速度常数，表征了腐蚀速率，可以反应防护涂层的耐腐蚀性能，是与材料和温度有关而与事件无关的常数，C为积分常数，表述了反应初期对拟合曲线的偏离。经过拟合后的动力学方程见表2，Ra2为判定拟合曲线的优劣的均方差系数，其取值范围为0～1， Ra 2越接近1，则曲线拟合程度越好。
由腐蚀动力学曲线可知实验进行至36小时后本实施例的陶瓷涂层的腐蚀增重率基本维持在3.6mg/cm2不变，说明随着腐蚀实验的进行，陶瓷涂层表面先形成了一定量的腐蚀产物，但由于涂层中的惰性氧化膜结构致密，腐蚀介质无法向涂层内部渗透，而会达到腐蚀介质形成和高温气化的动态平衡，最终表现出相对稳定的腐蚀速率；另一方面，Ni-Cr合金涂层的腐蚀速率在实验进行至132小时后才稳定在7.0mg/cm2不变，说明Ni-Cr合金涂层结构不够致密，内部存在的孔隙、裂缝等缺陷充当了腐蚀介质的扩散通道，导致其腐蚀速率更大，且需要更多时间才能达到腐蚀层形成与气化的动态平衡，这也足以说明本实施例的陶瓷涂层的抗高温气相腐蚀性能比Ni-Cr合金涂层更好。由速度常数Kp可知，Ni-Cr合金涂层的腐蚀速率约为Al-Si-Cr陶瓷涂层的2倍。
可知纳米陶瓷涂层其抗高温腐蚀能力主要来源于Al2O3、SiO2以及 Cr-Fe-Ti-Al-O固溶体通过“叠层”作用形成的致密氧化膜，这种混合氧化层结构致密，基本没有裂纹和孔隙，最终阻止气氛中含S、Cl腐蚀气体渗入惰性氧化膜；另外，陶瓷涂层中CeO2在晶界偏聚，可能会起到溶质拖拽作用，阻止晶粒长大，减少晶界面的孔隙，堵塞了基体金属离子的扩散路径，同时也切断了H2S及活性硫原子[S]由外向内的动力扩散路径，从而抑制涂层试样的腐蚀增重，提高了陶瓷涂层的抗高温腐蚀性能。另一方面，本实施例的陶瓷涂层与金属基材形成冶金镶嵌结构，属于化学结合，具有较强的结合性能，涂层/基材结合面无裂隙，不易脱落，为长时间高温防护工作提供保障。
而对于采用高速电弧喷涂技术制备的Ni-Cr合金涂层，尽管涂层中形成了具有保护性的Cr2O3、NiO氧化膜，但由于强还原性气氛条件下H2S、SO2的腐蚀作用，以及合金涂层内部的孔隙、裂缝等自然缺陷，腐蚀介质仍能够侵入涂层内部，在高温条件下与Ni、Cr的氧化物反应，促使涂层内部硫化，在还原性气氛条件下，Cr2O3、NiO氧化膜会和腐蚀性气体发生如下反应：
Cr2O3+4S2→2Cr3S4+9/2O2 (3)
3Cr2O3+8SO2→2Cr3S4+25/2O2 (4)
NiO+SO2→NiS+3/2O2 (5)
上述反应式(3)、(4)、(5)表明由于Ni、Cr氧化膜与腐蚀性气体 SO2、硫蒸气的反应，导致涂层内部硫化和少量气体释放，这将在Cr2O3、 NiO氧化膜中形成微孔缺陷，成为腐蚀气体的快速扩散路径，进而使腐蚀介质逐渐深入涂层内部，并减薄合金涂层厚度。因此，可以推断Ni-Cr合金涂层的抗高温腐蚀性能来源于Cr2O3、NiO氧化膜，虽然在低氮燃煤锅炉炉膛环境中会被气相腐蚀介质腐蚀，但由于涂层厚度大，且涂层与基材的热膨胀系数很接近，结合相对紧密，因而通过“牺牲”涂层表面氧化层，减薄涂层厚度的方法可以保证在一定时间内金属基材不会受到烟气中腐蚀介质侵蚀，从而达到水冷壁表面防护的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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)

1.一种防结焦耐磨耐高温硫腐蚀的纳米陶瓷涂层，其特征在于，包括以下重量份的组分：纳米氧化铝溶胶12-13份，磷酸二氢盐30-40份，纳米氮化物4-5份，CrO3为4-5份，Cr2O3为5-6份，铝粉7-8份，云母7-9份，纳米CeO28-9份，钴蓝0.5-1份，堇青石3-4份。
2.根据权利要求1所述的一种防结焦耐磨耐高温硫腐蚀的纳米陶瓷涂层，其特征在于：所述磷酸二氢盐为磷酸二氢铝、磷酸二氢镁、磷酸二氢锌的其中一种或多种任意比例的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种防结焦耐磨耐高温硫腐蚀的纳米陶瓷涂层，其特征在于：所述氮化物为氮化硅、氮化铝、氮化钛、氮化硼的其中一种或多种任意比例的混合物。
4.一种如权利要求1至3任一项所述的防结焦耐磨耐高温硫腐蚀的纳米陶瓷涂层的喷涂方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、喷涂前对水冷壁表面进行喷砂除焦工艺，并使喷砂质量表面清洁度达到Sa2.5级或以上，表面粗糙度达到15～25μm；
