CN111876716B - 用于锅炉用管受热面的纤维增强防爆管复合涂层及其制备 - Google Patents

用于锅炉用管受热面的纤维增强防爆管复合涂层及其制备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层及其制备方法。所述复合涂层包括SiC纤维增强镍基自熔合金底层和YSZ纤维增强金属陶瓷面层。该复合涂层是在底层和面层材料复合的基础上，通过添加适量的陶瓷纤维对涂层强度进行增强而形成，该复合涂层能够防止受热面高温腐蚀减薄甚至爆管，从而进一步提高服役寿命。

Description

用于锅炉用管受热面的纤维增强防爆管复合涂层及其制备
技术领域
本发明属于热力管道防护技术领域，涉及一种用于锅炉用管受热面的纤维增强防爆管复合涂层及其制备方法。
背景技术
近年来，随着国家循环经济重大方针政策的贯彻执行，我国垃圾焚烧发电进入快速发展轨道，垃圾焚烧发电装机规模、发电量井喷式高速发展，目前居世界第一。水冷壁是锅炉四管(水冷壁、过热器、再热器、省煤器)中最主要的受热管道，由管和鳍片焊成的气密式管排结构见图1，敷设在锅炉炉膛内壁组成的蒸发受热面(下文以水冷壁代表锅炉四管)。膜式水冷壁管排的作用是吸收炉膛中高温火焰或烟气的辐射热量，在管内产生热水及蒸汽用于发电，同时降低炉墙温度，保护炉墙。炉内火焰温度最高超过1000℃，超过50％的高温烟气热量由膜式水冷壁所吸收。近年来随着高参数垃圾电站的不断增加，锅炉水冷壁在恶劣的工作环境下，管道服役平均寿命仅1-3年，严重的甚至仅使用半年多就开始出现腐蚀减薄引起的爆管。虽然近年来陆续发展出多种涂层防护技术，管道寿命有所提高但仍不尽如人意，高温腐蚀造成的壁厚减薄直至爆管现象时有发生。
2017江苏科环公司在国内率先采用火焰喷涂镍基自熔合金+高频感应重熔的复合方法在锅炉四管受热面表面制备涂层，几年来在锅炉高温(>500℃)腐蚀环境下应用效果较好。镍基自熔合金涂层具有优良的高温耐腐烛性，所以应用较广不仅涂层性能、服役寿命不低于国内应用较为普遍的堆焊，而且制备成本远低于堆焊，代表锅炉四管受热面表面高温防腐涂层的发展方向。水冷壁管排重熔过程如图2所示，重熔线圈外部结构为几根并排相连的四面均为平面，闭合矩形截面铜管所固连而成。重熔时线圈固定不动，管排在下传动链的牵引下，向前做进给运动。
为了进一步解决锅炉四管受热面表面在超高温(>750℃)腐蚀防护问题，2019 年江苏科环公司在上述方法制备防护层的基础上，进一步利用高频重熔与超音速等离子喷涂一体化技术制备复合涂层。基本原理是利用高频感应重熔过程中的宽频热区效应，即在管排刚移出高频线圈重熔区后但仍处于红热状态下，采用超音速等离子喷枪在重熔后的底层(厚约0.5mm)之上喷涂YSZ/NiCr-Cr3C2金属陶瓷材料制备面层(厚约0.2mm)。由于高频感应重熔的高温既能使涂层密度达到最高，又能使双界面间材料得以双向充分扩散，再加上超音速等离子喷涂的高冲击能量的辅助作用，从而实现了梯度涂层间的扩散型冶金结合。从试验结果来看，涂层的防腐蚀寿命有一定提高，效果较好，中温中压锅炉的防护寿命从3-5年提高到5年以上，但距离一些发达国家仍有一定的差距，还有提高的空间。
发明内容
针对上述锅炉四管受热面表面涂层耐超高温腐蚀防护有待于进一步提高寿命的问题，本发明提供了一种用于锅炉用管受热面的纤维增强防爆管复合涂层，该涂层在底层和面层材料复合的基础上，通过添加适量的陶瓷纤维对涂层强度进行增强而形成，该复合涂层能够防止受热面高温腐蚀减薄甚至爆管，从而进一步提高服役寿命。
为此，本发明第一方面提供了一种用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层，其包括SiC纤维增强镍基自熔合金底层和YSZ纤维增强金属陶瓷面层。
优选地，所述YSZ纤维增强金属陶瓷面层为YSZ纤维增强YSZ/NiCr-Cr3C2面层。
