CN111663065B - 一种锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末及其所得产品和制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末及其所得产品和制备方法，属于激光熔覆技术领域。所述锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末，包括如下重量份的组分：Ni：50～60份、Cr：10～20份、Mo：5～20份、Fe：5～10份、W：2～10份、Co：2～5份、Al：1～3份和Ti：1～3份。本发明提供的锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末熔覆在过热管表面，使制备得到的锅炉过热管具有耐高温腐蚀的性能。
Description
技术领域
本发明涉及激光熔覆技术领域，具体涉及一种锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末及其所得产品和制备方法。
背景技术
生物质(biomass)是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。生物质能则是太阳能以化学能形式储存在生物质中的能量形式，它一直是人类赖以生存的重要能源之一，生物质能在全球一次能源中约占14％，是仅次于煤炭、石油、天然气之后第四大能源，在整个能源系统中占有重要的地位。生物质是环境友好型燃料，不仅是二氧化碳零排放，而且由于生物质所含的硫、灰分较低，因此产生的环境污染较少。
生物质锅炉的效率一般都在80％以上，锅炉型号大，燃烧的更充分，锅炉的效率也就更高。最高的达到了88.3％，比燃煤锅炉平均效率水平高15％。但是，由于生物质原料中碱金属(钾、钠)含量较高，同时草质类生物质燃料中的氯元素含量较高，导致了锅炉高温过热器的严重腐蚀。而高温过热器的腐蚀将直接导致泄露事件发生。因此如何解决高温过热器过热管的高温腐蚀问题具有重大意义。
发明内容
本发明针对上述背景技术中锅炉过热管易腐蚀的技术问题，本发明提供了一种锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末及其所得产品和制备方法，制备得到的锅炉过热管耐高温腐蚀。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末，包括如下重量份的组分：Ni：50～60份、Cr：10～20份、Mo：5～20份、Fe：5～10份、W：2～10份、Co：2～5份、Al：1～3份和Ti：1～3份。
优选的，包括如下重量份的组分：Ni：55份、Cr：15份、Mo：15份、Fe：8份、W：6份、Co：3.5份、Al：2份和Ti：2份。
优选的，所述锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末的粒度为15～45μm。
本发明提供了一种锅炉过热管耐蚀合金熔覆层，由上述方案所述的锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末制备而成。
本发明提供了一种上述方案所述的锅炉过热管耐蚀合金熔覆层的制备方法，包括如下步骤：
1)将锅炉过热管表面进行预处理，得到预处理后的锅炉过热管；
2)将激光头和送粉器交汇于一点形成交汇点，在激光照射下，锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末融化，融化后的合金粉末附着在预处理后的锅炉过热管表面，得到锅炉过热管耐蚀合金熔覆层。
优选的，所述步骤2)中采用激光照射进行熔覆时的工艺参数为：激光功率：3500～4000w，送粉速率：2～2.5Kg/h，激光扫描速率：15～20m/min，单层熔覆厚度：0.25～0.35mm。
优选的，所述步骤2)中交汇点的位置位于过热管表面上方1mm至3mm处。
优选的，所述步骤2)中在交汇点处金属粉末束流直径小于1mm。
优选的，所述锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末的稀释率低于2％。
本发明相较于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供了一种锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末，包括如下重量份的组分：Ni：50～60份、Cr：10～20份、Mo：5～20份、Fe：5～10份、W：2～10份、Co：2～5份、Al：1～3份和Ti：1～3份。本发明提供的锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末具有耐高温腐蚀的性能。
进一步的，采用上述方案所述的锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末制备锅炉过热管耐蚀合金熔覆层，将耐蚀合金熔覆层包覆在过热管上，可以有效防止过热管腐蚀。
具体实施方式
本发明提供了一种锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末，包括如下重量份的组分：Ni：50～60份、Cr：10～20份、Mo：5～20份、Fe：5～10份、W：2～10份、Co：2～5份、Al：1～3份和Ti：1～3份。
本发明提供的锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末，包括Ni。按重量份计，包括50～60份，优选为55份。
本发明提供的锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末，包括Cr。按重量份计，包括10～20份，优选为15份。
