CN112342484B - 锅炉尾部受热面用梯度涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了锅炉尾部受热面用梯度涂层，包括第一道涂层、第二道涂层和第三道涂层，每道涂层的原料均包括碳化铌粉末、改性石墨烯粉末和锆镍基非晶合金粉末。本发明的梯度涂层随着与作为基体的锅炉尾部受热面距离增大，单道涂层中的改性石墨烯、碳化铌和锆镍基非晶合金含量成分含量均呈现梯度变化，可使整体涂层的耐烟气腐蚀和耐烟灰冲蚀磨损性能得到最佳配合，使梯度涂层保护锅炉尾部受热面的作用充分发挥，有效减少因为涂层与基体热膨胀系数差异过大而引起的应力集中，有效提高涂层与锅炉尾部受热面基体的结合强度，降低涂层开裂和剥落的风险。

Description

锅炉尾部受热面用梯度涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于热喷涂处理技术领域，具体涉及锅炉尾部受热面用梯度涂层及其制备方法。
背景技术
工业燃煤锅炉烟气排放温度高，对于环境造成极重影响，同时也会导致宝贵的烟气余热资源浪费，在锅炉尾部烟道处安装烟气余热回收装置可以实现节能，避免烟气余热资源浪费，但是需要额外增加更多的低温受热面面积，同时，在燃料燃烧过程中会生成大量酸性气体，当安装于锅炉尾部烟道处的节能装置的低温受热面温度低于酸露点温度时，受热表面将凝结大量的酸液，致使金属腐蚀，烟气中烟灰颗粒长期对受热面进行冲蚀和磨损也会影响余热回收装置的安全性能和减少其使用寿命。因此，对燃煤锅炉尾部低温受热面采取防腐蚀措施十分重要。
热喷涂涂层所具有的防腐耐磨性能在锅炉管道防护上应用十分广泛，热喷涂常用材料有金属涂层、陶瓷涂层、金属陶瓷复合涂层及金属间化合物涂层等。
作为一种常用的金属涂层用原料，锆具有抗腐蚀性能、高熔点、高硬度和强度等特性，被广泛用在航空航天、军工、核反应、原子能领域。锆与锆合金由于其超强的耐腐蚀性和耐磨性，在核工业、航天、航空领域有着重要的应用，此外由于其在大多数有机酸、无机酸、强碱和某些熔盐中都有优良的耐腐蚀性能，在化工领域可用来制作热交换器、洗涤塔、反应器、泵阀和腐蚀介质管道等。镍是一种过渡金属元素，具有良好的机械强度和延展性，对酸和碱的抗蚀能力很强。用镍作为涂层原料具有良好的高温硬度，优异的高温耐蚀耐磨性能，被广泛用于机械零部件的表面强化，例如涡轮发动机叶片、石化阀、轴承等。
非晶材料较传统晶体材料具有独特而优异的性能，非晶合金不存在如晶界和位错等晶体缺陷，具有更好的耐蚀耐磨性能，并且在变形时不会出现传统合金的加工硬化，因此是很有发展前景的新型材料，但是实际中非晶材料很难作为大型的结构材料得到广泛的推广和应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供锅炉尾部受热面用梯度涂层及其制备方法。本发明提供一种包含三道涂层的锅炉尾部受热面用梯度涂层，第一道涂层、第二道涂层和第三道涂层由靠近锅炉尾部受热面向远离所述锅炉尾部受热面依次设置，三道涂层的原料中成分均包括碳化铌、改性石墨烯和锆镍基非晶合金，随着与作为基体的锅炉尾部受热面距离增大，单道涂层中的改性石墨烯和碳化铌含量增大，锆镍基非晶合金含量减小，成分含量呈现梯度变化，可使整体涂层的耐烟气腐蚀和耐烟灰冲蚀磨损性能得到最佳配合，使梯度涂层保护锅炉尾部受热面的作用充分发挥。随着与基体距离减小，单道涂层中的改性石墨烯和碳化铌含量逐步减小，可以有效减少因为涂层与基体热膨胀系数差异过大而引起的应力集中，有效提高涂层与锅炉尾部受热面基体的结合强度，降低涂层开裂和剥落的风险。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种锅炉尾部受热面用梯度涂层，其特征在于，所述锅炉尾部受热面用梯度涂层包括第一道涂层、第二道涂层和第三道涂层，所述第一道涂层、第二道涂层和第三道涂层由靠近基体向远离所述基体依次设置；所述基体为锅炉尾部受热面；
每道涂层的原料均包括碳化铌粉末、改性石墨烯粉末和锆镍基非晶合金粉末；
所述第一道涂层中，碳化铌粉末的质量百分含量为5％～7％，改性石墨烯粉末的质量百分含量为5％～7％，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为86％～90％；
所述第二道涂层中，碳化铌粉末的质量百分含量为9％～11％，改性石墨烯粉末的质量百分含量为9％～11％，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为78％～82％；
所述第三道涂层中，碳化铌粉末的质量百分含量为13％～15％，改性石墨烯粉末的质量百分含量为13％～15％，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为70％～74％。
上述的锅炉尾部受热面用梯度涂层，其特征在于，所述第一道涂层、第二道涂层和第三道涂层的厚度均为300μm～400μm。