根据本发明的一些实施方式，所述SiC纤维增强镍基自熔合金底层包含SiC 纤维4-6wt％，镍基自熔合金94-96wt％。
在本发明的一些实施例中，所述SiC纤维增强镍基自熔合金底层的厚度为 0.5±0.1mm；优选地，所述SiC纤维长度为70-100μm。
根据本发明的另一些实施方式，所述YSZ纤维增强YSZ/NiCr-Cr3C2面层包含YSZ纤维5-8wt％，YSZ/NiCr-Cr3C292-95wt％。
在本发明的一些实施例中，所述YSZ纤维增强YSZ/NiCr-Cr3C2面层的厚度为0.2±0.1mm；优选地，所述YSZ纤维长度为70-100μm。
本发明第二方面提供了如本发明第一方面所述的用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层的制备方法，其包括：
步骤C，对锅炉用管受热面进行喷砂处理，除去受热面的灰尘、碎渣和砂粒，获得受热面粗糙化的锅炉用管；
步骤D，采用氧乙炔火焰将SiC纤维-镍基自熔合金复合粉末喷涂在受热面粗糙化的锅炉用管的受热面形成SiC纤维-镍基自熔合金底层；
步骤E，对锅炉用管的受热面的SiC纤维-镍基自熔合金底层进行高频重熔处理，获得SiC纤维增强镍基自熔合金底层；
步骤F，在高频重熔线圈出口处，对仍处于红热状态的SiC纤维增强镍基自熔合金底层上表面，采用超音速等离子喷涂方法喷涂YSZ纤维-YSZ/NiCr-Cr3C2复合粉末，制备YSZ纤维增强金属陶瓷面层，在锅炉用管受热面获得用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层。
根据本发明的一些实施例，所述SiC纤维-镍基自熔合金复合粉末由SiC纤维与镍基自熔合金粉末经过混合球磨后制得。
优选地，所述SiC纤维-镍基自熔合金复合粉末的粒径为10-75μm。
根据本发明的另一些实施例，所述YSZ纤维-YSZ/NiCr-Cr3C2复合粉末由YSZ 纤维与YSZ/NiCr-Cr3C2粉末经过混合球磨后制得。
优选地，所述YSZ纤维-YSZ/NiCr-Cr3C2复合粉末的粒径为10-75μm。
在本发明的一些优选的实施方式中，在步骤F之后还包括步骤G，对用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层质量进行检测。
本发明第三方面提供了一种受热面具有如本发明第一方面所述的用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层或如本发明第二方面所述的方法制备的用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层的锅炉用管。
本发明的有益效果如下：
(1)在镍基自熔合金即底层材料中添加适量的SiC纤维，主要考虑镍基自熔合金要经历火焰喷涂-高频重熔-超音速等离子喷涂等三次高温加热过程，对普通陶瓷纤维来说容易产生脆化倾向，而对碳纤维来说具有易被氧化的风险，相对而言只有SiC纤维最可靠。此外SiC纤维与金属相近的导热性和热膨胀系数的特性也与自熔合金比较容易融合。从爆管机理来看，由于管外壁高温腐蚀造成的腐蚀产物逐渐脱落造成壁厚减薄，最终局部承受不了管内蒸汽压力而爆裂。基于此，充分利用SiC纤维对涂层材料的牵拉作用，提高底层的韧性和抗疲劳点蚀的能力，从而有效降低涂层减薄乃至爆管的风险。
(2)在面层材料内适量添加YSZ纤维，在超音速等离子喷枪高温焰流的作用下，由于YSZ纤维熔点(约2700℃)高于YSZ/NiCr-Cr3C2金属陶瓷粉末的熔点(约2300℃)，所以YSZ纤维能够被YSZ/NiCr-Cr3C2充分浸润包覆，而且YSZ 纤维与金属陶瓷涂层具有良好的相容性及润湿性。对涂层性能而言，由于原金属陶瓷面层材料硬度较高，有一定的脆性，在高温烟气的直接烘烤下极易产生微裂纹，YSZ纤维的加入提高了面层的韧性和抗热震性能，从而有效降低了微裂纹扩展的风险，是面层成为阻挡高温烟气烘烤管道受热面的可靠的首道屏障。