步骤二、喷沙完成后采用压缩空气对全炉膛吹扫，除去水冷壁上多余的灰渣，使其表面保持清洁；
步骤三、初步涂层，具体为，在水冷壁表面进行连续多次均匀喷涂，每道次新喷涂层压盖上一道涂层的约1/3，直至达到制定厚度；
步骤四、干化涂层，具体为，预热炉膛温度达到10℃～35℃，使得纳米陶瓷涂层在清洁、相对湿度低于80％的气氛中表干；
步骤五、加热固化，表干后加热炉膛进行制陶工艺，具体为：
S1、在30分钟内加热炉膛至100℃，保持1小时；
S2、在1小时内加热炉膛温度至300℃，并保持2小时，即制得陶瓷涂层。
5.根据权利要求4所述的一种防结焦耐磨耐高温硫腐蚀的纳米陶瓷涂层，其特征在于：所述步骤一中，于喷砂前对所有设备进行调试并试喷砂，检测喷砂质量表面清洁度达到Sa2.5级，并检测表面粗糙度达到15～25μm，检查所有设备运行稳定再开始大面积喷砂作业，其中，喷砂砂料为12～20目棕刚玉或金刚砂，处理后以表面清洁度达到Sa2.5或以上。
6.根据权利要求4所述的一种防结焦耐磨耐高温硫腐蚀的纳米陶瓷涂层，其特征在于：所述步骤三中，采用压缩空气喷涂技术，在气压0.3～0.6MPa、喷枪距离基体表面20～30cm、漆雾与被涂覆面的夹角呈45°～90°进行连续均匀喷涂。
7.根据权利要求4至6任一项所述的一种防结焦耐磨耐高温硫腐蚀的纳米陶瓷涂层，其特征在于：所述纳米陶瓷涂层喷涂于锅炉炉膛水冷壁中燃烧器的高温区域，涂层厚度为δ，其中δ的范围为：40μm≤δ≤80μm。
8.根据权利要求4至6任一项所述的一种防结焦耐磨耐高温硫腐蚀的纳米陶瓷涂层，其特征在于：所述纳米陶瓷涂层与水冷壁表面之间的附着力不小于2Mpa，硬度不小于6H。
9.根据权利要求4至6任一项所述的一种防结焦耐磨耐高温硫腐蚀的纳米陶瓷涂层，其特征在于：所述纳米陶瓷涂层在高温为550-600℃，低温为10-30℃条件下循环交替，其热稳定性不小于20次。
10.根据权利要求4至6任一项所述的一种防结焦耐磨耐高温硫腐蚀的纳米陶瓷涂层，其特征在于：所述纳米陶瓷涂层在550-600℃高温融盐腐蚀时间不小于2500h。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112176341A (zh) * 2020-11-02 2021-01-05 柯润森 一种金属基材的复合涂层及其施工方法
CN112648599A (zh) * 2020-11-27 2021-04-13 山西焦化股份有限公司 一种延长制硫炉废锅内部结构使用周期的方法
CN113564574A (zh) * 2021-07-05 2021-10-29 常州大学 一种镍包石墨增强耐磨减摩耐腐蚀陶瓷涂层材料、涂层及其制备方法与应用
CN115724659A (zh) * 2022-12-02 2023-03-03 中国科学院兰州化学物理研究所 一种多功能防护与节能增效涂层及其制备方法
CN115895311A (zh) * 2022-12-02 2023-04-04 中国科学院兰州化学物理研究所 一种适用于掺烧高硫高碱煤的防护涂料及其制备涂层方法
CN116273782A (zh) * 2023-03-28 2023-06-23 四川齐高新能源科技有限公司 一种煤粉锅炉膜式水冷壁高温纳米保护层制造工艺

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4926335A (zh) * 1972-07-05 1974-03-08
US20110226388A1 (en) * 2010-03-17 2011-09-22 Shan Dayong Chromate-free Conversion Film Solution and the Method of Applying the Solution to Magnesium Alloys
CN105347822A (zh) * 2015-11-18 2016-02-24 杭州浙大天元科技有限公司 一种抗高温腐蚀高发射率陶瓷涂料及制备方法
WO2016082610A1 (zh) * 2014-11-26 2016-06-02 清大赛思迪新材料科技（北京）有限公司 一种耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料及其制备方法和应用