上述的锅炉尾部受热面用梯度涂层，其特征在于，所述碳化铌粉末为经以下步骤制备而成的碳化铌粉末：
步骤一、以无水乙醇为介质，将五氧化二铌粉末和石墨烯粉末用碳化硅磨球球磨6h～8h；所述五氧化二铌粉末和石墨烯粉末的质量比为(84～88)：(12～16)；
步骤二、将步骤一球磨后体系置于120℃～160℃烘箱中烘4h～8h，得到干燥后粉体；
步骤三、真空条件下，将步骤二所述干燥后粉体程序升温至1800℃～1900℃，保温4h～8h进行烧结，得到碳化铌粉末；真空条件的真空度为100Pa～200Pa；程序升温的升温速率为5℃/min～15℃/min。
上述的锅炉尾部受热面用梯度涂层，其特征在于，所述改性石墨烯粉末为纳米碳化铌改性石墨烯粉末；所述改性石墨烯粉末为经过以下方法制备而成的改性石墨烯粉末：
步骤一、将石墨烯粉末置于容器中，向所述容器中加入无水乙醇，搅拌混合后加入去离子水，搅拌混合后置于频率为50Hz～80Hz的超声分散仪中超声处理4h～6h，得到超声后体系；所述无水乙醇的质量为石墨烯粉末质量的300倍～500倍；所述去离子水的质量为石墨烯粉末质量的90倍～110倍；
步骤二、向步骤一所述超声后体系中加入铌前驱体，搅拌混合4h～6h，抽滤，将抽滤所得截留物于100℃～120℃烘箱中烘40min～80min，得到干燥粉体；所述铌前驱体为草酸铌和铌酸钠的混合物，所述草酸铌质量与超声后体系质量比为1：(400～600)；所述铌酸钠质量与超声后体系质量的比为1：(200～400)；
步骤三、真空条件下，将步骤二所述干燥粉体程序升温至1800℃～1900℃，保温4h～8h进行烧结，得到改性石墨烯粉末；真空条件的真空度为60Pa～120Pa；程序升温的速率为5℃/min～10℃/min。
上述的锅炉尾部受热面用梯度涂层，其特征在于，所述锆镍基非晶合金粉末为经雾化后粒度为12μm～16μm的锆镍基非晶合金粉末。
上述的锅炉尾部受热面用梯度涂层，其特征在于，所述锆镍基非晶合金粉末为经以下步骤制备而成的锆镍基非晶合金粉末：
步骤一、氩气条件下，将制备锆镍基非晶合金粉末的原料于高真空电弧熔炼炉中熔炼，得到母合金锭；所述锆镍基非晶合金粉末的原料包括以下质量百分比的成分：Zr35％～42％，Ni 35％～42％，Al 4％～6％，Fe 6％～10％，W 2％～6％，Cr 2％～4％，Y1％～2％，C 1％～2％；所述熔炼的温度为1800℃～2200℃，熔炼的时间为2h～4h；
步骤二、将步骤一所述母合金锭置于紧耦合雾化器中的石墨坩埚中，向所述紧耦合雾化器中通入氩气，开启所述紧耦合雾化器，控制压力为8MPa～12MPa，感应加热升温至2073K～2473K对所述石墨坩埚内母合金锭进行雾化，得到粒度为12μm～16μm的锆镍基非晶合金粉末；所述感应加热为电磁感应加热，感应加热的频率为20KHz～40KHz；所述紧耦合雾化器的导流管直径为6mm～8mm。
此外，本发明还提供一种制备锅炉尾部受热面用梯度涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、以无水乙醇为介质，将五氧化二铌粉末和石墨烯粉末用碳化硅磨球球磨6h～8h；所述五氧化二铌粉末和石墨烯粉末的质量比为(84～88)：(12～16)
步骤二、将步骤一球磨后体系置于120℃～160℃烘箱中烘4h～8h，得到干燥后粉体；
步骤三、真空条件下，将步骤二所述干燥后粉体程序升温至1800℃～1900℃，保温4h～8h进行烧结，得到碳化铌粉末；真空条件的真空度为100Pa～200Pa；程序升温的升温速率为5℃/min～15℃/min；
步骤四、将石墨烯粉末置于容器中，向所述容器中加入无水乙醇，搅拌混合后加入去离子水，搅拌混合后置于频率为50Hz～80Hz的超声分散仪中超声处理4h～6h，得到超声后体系；所述无水乙醇的质量为石墨烯粉末质量的300倍～500倍；所述去离子水的质量为石墨烯粉末质量的90倍～110倍；
步骤五、向步骤四所述超声后体系中加入铌前驱体，搅拌混合4h～6h，抽滤，将抽滤所得截留物于100℃～120℃烘箱中烘40min～80min，得到干燥粉体；所述铌前驱体为草酸铌和铌酸钠的混合物，所述草酸铌质量与超声后体系质量比为1：(400～600)；所述铌酸钠质量与超声后体系质量的比为1：(200～400)；
步骤六、真空条件下，将步骤五所述干燥粉体程序升温至1800℃～1900℃，保温4h～8h进行烧结，得到改性石墨烯粉末；真空条件的真空度为60Pa～120Pa；程序升温的速率为5℃/min～10℃/min；
步骤七、氩气条件下，将制备锆镍基非晶合金粉末的原料于高真空电弧熔炼炉中熔炼，得到母合金锭；所述锆镍基非晶合金粉末的原料包括以下质量百分比的成分：Zr35％～42％，Ni 35％～42％，Al 4％～6％，Fe 6％～10％，W 2％～6％，Cr 2％～4％，Y1％～2％，C 1％～2％；所述熔炼的温度为1800℃～2200℃，熔炼的时间为2h～4h；
