CN112010623A - 一种用于锅炉受热面防高温腐蚀少孔隙缺陷涂层及制备方法 - Google Patents

一种用于锅炉受热面防高温腐蚀少孔隙缺陷涂层及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于锅炉受热面防高温腐蚀少孔隙缺陷涂层及制备方法。此涂层由按照体积份为40～50％钾水玻璃、50～60％粒径为5～10微米的单分散性球形氧化锆颗粒和1～10％平均粒径为0.4倍球形氧化锆颗粒粒径的单分散性硼玻璃粉组成。涂料喷涂在喷砂活化处理后的钢基表面上，经过600℃高温固化而成。本涂层孔隙少，寿命长。且制备简单，成本低廉，适用于防护各种固体燃料锅炉受热面受到高温腐蚀。

Description

一种用于锅炉受热面防高温腐蚀少孔隙缺陷涂层及制备方法
技术领域
本发明涉及特殊涂层技术领域，具体涉及用于锅炉受热面防高温腐蚀少孔隙缺陷涂层及制备方法。
背景技术
固体燃料锅炉在工作过程中，炉内的有害物质在高温下会与受热面发生化学反应，使受热壁面不断损失，严重时会造成爆管等事故。锅炉受热面的高温腐蚀给整个锅炉行业带来了巨大的经济损失与安全隐患。为缓解这一问题，在受热面表面喷涂防腐涂层是一种十分有效的手段，且具有很大的工程应用前景。
目前已有的一些防腐涂层存在易开裂、孔隙多的缺点，烟气中的有害物质会通过这些孔隙与裂缝与受热面钢材发生反应，从而继续造成高温腐蚀，这大大降低了防腐效果。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于锅炉受热面防高温腐蚀少孔隙缺陷涂层及制备方法。
本发明采用以下技术方案得以实现：
一种用于锅炉受热面防高温腐蚀少孔隙缺陷涂层，所述涂层喷涂在锅炉受热面基材表面，其组分由以下体积份的原料组成：40～50％钾水玻璃、50～60％单分散性球形氧化锆颗粒、1～10％单分散性硼玻璃粉；
所述球形氧化锆颗粒的粒径为5～10微米；
所述硼玻璃粉的粒径为：其平均粒径为球形氧化锆颗粒粒径的0.3～0.5倍。
优选的，所述硼玻璃粉的粒径为球形氧化锆颗粒粒径的0.4倍。
本发明的另一目的在于，提供一种上述用于锅炉受热面防高温腐蚀少孔隙缺陷涂层的制备方法，由以下步骤构成：
(1)将要喷涂涂层的锅炉受热面钢基表面进行喷砂处理；
(2)将球形氧化锆颗粒、硼玻璃粉与钾水玻璃混合，对其进行研磨、搅拌与超声波震荡形成涂料，通过喷枪将涂料喷涂到经过喷砂处理后的钢基表面形成涂层；
(3)将喷涂好的涂层加热至600℃进行高温固化，保温1小时后随炉冷却；
经上述步骤后涂层制备完成。
优选的：所述研磨是通过行星式球磨机进行，研磨时间为10小时；所述搅拌是通过机械式搅拌器进行，搅拌时间为1小时；所述超声波震荡使用超声波振荡器，超声波震荡时间为1小时。
优选的：所述高温固化时的升温速率为2～5℃/min。
更进一步地：所述高温固化时的升温速率为3℃/min。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明组分选用50～60％粒径为5～10微米的单分散性球形氧化锆颗粒和1～10％平均粒径为0.4倍球形氧化锆颗粒粒径的单分散性硼玻璃粉，这样球形氧化锆颗粒缝隙之间会仅存留单颗硼玻璃粉，单颗硼玻璃粉被球形氧化锆颗粒包裹导致硼玻璃粉之间不会接触。
气泡成核一般发生在单颗玻璃粉内部，当硼玻璃粉熔融时，由于残留空气会形成微小气泡，当温度升高时，气泡会膨胀增大。在涂层高温固化时，由于氧化锆颗粒的限制，气泡仅能在单颗硼玻璃粉内生成小气泡，无法与其他玻璃粉内的小气泡合并长大，避免了大量大孔隙、裂缝的形成。
除此之外，本发明成本低廉，制作过程简单，采用普通喷枪喷涂，相较于其他涂层具有很高的经济性与实用性。除此之外，本发明能有效缓解锅炉的高温腐蚀问题。
附图说明
图1是本发明少孔隙缺陷涂层制备过程中减少孔隙缺陷生成的原理图；
图2是现有技术中防腐涂层制备过程中气泡生成原理图；
图3是本发明少孔隙缺陷涂层与现有技术防腐涂层的对比图；图(a)为现有技术防腐涂层切面，图(b)为本发明少孔隙缺陷涂层切面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，便于理解本发明的内容。
实施例1
分别称量体积百分含量为50％球形氧化锆颗粒和5％的硼玻璃粉，依次加入体积百分含量为45％的钾水玻璃中，通过行星式球磨机研磨10小时后，采用机械式搅拌器搅拌1小时，之后采用超声波震荡器超声波震荡1小时，最后过滤封装作为喷涂的涂料。