CN105694552A (zh) * 2016-04-26 2016-06-22 黄河科技学院 耐高温防腐涂料及其制备方法
CN106590074A (zh) * 2016-12-13 2017-04-26 天长市银狐漆业有限公司 一种耐腐蚀无铬仿生自清洁磷酸基高温防腐涂料及其制备方法
CN109504137A (zh) * 2018-11-22 2019-03-22 深圳陶金材料科技有限公司 一种用于锅炉水冷壁的耐高温抗磨损涂层材料及其制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4926335A (zh) * 1972-07-05 1974-03-08
US20110226388A1 (en) * 2010-03-17 2011-09-22 Shan Dayong Chromate-free Conversion Film Solution and the Method of Applying the Solution to Magnesium Alloys
WO2016082610A1 (zh) * 2014-11-26 2016-06-02 清大赛思迪新材料科技（北京）有限公司 一种耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料及其制备方法和应用
CN105347822A (zh) * 2015-11-18 2016-02-24 杭州浙大天元科技有限公司 一种抗高温腐蚀高发射率陶瓷涂料及制备方法
CN105694552A (zh) * 2016-04-26 2016-06-22 黄河科技学院 耐高温防腐涂料及其制备方法
CN106590074A (zh) * 2016-12-13 2017-04-26 天长市银狐漆业有限公司 一种耐腐蚀无铬仿生自清洁磷酸基高温防腐涂料及其制备方法
CN109504137A (zh) * 2018-11-22 2019-03-22 深圳陶金材料科技有限公司 一种用于锅炉水冷壁的耐高温抗磨损涂层材料及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
P. CHRASKA ET AL.: "Alumina-base plasma-sprayed materials--Part", 《JOURNAL OF THERMAL SPRAY》 *
成佳辉等: "陶瓷涂料研究进展", 《浙江化工》 *
谢明师等: "《机械制造工艺材料技术手册 下》", 31 December 1993, 机械工业出版社 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112176341A (zh) * 2020-11-02 2021-01-05 柯润森 一种金属基材的复合涂层及其施工方法
CN112648599A (zh) * 2020-11-27 2021-04-13 山西焦化股份有限公司 一种延长制硫炉废锅内部结构使用周期的方法
CN113564574A (zh) * 2021-07-05 2021-10-29 常州大学 一种镍包石墨增强耐磨减摩耐腐蚀陶瓷涂层材料、涂层及其制备方法与应用
CN113564574B (zh) * 2021-07-05 2022-12-06 常州大学 一种镍包石墨增强耐磨减摩耐腐蚀陶瓷涂层材料、涂层及其制备方法与应用
CN115724659A (zh) * 2022-12-02 2023-03-03 中国科学院兰州化学物理研究所 一种多功能防护与节能增效涂层及其制备方法
CN115895311A (zh) * 2022-12-02 2023-04-04 中国科学院兰州化学物理研究所 一种适用于掺烧高硫高碱煤的防护涂料及其制备涂层方法
CN115895311B (zh) * 2022-12-02 2023-08-04 中国科学院兰州化学物理研究所 一种适用于掺烧高硫高碱煤的防护涂料及其制备涂层方法
CN115724659B (zh) * 2022-12-02 2024-03-01 中国科学院兰州化学物理研究所 一种多功能防护与节能增效涂层及其制备方法
CN116273782A (zh) * 2023-03-28 2023-06-23 四川齐高新能源科技有限公司 一种煤粉锅炉膜式水冷壁高温纳米保护层制造工艺

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