步骤八、将步骤七所述母合金锭置于紧耦合雾化器中的石墨坩埚中，向所述紧耦合雾化器中通入氩气，开启所述紧耦合雾化器，控制压力为8MPa～12MPa，感应加热升温至2073K～2473K对所述石墨坩埚内母合金锭进行雾化，得到粒度为12μm～16μm的锆镍基非晶合金粉末；所述感应加热为电磁感应加热，感应加热的频率为20KHz～40KHz；所述紧耦合雾化器的导流管直径为6mm～8mm；
步骤九、以无水乙醇为介质，按照预设配比，将步骤三所述碳化铌粉末、步骤六所述改性石墨烯粉末和步骤八所述锆镍基非晶合金粉末用碳化硅磨球球磨4h～8h，得到球磨后混合体系；
步骤十、将步骤九所述球磨后混合体系在50Hz～80Hz超声频率条件下超声处理4h～6h，得到超声后混合体系；
步骤十一、将步骤十所述超声后混合体系置于100℃～120℃烘箱中烘40min～60min，得到烘干后混合粉体；
步骤十二、将步骤十一所述烘干后混合粉体置于120℃～160℃烘箱中烘1h～3h，得到预喷涂粉体；
步骤十三、将待喷涂锅炉尾部受热面进行表面除锈、除氧化皮和除油清洁处理，利用等离子体喷涂将步骤十二所述预喷涂粉体按照预设喷涂梯度依次进行喷涂，得到锅炉尾部受热面用梯度涂层；所述等离子体喷涂的电弧电压为200V～400V，电弧电流为800A～1200A，氮气流量为30L/min～50L/min，氮气压力为2.0MPa～3.0MPa，氢气流量为20L/min～40L/min，氢气压力为1.0MPa～3.0MPa，喷枪移动速度为20mm/s～60mm/s，喷涂距离为150mm～300mm，所述的锅炉尾部受热面用梯度涂层的总厚度为900μm～1200μm。
上述的制备锅炉尾部受热面用梯度涂层的方法，其特征在于，步骤十三预设的喷涂梯度为三层涂层，所述三层涂层包括第一道涂层、第二道涂层和第三道涂层；
喷涂第一道涂层所用预喷涂粉体中，碳化铌粉末的质量百分含量为5％～7％，改性石墨烯粉末的质量百分含量为5％～7％，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为86％～90％；第一道涂层厚度为300μm～400μm；
喷涂第二道涂层所用预喷涂粉体中，碳化铌粉末的质量百分含量为9％～11％，改性石墨烯粉末的质量百分含量为9％～11％，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为78％～82％；第二道涂层厚度为300μm～400μm；
喷涂第三道涂层所用预喷涂粉体中，碳化铌粉末的质量百分含量为13％～15％，改性石墨烯粉末的质量百分含量为13％～15％，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为70％～74％；第三道涂层厚度为300μm～400μm。
上述的制备锅炉尾部受热面用梯度涂层的方法，其特征在于，喷涂第一道涂层时，等离子体喷涂的电弧电压为300V～400V，电弧电流为1000A～1200A，氮气流量为40L/min～50L/min，氮气压力为2.5MPa～3.0MPa，氢气流量为30L/min～40L/min，氢气压力为2.0MPa～3.0MPa，喷枪移动速度为20mm/s～40mm/s，喷涂距离为150mm～200mm；
喷涂第二道涂层时，等离子体喷涂的电弧电压为250V～350V，电弧电流为900A～1100A，氮气流量为35L/min～45L/min，氮气压力为2.3MPa～2.8MPa，氢气流量为25L/min～35L/min，氢气压力为1.5MPa～2.5MPa，喷枪移动速度为30mm/s～50mm/s，喷涂距离为200mm～250mm；
喷涂第三道涂层时，等离子体喷涂的电弧电压为200V～300V，电弧电流为800A～1000A，氮气流量为30L/min～40L/min，氮气压力为2.0MPa～2.5MPa，氢气流量为20L/min～30L/min，氢气压力为1.0MPa～2.0MPa，喷枪移动速度40mm/s～60mm/s，喷涂距离为250mm～300mm。
上述的制备锅炉尾部受热面用梯度涂层的方法，其特征在于，步骤十三中利用等离子体喷涂将步骤十二所述预喷涂粉体按照预设喷涂梯度依次进行喷涂，所述预设的喷涂梯度为三层涂层，所述三层涂层包括第一道涂层、第二道涂层和第三道涂层；依次进行喷涂具体包括：在将第一道涂层所用预喷涂粉体喷涂到所述待喷涂锅炉尾部受热面至预定厚度并冷却至室温之后，进行第二道涂层所用预喷涂粉体的喷涂，在第二道涂层所用预喷涂粉体喷涂至预定厚度并冷却至室温之后进行第三道涂层所用预喷涂粉体的喷涂。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明提供一种包含三道涂层的锅炉尾部受热面用梯度涂层，第一道涂层、第二道涂层和第三道涂层由靠近锅炉尾部受热面向远离所述锅炉尾部受热面依次设置，三道涂层的原料中成分均包括碳化铌、改性石墨烯和锆镍基非晶合金，随着与作为基体的锅炉尾部受热面距离增大，单道涂层中的改性石墨烯和碳化铌含量增大，锆镍基非晶合金含量减小，成分含量呈现梯度变化，可使整体涂层的耐烟气腐蚀和耐烟灰冲蚀磨损性能得到最佳配合，使梯度涂层保护锅炉尾部受热面的作用充分发挥。随着与基体距离减小，单道涂层中的改性石墨烯和碳化铌含量逐步减小，可以有效减少因为涂层与基体热膨胀系数差异过大而引起的应力集中，有效提高涂层与锅炉尾部受热面基体的结合强度，降低涂层开裂和剥落的风险。