(3)这种纤维增强涂层材料，可根据不同客户对锅炉管的服役寿命和成本的综合要求，选择性价比最高的陶瓷纤维添加种类和数量，以满足市场对多种涂层材料性能的需求。
附图说明
下面将结合附图来说明本发明。
图1为水冷壁管排结构示意图；其中，1水冷壁(管排)；12基体；13鳍片；14外壁；15内壁。
图2示出对水冷壁管排进行高频感应重熔处理过程。
图3为原始YSZ纤维形貌图。
图4为具有用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层的水冷壁管排结构示意图。
上述图1和图4中附图标记的含义为：1水冷壁(管排)；12基体；13鳍片；14外壁；141外壁的SiC纤维增强镍基自熔合金底层；142外壁的YSZ 纤维增强金属陶瓷面层；15内壁。
具体实施方式
为使本发明容易理解，下面将结合附图来详细说明本发明。但在详细描述本发明前，应当理解本发明不限于描述的具体实施方式。还应当理解，本文中使用的术语仅为了描述具体实施方式，而并不表示限制性的。
除非另有定义，本文中使用的所有术语与本发明所属领域的普通技术人员的通常理解具有相同的意义。虽然与本文中描述的方法和材料类似或等同的任何方法和材料也可以在本发明的实施或测试中使用，但是现在描述了优选的方法和材料。
本文所述用语“约”，“大约”，“基本上”和“主要”，当与元件，浓度，温度或其它物理或化学性质或特性的范围结合使用时，覆盖可能存在于属性或特性的范围的上限和/或下限中的变化，包括例如由舍入，测量方法或其他统计变化导致的变化。如本文所述，与量，重量等相关的数值，被定义的“约”是每个特定值的所有数值加或减1％。例如，用语“约10％”应理解为“9％至11％”。
Ⅰ、术语
本发明所用术语“水冷壁”亦称为“水冷墙”或“水冷壁管”。通常由钢管垂直铺设在锅炉炉墙内壁面上，主要用来吸收炉内火焰和高温烟气所放出热量。
本发明中所述用语“氧乙炔焰”是指乙炔与氧混合燃烧所形成的火焰；通过调节氧气阀门和乙炔阀，可改变氧气和乙炔的混合比例得到三种不同的火焰：中性焰、氧化焰和碳化焰。
本发明中所述用语“锅炉四管”与“锅炉用管”可以互换使用，其包括水冷壁、过热器、再热器、省煤器。
本发明中所述用语“面层”与“表层”可以互换使用。
Ⅱ、实施方案
针对上述锅炉四管受热面表面涂层耐超高温腐蚀防护有待于进一步提高寿命的问题，本发明人进行了大量的研究。
本发明人研究发现，陶瓷纤维本身能在高温环境下耐腐蚀，更主要是在涂层中起到“钢筋混凝土”中的“钢筋”的作用，其牵拉作用可显著增强涂层的拉伸和剪切强度。陶瓷纤维长度根据需求而定(15-120μm)，见图3。所谓陶瓷纤维是统称，其中价格较低的主要成分是氧化铝的硅酸铝纤维，还有性价比较好的氧化锆 (YSZ)或氧化铬(Cr2O3)纤维价格中等，价格偏高的碳纤维和SiC纤维性能更好。其中碳纤维热绝缘性能好，是一种良好的高温隔热材料，其线膨胀系数与陶瓷相近，但高温易氧化是其缺点；SiC纤维的最高使用温度达1200℃，其耐高温氧化性优于其它陶瓷纤维，而且具有与金属相近的导热性和热膨胀系数。
本发明研究并设计在镍基自熔合金底层材料中添加适量的SiC纤维，利用其牵拉作用提高主要防护层即底层的韧性和疲劳特性，从而降低爆管的风险；在面层材料中适当添加YSZ纤维，与原YSZ/NiCr-Cr3C2金属陶瓷粉末充分混合，利用高频重熔余热采用超音速等离子喷涂方法制备。YSZ纤维的加入可提高面层的韧性和抗热震性能，从而有效降低微裂纹扩展的风险。
基于上述，本发明人在底层和面层材料复合的基础上，通过添加适量的陶瓷纤维能够对涂层强度进行增强，防止受热面高温腐蚀减薄甚至爆管，从而进一步提高服役寿命，并由此获得本发明。