本发明提供的锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末，包括Mo。按重量份计，包括5～20份，优选为15份。
本发明提供的锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末，包括Fe。按重量份计，包括5～10份，优选为8份。
本发明提供的锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末，包括W。按重量份计，包括2～10份，优选为6份。
本发明提供的锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末，包括Co。按重量份计，包括2～5份，优选为3.5份。
本发明提供的锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末，包括Al。按重量份计，包括1～3份，优选为2份。
本发明提供的锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末，包括Ti。按重量份计，包括1～3份，优选为2份。
在本发明中，所述锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末的粒度优选为15～45μm，更优选为30μm。
本发明提供的锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末中，Ni是强奥氏体形成元素，可以大幅度提高合金的耐腐蚀性；Cr的含量超过12％后，金属表面会钝化，形成一层Cr的氧化物保护膜，进一步提升合金耐腐蚀性；Mo具有很好的高温稳定性，可以提高合金的高温强度和抗高温氧化和抗酸及氯离子腐蚀能力，W和Fe可以行成固溶体，提高合金的高温稳定性，Co可以调节激光熔覆的成型效果同时也能提高合金的高温强度，Al和Ti的作用主要是脱氧和脱碳，减少合金中的杂质，同时细化合金晶粒，提高耐腐蚀性。通过上述合金元素共同作用，将从高温腐蚀形成的各个角度进行综合防护，从而实现合金材料的整体耐高温腐蚀性能。
本发明对所述锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末中Ni、Cr、Mo、Fe、W、Co、Al和Ti的来源没有特殊限定，采用本领域常规市售产品即可。
本发明还提供了一种锅炉过热管耐蚀合金熔覆层，由上述方案所述的锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末制备而成。
本发明提供了一种上述方案所述的锅炉过热管耐蚀合金熔覆层的制备方法，包括如下步骤：
1)将锅炉过热管表面进行预处理，得到预处理后的锅炉过热管；
2)将激光头和送粉器交汇于一点形成交汇点，在激光照射下，锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末融化，融化后的合金粉末附着在预处理后的锅炉过热管表面，得到锅炉过热管耐蚀合金熔覆层。
本发明将锅炉过热管表面进行预处理，得到预处理后的锅炉过热管。在本发明中，所述预处理的方式包括打磨、去绣和清洗。
得到预处理后的锅炉过热管后，本发明将激光头和送粉器交汇于一点形成交汇点，在激光照射下，锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末融化，融化后的合金粉末附着在预处理后的锅炉过热管表面，得到锅炉过热管耐蚀合金熔覆层。
在本发明中，优选采用光纤激光器或半导体激光器产生的激光作为热源。在本发明中，采用激光照射进行熔覆时的工艺参数优选为：激光功率：3500～4000w，送粉速率：2～2.5Kg/h，激光扫描速率：15～20m/min，单层熔覆厚度：0.25～0.35mm，更优选为激光功率：3800w，送粉速率：2.3Kg/h，激光扫描速率：180m/min，单层熔覆厚度：0.30mm。
在本发明中，交汇点的位置优选位于过热管表面上方1mm至3mm处。激光交汇点的功率密度最高，将交汇点位于过热管表面上方1mm至3mm处可以在粉末到达过热管表面前用最高功率密度对粉末进行加热，使粉末充分吸收热量而熔化。
在本发明中，在交汇点处金属粉末束流直径优选小于1mm。金属粉末束流越小，意味着粉末的分布密度越高，这样可以更有效的吸收激光的能量，阻止激光通过粉末间的空隙照射到过热管表面造成表面过度熔化，影响熔覆效果。
在本发明中，锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末的稀释率优选低于2％。本发明将耐蚀合金粉末的稀释率调整到低于2％，可以使锅炉管本体的材料更少的进入到熔覆层中，减少对熔覆层的破坏，从而保证耐高温腐蚀性能。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末的配方如下：Ni：50份、Cr：20份、Mo：5份、Fe：10份、W：2份、Co：5份、Al：1份和Ti：3份，上述锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末的粒度为15μm。
将锅炉过热管表面进行打磨、去绣和清洗，得到预处理后的锅炉过热管；将激光头和送粉器交汇于一点形成交汇点，交汇点的位置位于过热管表面上方1mm处，在交汇点处的激光束直径小于1mm，在交汇点处金属粉末束流直径小于1mm，在激光照射下，锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末融化(采用激光照射进行熔覆时的工艺参数为：激光功率：4000w，送粉速率：2Kg/h，激光扫描速率：20m/min，单层熔覆厚度：0.25mm)，融化后的合金粉末附着在预处理后的锅炉过热管表面，得到锅炉过热管耐蚀合金熔覆层。
实施例2
锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末的配方如下：Ni：60份、Cr：10份、Mo：20份、Fe：5份、W：10份、Co：2份、Al：3份和Ti：1份，上述锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末的粒度为45μm。
将锅炉过热管表面进行打磨、去绣和清洗，得到预处理后的锅炉过热管；将激光头和送粉器交汇于一点形成交汇点，交汇点的位置位于过热管表面上方3mm处，在交汇点处的激光束直径小于1mm，在交汇点处金属粉末束流直径小于1mm，在激光照射下，锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末融化(采用激光照射进行熔覆时的工艺参数为：激光功率：3500w，送粉速率：2.5Kg/h，激光扫描速率：15m/min，单层熔覆厚度：0.35mm)，融化后的合金粉末附着在预处理后的锅炉过热管表面，得到锅炉过热管耐蚀合金熔覆层。
实施例3
锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末的配方如下：Ni：55份、Cr：15份、Mo：15份、Fe：8份、W：6份、Co：3.5份、Al：2份和Ti：2份，上述锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末的粒度为30μm。
将锅炉过热管表面进行打磨、去绣和清洗，得到预处理后的锅炉过热管；将激光头和送粉器交汇于一点形成交汇点，交汇点的位置位于过热管表面上方2mm处，在交汇点处的激光束直径小于1mm，在交汇点处金属粉末束流直径小于1mm，在激光照射下，锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末融化(采用激光照射进行熔覆时的工艺参数为：激光功率：4000w，送粉速率：2Kg/h，激光扫描速率：18m/min，单层熔覆厚度：0.30mm)，融化后的合金粉末附着在预处理后的锅炉过热管表面，得到锅炉过热管耐蚀合金熔覆层。
对比例1
除Cr为25重量份外，其他原料配比和操作步骤与实施例3完全相同。
对比例2
除Ni为45重量份外，其他原料配比和操作步骤与实施例3完全相同。
对比例3
除Mo为3重量份外，其他原料配比和操作步骤与实施例3完全相同。
对比例4
锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末的配方如下：Ni：60份、Cr：10份、Mo：20份、Fe：5份、W：10份、Co：2份、Al：3份、B：2份和Ti：1份，其他操作步骤与实施例3完全相同。
实施例4
对实施例1～3及对比例1～4制备得到的锅炉过热管耐蚀合金熔覆层进行耐高温腐蚀性能测试，具体操作步骤如下：
步骤一：将实施例1～3及对比例1～4制备得到的锅炉过热管浸入到饱和NaCl溶液中浸湿；
步骤二：将浸湿后的7个锅炉过热管放入电加热炉加热到600摄氏度，空气气氛下保温6小时；
步骤三：将加热并保温后的7个锅炉过热管取出后自然冷却至室温；
步骤四：重复步骤一至步骤三，重复五次后观察过热管表面。
具体结果如表1所示：
表1耐高温测试结果
由表1可以看出，本发明制备得到的锅炉过热管耐蚀合金熔覆层具有耐高温腐蚀性能，能够保护锅炉过热管不受高温腐蚀影响，从而延长使用寿命。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末，其特征在于，包括如下重量份的组分：Ni：50～60份、Cr：10～20份、Mo：5～20份、Fe：5～10份、W：2～10份、Co：2～5份、Al：1～3份和Ti：1～3份。
2.根据权利要求1所述的锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末，其特征在于，包括如下重量份的组分：Ni：55份、Cr：15份、Mo：15份、Fe：8份、W：6份、Co：3.5份、Al：2份和Ti：2份。
3.根据权利要求1或2所述的锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末，其特征在于，所述锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末的粒度为15～45μm。
4.锅炉过热管耐蚀合金熔覆层，其特征在于，由权利要求1～3任意一项所述的锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末制备而成。
5.权利要求4所述的锅炉过热管耐蚀合金熔覆层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将锅炉过热管表面进行预处理，得到预处理后的锅炉过热管；
2)将激光头和送粉器交汇于一点形成交汇点，在激光照射下，锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末融化，融化后的合金粉末附着在预处理后的锅炉过热管表面，得到锅炉过热管耐蚀合金熔覆层。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中采用激光照射进行熔覆时的工艺参数为：激光功率：3500～4000w，送粉速率：2～2.5Kg/h，激光扫描速率：15～20m/min，单层熔覆厚度：0.25～0.35mm。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中交汇点的位置位于过热管表面上方1mm至3mm处。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中在交汇点处金属粉末束流直径小于1mm。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述锅炉过热管熔覆耐蚀合金粉末的稀释率低于2％。
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