2、本发明提供的一种包含三道涂层的锅炉尾部受热面用梯度涂层，原料包括碳化铌陶瓷，通过碳化铌陶瓷增强相具有的极高硬度以及优异的耐磨损性能，可有效提高涂层的耐磨损性能和涂层强度，对涂层形成有效的机械保护。
3、作为优选，本发明提供一种制备碳化铌陶瓷的方法，以廉价的氧化铌粉末、石墨烯为主要原料通过碳热还原反应(Nb2O5+C＝2NbO2+CO，NbO2+3C＝NbC+2CO)制备碳化铌粉末，利用石墨烯高比表面积、丰富边缘的特性，为碳化铌形核提供大量活性位点，有利于碳源与铌源充分接触，避免实际反应物之间接触面积小，碳源分布不均匀等致使最终制备的碳化铌晶粒粗大、颗粒团聚、形貌不均匀、甚至含有部分未反应的Nb2O5、NbO2和游离碳等缺陷。利用石墨烯为碳源，制备的碳化铌粉末具有晶粒细小，粉末分散均匀，没有颗粒团聚，不需要二次破碎，反应完全，得到的碳化铌粉末纯度极高。
4、本发明提供的一种包含三道涂层的锅炉尾部受热面用梯度涂层，原料包括石墨烯，一方面利用石墨烯的自润滑耐磨性能提高涂层的强度和韧性，另一方面利用石墨烯片层间的剪切力极小的特性，在摩擦过程中石墨烯片层之间发生相对滑动，代替摩擦副表面金属件的相对滑动，实现磨屑与摩擦副表面的分离，降低摩擦系数，减少冲蚀磨损。
5、作为优选，本发明中的石墨烯为草酸铌和铌酸钠作为铌的前驱体进行改性后的石墨烯，本发明提供通过碳热还原反应生成表面附着有纳米碳化铌的石墨烯的方法来对石墨烯进行改性，改性石墨烯大大提高石墨烯重量，避免喷涂过程中被高速高温的喷涂气流吹飞而损失，有效保留改性石墨烯在涂层中的成分含量和均匀分布，表面附着的纳米碳化铌提高了改性石墨烯与碳化铌喷涂粉末的相容性，避免在与碳化铌陶瓷粉末和锆镍基非晶合金粉末复合时发生团聚造成混合不均，有效提高混合均匀性。
6、本发明提供的一种包含三道涂层的锅炉尾部受热面用梯度涂层，原料包括锆镍基非晶合金，以Zr和Ni为主要元素，具有极高的硬度和优异的耐蚀耐磨性能，可有效提高受热面耐腐蚀、耐磨性能和高温稳定性，防护锅炉尾部受热面免受烟气腐蚀与烟灰冲蚀磨损共同腐蚀作用。
7、作为优选，本发明提供一种制备锆镍基非晶合金的方法，该方法能有效形成具有抗腐蚀性的氧化物，锆镍基非晶合金呈层状堆叠结构，微观组织均匀，无晶体结构的偏析、晶界等组织缺陷，结构致密，没有大的孔隙和裂纹产生，可与涂层其它成分结合状况良好，烟气和烟灰中的腐蚀介质无法以涂层材料中存在的缺陷为途径腐蚀锅炉尾部受热面。
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为实施例1中碳化铌粉末的扫描电镜照片。
图2为实施例1中的锅炉尾部受热面用梯度涂层表面的金相照片。
图3为实施例1中的锅炉尾部受热面用梯度涂层组织剖面的扫描电镜照片。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种锅炉尾部受热面用梯度涂层，所述锅炉尾部受热面用梯度涂层包括第一道涂层、第二道涂层和第三道涂层；所述第一道涂层、第二道涂层和第三道涂层由靠近锅炉尾部受热面向远离所述锅炉尾部受热面依次设置；
每道涂层的原料均包括碳化铌粉末、改性石墨烯粉末和锆镍基非晶合金粉末；
所述第一道涂层中，碳化铌粉末的质量百分含量为5％，改性石墨烯粉末的质量百分含量为5％，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为90％；
所述第二道涂层中，碳化铌粉末的质量百分含量为9％，改性石墨烯粉末的质量百分含量为9％，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为82％；
所述第三道涂层中，碳化铌粉末的质量百分含量为13％，改性石墨烯粉末的质量百分含量为13％，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为74％。
所述第一道涂层、第二道涂层和第三道涂层的厚度均为300μm。
所述锆镍基非晶合金粉末为经雾化后粒度为12μm的锆镍基非晶合金粉末。
本实施例提供一种制备上述锅炉尾部受热面用梯度涂层的方法，包括：
步骤一、将五氧化二铌粉末和石墨烯粉末按照质量比为84:16进行称取，以无水乙醇为介质，将称取后五氧化二铌粉末和石墨烯粉末用碳化硅磨球球磨6h，所述五氧化二铌粉末的纯度﹥99％，平均粒径<10μm，所述石墨烯粉末为商用增强型石墨烯粉末，所述石墨烯粉末的比表面积为180m2/g～280m2/g，C质量含量为70％～80％，平均粒径<10μm；