因此，本发明第一方面所涉及的用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层包括SiC纤维增强镍基自熔合金底层和YSZ纤维增强金属陶瓷面层，且所述 SiC纤维增强镍基自熔合金底层与YSZ纤维增强金属陶瓷面层为半冶金结合。
这可以理解为，用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层由底层和面层构成，其中，底层为SiC纤维增强镍基自熔合金层，面层为YSZ纤维增强金属陶瓷层，并且，作为底层的SiC纤维增强镍基自熔合金层与作为面层的YSZ纤维增强金属陶瓷层之间为半冶金结合。
优选地，所述YSZ纤维增强金属陶瓷面层为YSZ纤维增强YSZ/NiCr-Cr3C2面层。
在本发明的一些实施例中，所述SiC纤维增强镍基自熔合金底层包含SiC纤维4-6wt％，镍基自熔合金94-96wt％；所述YSZ纤维增强YSZ/NiCr-Cr3C2面层包含YSZ纤维5-8wt％，YSZ/NiCr-Cr3C292-95wt％。
在本发明的另一些实施例中，所述SiC纤维增强镍基自熔合金底层的厚度为 0.5±0.1mm；所述YSZ纤维增强YSZ/NiCr-Cr3C2面层的厚度为0.2±0.1mm。
本发明中，所述YSZ纤维的形貌如图3所示，所述YSZ纤维长度约为 70-100μm；所述SiC纤维的形貌与图3所示出的类似，所述SiC纤维长度约为 70-100μm。
本发明第二方面所涉及的如本发明第一方面所述的用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层的制备方法包括：
步骤C，对锅炉用管受热面进行喷砂处理，除去受热面的灰尘、碎渣和砂粒，获得受热面粗糙化的锅炉用管；
步骤D，采用氧乙炔火焰将SiC纤维-镍基自熔合金复合粉末喷涂在受热面粗糙化的锅炉用管的受热面形成SiC纤维-镍基自熔合金底层；
步骤E，对锅炉用管的受热面的SiC纤维-镍基自熔合金底层进行高频重熔处理，获得SiC纤维增强镍基自熔合金底层；
步骤F，在高频重熔线圈出口处，对仍处于红热状态的SiC纤维增强镍基自熔合金底层上表面，采用超音速等离子喷涂方法喷涂YSZ纤维-YSZ/NiCr-Cr3C2复合粉末，制备YSZ纤维增强金属陶瓷面层，在锅炉用管受热面获得用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层。
在本发明的一些优选的实施例中，在步骤F之后还包括步骤G，对用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层质量进行检测。
发明人研究发现，在镍基自熔合金即底层材料中添加适量的SiC纤维，主要考虑镍基自熔合金要经历火焰喷涂-高频重熔-超音速等离子喷涂等三次高温加热过程，对普通陶瓷纤维来说容易产生脆化倾向，而对碳纤维来说具有易被氧化的风险，相对而言只有SiC纤维最可靠。此外SiC纤维与金属相近的导热性和热膨胀系数的特性也与自熔合金比较容易融合。从爆管机理来看，由于管外壁高温腐蚀造成的腐蚀产物逐渐脱落造成壁厚减薄，最终局部承受不了管内蒸汽压力而爆裂。基于此，充分利用SiC纤维对涂层材料的牵拉作用，提高底层的韧性和抗疲劳点蚀的能力，从而有效降低涂层减薄乃至爆管的风险。
在面层材料内适量添加YSZ纤维，在超音速等离子喷枪高温焰流的作用下，由于YSZ纤维熔点(约2700℃)高于YSZ/NiCr-Cr3C2金属陶瓷粉末的熔点(约 2300℃)，所以YSZ纤维能够被YSZ/NiCr-Cr3C2充分浸润包覆，而且YSZ纤维与金属陶瓷涂层具有良好的相容性及润湿性。对涂层性能而言，由于原金属陶瓷面层材料硬度较高，有一定的脆性，在高温烟气的直接烘烤下极易产生微裂纹， YSZ纤维的加入提高了面层的韧性和抗热震性能，从而有效降低了微裂纹扩展的风险，是面层成为阻挡高温烟气烘烤管道受热面的可靠的首道屏障。