涂层制备过程为：首先将受热面钢基表面进行喷砂活化处理；之后将制备好的涂料通过喷枪均匀喷涂在钢基表面，放入加热炉中以3℃/min的升温速率加热至600℃进行高温固化，保温1小时后随炉冷却，涂层制备完毕。
实施例2
分别称量体积百分含量为60％球形氧化锆颗粒和10％的硼玻璃粉，依次加入体积百分含量为50％的钾水玻璃中，通过行星式球磨机研磨10小时后，采用机械式搅拌器搅拌1小时，之后采用超声波震荡器超声波震荡1小时，最后过滤封装作为喷涂的涂料。
涂层制备过程与实施例1一致。
实施例3
分别称量体积百分含量为55％球形氧化锆颗粒和2％的硼玻璃粉，依次加入体积百分含量为45％的钾水玻璃中，通过行星式球磨机研磨10小时后，采用机械式搅拌器搅拌1小时，之后采用超声波震荡器超声波震荡1小时，最后过滤封装作为喷涂的涂料。
涂层制备过程与实施例1一致。
对实施例中制备涂层的减少孔隙缺陷原理说明如下：
从图1可以看出，由于本发明采用了粒径为5～10微米的单分散性球形氧化锆颗粒和1～10％平均粒径为0.4倍球形氧化锆颗粒粒径的单分散性硼玻璃粉，选用该粒径的玻璃粉可以刚好填充氧化锆球形颗粒之间的间隙，使得硼玻璃粉能够介于四周4个氧化锆球形颗粒之间，当硼玻璃粉熔融时，由于残留空气会形成微小气泡，当温度升高时，气泡会膨胀增大。但是受限于氧化锆球形颗粒，气泡不能自由生长，从而限制了气泡的长大，使得冷却后的涂层减少了孔隙缺陷。
而其他涂层由于球形氧化锆颗粒与玻璃粉颗粒未能形成上述的粒径分布和排列布置，熔融玻璃粉内部易形成气泡，而气泡生产没有得到较好地限制，从而制备得到的涂层孔隙较大，不能形成较好的防护结构。
对实施例中制备的涂层与其他防腐涂层进行形貌分析对比实验，具体实验过程如下：
分别将本发明涂层与其他防腐涂层喷涂在经过喷砂活化处理后20×20×2mm的TP347钢片上。之后将钢片放入加热炉中以3℃/min的升温速率加热至600℃进行高温固化，保温1小时后随炉冷却。
用镶嵌树脂将钢片进行封装，运用金相切割机将封装好的钢片沿着钢片正面中线进行切割，通过扫描电子显微镜分别观察切面。切面对比图如图2、3所示。从图中可以发现切面共分为3层，其中最下层为钢基，中间层为涂层，最上层为镶嵌树脂。图3(a)为现有技术防腐涂层切面，可以观察到现有技术涂层部分具有很多很大的气泡，这些是形成大孔隙与裂缝的基础；图3(b)为本发明涂层切面，可以观察到其涂层部分并没有大气泡，均为均匀小气泡，从而避免了大孔隙的产生。
以上所述只是本发明的优选实施方案，不对本发明的实质内容作任何形式上的限制，应当指出，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于锅炉受热面防高温腐蚀少孔隙缺陷涂层，其特征在于：所述涂层喷涂在锅炉受热面基材表面，其组分由以下体积份的原料组成：40～50％钾水玻璃、50～60％单分散性球形氧化锆颗粒、1～10％单分散性硼玻璃粉；
所述球形氧化锆颗粒的粒径为5～10微米；
所述硼玻璃粉的粒径为：其平均粒径为球形氧化锆颗粒粒径的0.3～0.5倍。
2.如权利要求1所述的一种用于锅炉受热面防高温腐蚀少孔隙缺陷涂层，其特征在于：所述硼玻璃粉的粒径为球形氧化锆颗粒粒径的0.4倍。
3.一种制备如权利要求1所述的用于锅炉受热面防高温腐蚀少孔隙缺陷涂层的制备方法，其特征在于由以下步骤构成：
(1)将要喷涂涂层的锅炉受热面钢基表面进行喷砂处理；
(2)将球形氧化锆颗粒、硼玻璃粉与钾水玻璃混合，对其进行研磨、搅拌与超声波震荡形成涂料，通过喷枪将涂料喷涂到经过喷砂处理后的钢基表面形成涂层；
(3)将喷涂好的涂层加热至600℃进行高温固化，保温1小时后随炉冷却；
经上述步骤后涂层制备完成。
4.根据权利要求3所述的用于锅炉受热面防高温腐蚀少孔隙缺陷涂层的制备方法，其特征在于：所述研磨是通过行星式球磨机进行，研磨时间为10小时；所述搅拌是通过机械式搅拌器进行，搅拌时间为1小时；所述超声波震荡使用超声波振荡器，超声波震荡时间为1小时。
5.根据权利要求3所述的一种用于锅炉受热面防高温腐蚀少孔隙缺陷涂层的制备方法，其特征在于：所述高温固化时的升温速率为2～5℃/min。
6.根据权利要求5所述的一种用于锅炉受热面防高温腐蚀少孔隙缺陷涂层的制备方法，其特征在于：所述高温固化时的升温速率为3℃/min。
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