步骤二、将步骤一球磨后体系置于120℃烘箱中烘4h，得到干燥后粉体；
步骤三、真空条件下，将步骤二所述干燥后粉体程序升温至1800℃，保温4h进行烧结，得到碳化铌粉末；真空条件的真空度为100Pa；程序升温的升温速率为5℃/min；
步骤四、将石墨烯粉末置于容器中，向所述容器中加入无水乙醇，搅拌混合后加入去离子水，搅拌混合后置于频率为50Hz的超声分散仪中超声处理4h，得到超声后体系；所述石墨烯粉末与步骤一所述石墨烯粉末相同；所述无水乙醇的质量为石墨烯粉末质量的300倍；所述去离子水的质量为石墨烯粉末质量的90倍；
步骤五、向步骤四所述超声后体系中加入铌前驱体，搅拌混合4h，抽滤，将抽滤所得截留物于100℃烘箱中烘40min，得到干燥粉体；所述铌前驱体为草酸铌和铌酸钠的混合物，所述草酸铌质量与超声后体系质量比为1：400；所述铌酸钠质量与超声后体系质量的比为1：200；
步骤六、真空条件下，将步骤五所述干燥粉体程序升温至1800℃，保温4h进行烧结，得到改性石墨烯粉末；真空条件的真空度为60Pa；程序升温的速率为5℃/min；
步骤七、氩气条件下，将制备锆镍基非晶合金粉末的原料于高真空电弧熔炼炉中熔炼，得到母合金锭；所述锆镍基非晶合金粉末的原料包括以下质量百分比的成分：Zr35％，Ni 35％，Al 6％，Fe 10％，W 6％，Cr 4％，Y 2％，C 2％，余量为不可避免杂质；所述熔炼的温度为2000℃，熔炼的时间为3h；
步骤八、将步骤七所述母合金锭置于紧耦合雾化器中的石墨坩埚中，向所述紧耦合雾化器中通入氩气，开启所述紧耦合雾化器，控制压力为8MPa，感应加热升温至2073K对所述石墨坩埚内母合金锭进行雾化，得到粒度为12μm的锆镍基非晶合金粉末；所述感应加热为电磁感应加热，感应加热的频率为20KHz；所述紧耦合雾化器的导流管直径为6mm；所述氩气的纯度为99.9％；
步骤九、以无水乙醇为介质，分别按照预设配比将步骤三所述碳化铌粉末、步骤六所述改性石墨烯粉末和步骤八所述锆镍基非晶合金粉末混合后分别用碳化硅磨球球磨4h，得到三组球磨后混合体系，其中第一组球磨后混合体系中，碳化铌粉末的质量百分含量为5％，改性石墨烯粉末的质量百分含量为5％，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为90％；第二组球磨后混合体系中，碳化铌粉末的质量百分含量为9％，改性石墨烯粉末的质量百分含量为9％，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为82％；第三组球磨后混合体系中，碳化铌粉末的质量百分含量为13％，改性石墨烯粉末的质量百分含量为13％，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为74％；
步骤十、将步骤九中上述三组球磨后体系分别在50Hz超声频率条件下超声处理4h，分别对应得到三组超声后混合体系；
步骤十一、将步骤十的上述三组超声后混合体系分别置于100℃烘箱中烘40min，分别对应得到三组烘干后混合粉体；
步骤十二、将步骤十一的上述三组烘干后混合粉体分别置于120℃烘箱中烘1h，分别对应得到三组预喷涂粉体；在喷涂之前进行烘干得到预喷涂粉体流动性更强，更有利于进行喷涂；
步骤十三、将待喷涂锅炉尾部受热面进行表面除锈、除氧化皮和除油清洁处理，利用等离子体喷涂将步骤十二的第一组预喷涂粉体、第二组预喷涂粉体和第三组预喷涂粉体依次进行喷涂，得到由第一道涂层、第二道涂层和第三道涂层构成的锅炉尾部受热面用梯度涂层；所述依次进行喷涂具体包括：在第一组预喷涂粉体喷涂到所述待喷涂锅炉尾部受热面至预定厚度并冷却至室温之后，进行第二组预喷涂粉体的喷涂，在第二组预喷涂粉体喷涂至预定厚度并冷却至室温之后进行第三组预喷涂粉体的喷涂；
第一道涂层厚度为300μm；第二道涂层厚度为300μm；第三道涂层厚度为300μm；
喷涂第一道涂层时，等离子体喷涂的电弧电压为300V，电弧电流为1000A，氮气流量为40L/min，氮气压力为2.5MPa，氢气流量为30L/min，氢气压力2.0MPa，喷枪移动速度20mm/s，喷涂距离150mm；
喷涂第二道涂层时，等离子体喷涂的电弧电压为250V，电弧电流为900A，氮气流量为35L/min，氮气压力为2.3MPa，氢气流量为25L/min，氢气压力1.5MPa，喷枪移动速度30mm/s，喷涂距离200mm；
喷涂第三道涂层时，等离子体喷涂的电弧电压为200V，电弧电流为800A，氮气流量为30L/min，氮气压力为2.0MPa，氢气流量为20L/min，氢气压力1.0MPa，喷枪移动速度40mm/s，喷涂距离250mm。
根据图1可看出，本实施例的碳化铌颗粒形状近似球形，可保证在喷涂时粉末具有良好的流动性，有利于喷涂的持续进行。