本发明中对于超音速等离子喷枪没有特别的限制，只要能够喷涂本发明中 YSZ纤维-YSZ/NiCr-Cr3C2复合粉末的即可，例如，可以采用现有的常规超音速等离子喷枪，如美国HEPjet高效能超音速等离子喷抢、PJS-80系统的超音速等离子喷枪等等，也可以根据本发明中YSZ纤维-YSZ/NiCr-Cr3C2复合粉末的喷涂需要定制。
该方法也可以理解为受热面具有防爆管纤维增强复合涂层的锅炉用管的制备方法，其包括：
步骤(1)，对锅炉用管受热面进行喷砂处理，除去受热面的灰尘、碎渣和砂粒，获得受热面粗糙化的锅炉用管；
步骤(2)，采用氧乙炔火焰将SiC纤维-镍基自熔合金复合粉末喷涂在受热面粗糙化的锅炉用管的受热面形成SiC纤维-镍基自熔合金底层；
步骤(3)，对锅炉用管的受热面的SiC纤维-镍基自熔合金底层进行高频重熔处理，获得SiC纤维增强镍基自熔合金底层；
步骤(4)，在高频重熔线圈出口处，对仍处于红热状态的SiC纤维增强镍基自熔合金底层上表面，采用超音速等离子喷涂方法喷涂YSZ纤维 -YSZ/NiCr-Cr3C2复合粉末，制备YSZ纤维增强金属陶瓷面层，获得受热面具有防爆管纤维增强复合涂层的锅炉用管。
在本发明的一些优选的实施例中，在步骤(4)之后还包括步骤(5)，对用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层质量进行检测。
本发明中，所述SiC纤维-镍基自熔合金复合粉末由SiC纤维与镍基自熔合金粉末经过混合球磨后制得；优选地，所述SiC纤维-镍基自熔合金复合粉末的粒径为10-75μm。
本发明中，所述YSZ纤维-YSZ/NiCr-Cr3C2复合粉末由YSZ纤维与YSZ/NiCr-Cr3C2粉末经过混合球磨后制得；优选地，所述YSZ纤维 -YSZ/NiCr-Cr3C2复合粉末的粒径为10-75μm。
本发明第三方面提供了一种受热面具有如本发明第一方面所述的用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层或如本发明第二方面所述的方法制备的用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层的锅炉用管。
III、检测方法
本发明中锅炉用管外表面和内表面合金防腐涂层孔隙率根据GB/T l7721-1999(金属覆盖层孔隙率试验)进行监测。
本发明中所述复合粉末(SiC纤维-镍基自熔合金复合粉末或YSZ纤维 -YSZ/NiCr-Cr3C2复合粉末)的形貌通过目测或扫描电子显微镜(JEM-6510，日本电子)确定。
本发明中所述复合粉末(SiC纤维-镍基自熔合金复合粉末或YSZ纤维 -YSZ/NiCr-Cr3C2复合粉末)的粒度分布采用Bettersize2000激光粒度分析仪(丹东百特科技有限公司)测量。
本发明中锅炉用管或其涂层的防腐蚀性能直接利用生产中的实际消耗率来进行检测。
实施例
以下通过附图和具体实施例对于本发明进行具体说明。下文所述实验方法，如无特殊说明，均为实验室常规方法。下文所述实验材料，如无特别说明，均可由商业渠道获得。
实施例1：
(1)涂层材料
底层SiC纤维增强镍基自熔合金的成分配比：SiC纤维4-6wt％，镍基自熔合金94-96wt％；面层YSZ纤维增强YSZ/NiCr-Cr3C2的成分配比：YSZ纤维5-8wt％， YSZ/NiCr-Cr3C292-95wt％。
(2)喷涂粉末制备
1)采用双级耦合低真空气雾化喷粉系统制备底层合金粉末。将经过一定处理的长约70-100μm左右的SiC纤维与镍基自熔合金粉末经过混合球磨，制得SiC 纤维-镍基自熔合金复合粉末，通过扫描电镜观察，SiC纤维-镍基自熔合金复合粉末的形貌主要为球形粉末，采用Bettersize2000激光粒度分析仪测得SiC纤维-镍基自熔合金复合粉末的粒径为10-75μm。