根据图2金相组织照片和图3扫描电镜照片可看出，本实施例的锅炉尾部受热面用梯度涂层与作为基体的锅炉尾部受热面结合状况良好，涂层微观组织均匀，结构致密，没有大的孔隙和裂纹出现，采用本实施例的锅炉尾部受热面用梯度涂层能够形成致密的涂层，保证涂层结构紧密。
实施例2
本实施例提供一种锅炉尾部受热面用梯度涂层，所述锅炉尾部受热面用梯度涂层包括第一道涂层、第二道涂层和第三道涂层；所述第一道涂层、第二道涂层和第三道涂层由靠近锅炉尾部受热面向远离所述锅炉尾部受热面依次设置；
每道涂层的原料均包括碳化铌粉末、改性石墨烯粉末和锆镍基非晶合金粉末；
所述第一道涂层中，碳化铌粉末的质量百分含量为6％，改性石墨烯粉末的质量百分含量为6％，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为88％；
所述第二道涂层中，碳化铌粉末的质量百分含量为10％，改性石墨烯粉末的质量百分含量为10％，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为80％；
所述第三道涂层中，碳化铌粉末的质量百分含量为14％，改性石墨烯粉末的质量百分含量为14％，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为72％。
所述第一道涂层、第二道涂层和第三道涂层的厚度均为350μm。
所述锆镍基非晶合金粉末为经雾化后粒度为14μm的锆镍基非晶合金粉末。
本实施例提供一种制备上述锅炉尾部受热面用梯度涂层的方法，包括：
步骤一、将五氧化二铌粉末和石墨烯粉末按照质量比为86:14进行称取，以无水乙醇为介质，将称取后五氧化二铌粉末和石墨烯粉末用碳化硅磨球球磨7h，所述五氧化二铌粉末的纯度﹥99％，平均粒径<10μm，所述石墨烯粉末为商用增强型石墨烯粉末，所述石墨烯粉末的比表面积为180m2/g～280m2/g，C质量含量为70％～80％，平均粒径<10μm；
步骤二、将步骤一球磨后体系置于140℃烘箱中烘6h，得到干燥后粉体；
步骤三、真空条件下，将步骤二所述干燥后粉体程序升温至1850℃，保温6h进行烧结，得到碳化铌粉末；真空条件的真空度为150Pa；程序升温的升温速率为10℃/min；
步骤四、将石墨烯粉末置于容器中，向所述容器中加入无水乙醇，搅拌混合后加入去离子水，搅拌混合后置于频率为60Hz的超声分散仪中超声处理5h，得到超声后体系；所述石墨烯粉末与步骤一所述石墨烯粉末相同；所述无水乙醇的质量为石墨烯粉末质量的400倍；所述去离子水的质量为石墨烯粉末质量的100倍；
步骤五、向步骤四所述超声后体系中加入铌前驱体，搅拌混合5h，抽滤，将抽滤所得截留物于110℃烘箱中烘60min，得到干燥粉体；所述铌前驱体为草酸铌和铌酸钠的混合物，所述草酸铌质量与超声后体系质量比为1：500；所述铌酸钠质量与超声后体系质量的比为1：300；
步骤六、真空条件下，将步骤五所述干燥粉体程序升温至1850℃，保温6h进行烧结，得到改性石墨烯粉末；真空条件的真空度为90Pa；程序升温的速率为8℃/min；
步骤七、氩气条件下，将制备锆镍基非晶合金粉末的原料于高真空电弧熔炼炉中熔炼，得到母合金锭；所述锆镍基非晶合金粉末的原料包括以下质量百分比的成分：Zr39％，Ni 39％，Al 5％，Fe 8％，W 4％，Cr 3％，Y 1％，C 1％，余量为不可避免杂质；所述熔炼的温度为1800℃，熔炼的时间为2h；
步骤八、将步骤七所述母合金锭置于紧耦合雾化器中的石墨坩埚中，向所述紧耦合雾化器中通入氩气，开启所述紧耦合雾化器，控制压力为10MPa，感应加热升温至2273K对所述石墨坩埚内母合金锭进行雾化，得到粒度为14μm的锆镍基非晶合金粉末；所述感应加热为电磁感应加热，感应加热的频率为30KHz；所述紧耦合雾化器的导流管直径为7mm；所述氩气的纯度为99.9％；
步骤九、以无水乙醇为介质，分别按照预设配比将步骤三所述碳化铌粉末、步骤六所述改性石墨烯粉末和步骤八所述锆镍基非晶合金粉末混合后分别用碳化硅磨球球磨6h，得到三组球磨后混合体系，其中第一组球磨后混合体系中，碳化铌粉末的质量百分含量为6％，改性石墨烯粉末的质量百分含量为6％，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为88％；第二组球磨后混合体系中，碳化铌粉末的质量百分含量为10％，改性石墨烯粉末的质量百分含量为10％，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为80％；第三组球磨后混合体系中，碳化铌粉末的质量百分含量为14％，改性石墨烯粉末的质量百分含量为14％，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为72％；
步骤十、将步骤九中上述三组球磨后体系分别在60Hz超声频率条件下超声处理5h，分别对应得到三组超声后混合体系；
步骤十一、将步骤十的上述三组超声后混合体系分别置于110℃烘箱中烘50min，分别对应得到三组烘干后混合粉体；
步骤十二、将步骤十一的上述三组烘干后混合粉体分别置于140℃烘箱中烘2h，分别对应得到三组预喷涂粉体；
步骤十三、将待喷涂锅炉尾部受热面进行表面除锈、除氧化皮和除油清洁处理，利用等离子体喷涂将步骤十二的第一组预喷涂粉体、第二组预喷涂粉体和第三组预喷涂粉体依次进行喷涂，得到由第一道涂层、第二道涂层和第三道涂层构成的锅炉尾部受热面用梯度涂层；所述依次进行喷涂具体包括：在第一组预喷涂粉体喷涂到所述待喷涂锅炉尾部受热面至预定厚度并冷却至室温之后，进行第二组预喷涂粉体的喷涂，在第二组预喷涂粉体喷涂至预定厚度并冷却至室温之后进行第三组预喷涂粉体的喷涂；
第一道涂层厚度为350μm；第二道涂层厚度为350μm；第三道涂层厚度为350μm；
喷涂第一道涂层时，等离子体喷涂的电弧电压为350V，电弧电流为1100A，氮气流量为45L/min，氮气压力为2.7MPa，氢气流量为35L/min，氢气压力2.5MPa，喷枪移动速度30mm/s，喷涂距离170mm；
喷涂第二道涂层时，等离子体喷涂的电弧电压为300V，电弧电流为1000A，氮气流量为40L/min，氮气压力为2.5MPa，氢气流量为30L/min，氢气压力2MPa，喷枪移动速度40mm/s，喷涂距离230mm；
喷涂第三道涂层时，等离子体喷涂的电弧电压为250V，电弧电流为900A，氮气流量为35L/min，氮气压力为2.3MPa，氢气流量为25L/min，氢气压力1.5MPa，喷枪移动速度50mm/s，喷涂距离270mm。
实施例3
本实施例提供一种锅炉尾部受热面用梯度涂层，所述锅炉尾部受热面用梯度涂层包括第一道涂层、第二道涂层和第三道涂层；所述第一道涂层、第二道涂层和第三道涂层由靠近锅炉尾部受热面向远离所述锅炉尾部受热面依次设置；
每道涂层的原料均包括碳化铌粉末、改性石墨烯粉末和锆镍基非晶合金粉末；
所述第一道涂层中，碳化铌粉末的质量百分含量为7％，改性石墨烯粉末的质量百分含量为7％，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为86％；
所述第二道涂层中，碳化铌粉末的质量百分含量为11％，改性石墨烯粉末的质量百分含量为11％，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为78％；
所述第三道涂层中，碳化铌粉末的质量百分含量为15％，改性石墨烯粉末的质量百分含量为15％，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为70％。
所述第一道涂层、第二道涂层和第三道涂层的厚度均为400μm。
所述锆镍基非晶合金粉末为经雾化后粒度为16μm的锆镍基非晶合金粉末。
本实施例提供一种制备上述锅炉尾部受热面用梯度涂层的方法，包括：
步骤一、将五氧化二铌粉末和石墨烯粉末按照质量比为88:12进行称取，以无水乙醇为介质，将称取后五氧化二铌粉末和石墨烯粉末用碳化硅磨球球磨8h，所述五氧化二铌粉末的纯度﹥99％，平均粒径<10μm，所述石墨烯粉末为商用增强型石墨烯粉末，所述石墨烯粉末的比表面积为180m2/g～280m2/g，C质量含量为70％～80％，平均粒径<10μm；
步骤二、将步骤一球磨后体系置于160℃烘箱中烘8h，得到干燥后粉体；
步骤三、真空条件下，将步骤二所述干燥后粉体程序升温至1900℃，保温8h进行烧结，得到碳化铌粉末；真空条件的真空度为200Pa；程序升温的升温速率为15℃/min；
步骤四、将石墨烯粉末置于容器中，向所述容器中加入无水乙醇，搅拌混合后加入去离子水，搅拌混合后置于频率为80Hz的超声分散仪中超声处理6h，得到超声后体系；所述石墨烯粉末与步骤一所述石墨烯粉末相同；所述无水乙醇的质量为石墨烯粉末质量的500倍；所述去离子水的质量为石墨烯粉末质量的110倍；
步骤五、向步骤四所述超声后体系中加入铌前驱体，搅拌混合6h，抽滤，将抽滤所得截留物于120℃烘箱中烘80min，得到干燥粉体；所述铌前驱体为草酸铌和铌酸钠的混合物，所述草酸铌质量与超声后体系质量比为1：600；所述铌酸钠质量与超声后体系质量的比为1：400；
步骤六、真空条件下，将步骤五所述干燥粉体程序升温至1900℃，保温8h进行烧结，得到改性石墨烯粉末；真空条件的真空度为120Pa；程序升温的速率为10℃/min；
步骤七、氩气条件下，将制备锆镍基非晶合金粉末的原料于高真空电弧熔炼炉中熔炼，得到母合金锭；所述锆镍基非晶合金粉末的原料包括以下质量百分比的成分：Zr42％，Ni 42％，Al 4％，Fe 6％，W 2％，Cr 2％，Y 1％，C 1％，余量为不可避免杂质；所述熔炼的温度为2200℃，熔炼的时间为4h；
步骤八、将步骤七所述母合金锭置于紧耦合雾化器中的石墨坩埚中，向所述紧耦合雾化器中通入氩气，开启所述紧耦合雾化器，控制压力为12MPa，感应加热升温至2473K对所述石墨坩埚内母合金锭进行雾化，得到粒度为16μm的锆镍基非晶合金粉末；所述感应加热为电磁感应加热，感应加热的频率为40KHz；所述紧耦合雾化器的导流管直径为8mm；所述氩气的纯度为99.9％；