2)采用双级耦合低真空气雾化喷粉系统制备面层金属陶瓷粉末。将经过一定处理的长约70-100μm左右的YSZ纤维与YSZ/NiCr-Cr3C2粉末经过混合球磨，制得YSZ纤维-YSZ/NiCr-Cr3C2复合粉末。通过扫描电镜观察，YSZ/NiCr-Cr3C2粉末的形貌主要为球形粉末，采用Bettersize2000激光粒度分析仪测得 YSZ/NiCr-Cr3C2粉末的粒径为10-75μm。
(3)对20G水冷壁管排试件受热面进行喷砂处理。
(4)在20G水冷壁管排试件表面用氧乙炔火焰喷涂SiC纤维-镍基自熔合金复合粉末制备底层，厚约0.5mm。
(5)高频重熔SiC纤维-镍基自熔合金复合粉末制备底层。
(6)在高频重熔线圈出口处，对仍处于红热状态的底层，采用超音速等离子喷涂方法喷涂YSZ纤维-YSZ/NiCr-Cr3C2复合粉末，制备YSZ纤维增强金属陶瓷面层，厚约0.2mm，由此具有用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层的水冷壁管排，其结构示意图如图4所示。
(7)对新型纤维增强复合涂层与原涂层性能进行对比，并对新型纤维增强复合涂层进行评估。
根据GB/T l7721-1999(金属覆盖层孔隙率试验)对本实施例中复合涂层的孔隙率进行监测，检测表明所述纤维增强复合涂层内部孔隙很小，基本可以忽略。
直接利用生产中的实际消耗率来检测本实施例中具有新型纤维增强复合涂层的20G水冷壁管排的防腐蚀性，并与具有原涂层的20G水冷壁管排的防腐蚀性进行对比，结果表明本实施例中具有新型纤维增强复合涂层的20G水冷壁管排具有良好的防腐蚀性，其服役寿命可达到6年，相较于具有原涂层的20G水冷壁管排至少提高了5年。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明做出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (9)

1.一种用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层，其包括SiC纤维增强镍基自熔合金底层和YSZ纤维增强金属陶瓷面层；
所述YSZ纤维增强金属陶瓷面层为YSZ纤维增强YSZ/NiCr-Cr3C2面层；所述YSZ纤维增强YSZ/NiCr-Cr3C2面层包含YSZ纤维5-8wt％，YSZ/NiCr-Cr3C292-95wt％；
所述SiC纤维增强镍基自熔合金底层包含SiC纤维4-6wt％，镍基自熔合金94-96wt％。
2.根据权利要求1所述的复合涂层，其特征在于，
所述SiC纤维增强镍基自熔合金底层的厚度为0.5±0.1mm；所述SiC纤维长度为70-100μm；
和/或，所述YSZ纤维增强YSZ/NiCr-Cr3C2面层的厚度为0.2±0.1mm；所述YSZ纤维长度为70-100μm。
3.如权利要求1或2所述的用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层的制备方法，其包括：
步骤C，对锅炉用管受热面进行喷砂处理，除去受热面的灰尘、碎渣和砂粒，获得受热面粗糙化的锅炉用管；
步骤D，采用氧乙炔火焰将SiC纤维-镍基自熔合金复合粉末喷涂在受热面粗糙化的锅炉用管的受热面形成SiC纤维-镍基自熔合金底层；
步骤E，对锅炉用管的受热面的SiC纤维-镍基自熔合金底层进行高频重熔处理，获得SiC纤维增强镍基自熔合金底层；
步骤F，在高频重熔线圈出口处，对仍处于红热状态的SiC纤维增强镍基自熔合金底层上表面，采用超音速等离子喷涂方法喷涂YSZ纤维-YSZ/NiCr-Cr3C2复合粉末，制备YSZ纤维增强金属陶瓷面层，在锅炉用管受热面获得用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述SiC纤维-镍基自熔合金复合粉末由SiC纤维与镍基自熔合金粉末经过混合球磨后制得。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述SiC纤维-镍基自熔合金复合粉末的粒径为10-75μm。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述YSZ纤维-YSZ/NiCr-Cr3C2复合粉末由YSZ纤维与YSZ/NiCr-Cr3C2粉末经过混合球磨后制得。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述YSZ纤维-YSZ/NiCr-Cr3C2复合粉末的粒径为10-75μm。
8.根据权利要求3-7中任意一项所述的制备方法，其特征在于，在步骤F之后还包括步骤G，对用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层质量进行检测。
9.一种受热面具有如权利要求1或2所述的用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层或如权利要求3-8中任意一项所述的方法制备的用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层的锅炉用管。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115449792B (zh) * 2022-08-29 2023-11-17 江苏科环新材料有限公司 用于锅炉用管受热面的金属纤维毡基自熔合金与渗铝复合防护层

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1453239A (zh) * 2003-05-29 2003-11-05 上海交通大学 大颗粒球形亚微米/纳米/纤维陶瓷复合粉体
CN106929788A (zh) * 2017-05-02 2017-07-07 安徽威龙再制造科技股份有限公司 一种沉没辊的多元合金涂层及其制备和喷涂方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5964766A (ja) * 1982-10-06 1984-04-12 Showa Denko Kk 複合溶射材の製造方法
US20110171488A1 (en) * 2009-08-11 2011-07-14 Thomas Alan Taylor Thermal barrier coating systems
CN105463359B (zh) * 2015-12-07 2018-05-29 水利部杭州机械设计研究所 耐高温耐磨损抗腐蚀抗汽蚀的镍铬-碳化铬复合粉末、涂层及其制备方法
CN105755422B (zh) * 2016-03-30 2017-12-08 中国人民解放军装甲兵工程学院 一种用于在偏流板表面上制备梯度金属陶瓷复合涂层的方法及装置
CN106756713A (zh) * 2016-11-10 2017-05-31 哈尔滨工程大学 提高船用燃机压气机鼓筒耐磨性的涂层及其制备方法
CN110541137B (zh) * 2019-07-04 2021-03-23 华北电力大学 感应重熔与喷射一体化制备垃圾焚烧发电锅炉管复合涂层的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1453239A (zh) * 2003-05-29 2003-11-05 上海交通大学 大颗粒球形亚微米/纳米/纤维陶瓷复合粉体
CN106929788A (zh) * 2017-05-02 2017-07-07 安徽威龙再制造科技股份有限公司 一种沉没辊的多元合金涂层及其制备和喷涂方法

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