步骤九、以无水乙醇为介质，分别按照预设配比将步骤三所述碳化铌粉末、步骤六所述改性石墨烯粉末和步骤八所述锆镍基非晶合金粉末混合后分别用碳化硅磨球球磨8h，得到三组球磨后混合体系，其中第一组球磨后混合体系中，碳化铌粉末的质量百分含量为7％，改性石墨烯粉末的质量百分含量为7％，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为86％；第二组球磨后混合体系中，碳化铌粉末的质量百分含量为11％，改性石墨烯粉末的质量百分含量为11％，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为78％；第三组球磨后混合体系中，碳化铌粉末的质量百分含量为15％，改性石墨烯粉末的质量百分含量为15％，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为70％；
步骤十、将步骤九中上述三组球磨后体系分别在80Hz超声频率条件下超声处理6h，分别对应得到三组超声后混合体系；
步骤十一、将步骤十的上述三组超声后混合体系分别置于120℃烘箱中烘60min，分别对应得到三组烘干后混合粉体；
步骤十二、将步骤十一的上述三组烘干后混合粉体分别置于160℃烘箱中烘3h，分别对应得到三组预喷涂粉体；
步骤十三、将待喷涂锅炉尾部受热面进行表面除锈、除氧化皮和除油清洁处理，利用等离子体喷涂将步骤十二的第一组预喷涂粉体、第二组预喷涂粉体和第三组预喷涂粉体依次进行喷涂，得到由第一道涂层、第二道涂层和第三道涂层构成的锅炉尾部受热面用梯度涂层；所述依次进行喷涂具体包括：在第一组预喷涂粉体喷涂到所述待喷涂锅炉尾部受热面至预定厚度并冷却至室温之后，进行第二组预喷涂粉体的喷涂，在第二组预喷涂粉体喷涂至预定厚度并冷却至室温之后进行第三组预喷涂粉体的喷涂；
第一道涂层厚度为400μm；第二道涂层厚度为400μm；第三道涂层厚度为400μm；
喷涂第一道涂层时，等离子体喷涂的电弧电压为400V，电弧电流为1200A，氮气流量为50L/min，氮气压力为3.0MPa，氢气流量为40L/min，氢气压力3.0MPa，喷枪移动速度40mm/s，喷涂距离200mm；
喷涂第二道涂层时，等离子体喷涂的电弧电压为350V，电弧电流为1100A，氮气流量为45L/min，氮气压力为2.8MPa，氢气流量为35L/min，氢气压力2.5MPa，喷枪移动速度50mm/s，喷涂距离250mm；
喷涂第三道涂层时，等离子体喷涂的电弧电压为300V，电弧电流为1000A，氮气流量为40L/min，氮气压力为2.5MPa，氢气流量为30L/min，氢气压力2.0MPa，喷枪移动速度60mm/s，喷涂距离300mm。
性能评价：
采用失重分析法测定实施例1、2、3中喷涂有锅炉尾部受热面用梯度涂层的锅炉尾部受热面的平均腐蚀速率，其中腐蚀液的pH值与烟气酸性相同，腐蚀浸泡时间分别为30天，60天，90天和120天。表1为实施例1、2、3中的锅炉尾部受热面在有无梯度涂层的条件下的平均腐蚀速率结果。从表1的试验数据可以观察到，在相同的腐蚀条件下，有梯度涂层防护的锅炉尾部受热面的平均腐蚀速率大大低于没有梯度涂层防护的锅炉尾部受热面的平均腐蚀速率，采用本发明的锅炉尾部受热面用梯度涂层能大大降低锅炉尾部受热面的腐蚀速率，有效提高锅炉尾部受热面的耐酸腐蚀性能。
表1本发明有涂层防护的锅炉尾部受热面的耐腐蚀性能
样品 浸泡30天 浸泡60天 浸泡90天 浸泡120天
实施例1待喷涂受热面 0.232mm/a 0.218mm/a 0.166mm/a 0.137mm/a
实施例1喷涂后受热面 0.121mm/a 0.135mm/a 0.121mm/a 0.102mm/a
实施例2待喷涂受热面 0.264mm/a 0.258mm/a 0.192mm/a 0.155mm/a
实施例2喷涂后受热面 0.137mm/a 0.141mm/a 0.139mm/a 0.099mm/a
实施例3待喷涂受热面 0.212mm/a 0.205mm/a 0.145mm/a 0.124mm/a
实施例3喷涂后受热面 0.108mm/a 0.093mm/a 0.079mm/a 0.070mm/a
表2本发明有涂层防护的锅炉尾部受热面的耐冲蚀磨损性能
样品 磨损20h(mg) 磨损40h(mg) 磨损60h(mg)
实施例1待喷涂受热面 68 82 108
实施例1喷涂后受热面 41 54 79
实施例2待喷涂受热面 57 79 93
实施例2喷涂后受热面 42 51 72
实施例3待喷涂受热面 51 70 82
实施例3喷涂后受热面 35 42 57
利用摩擦磨损试验机对实施例1、2、3中喷涂有锅炉尾部受热面用梯度涂层的锅炉尾部受热面进行摩擦磨损实验，其中施加的载荷为40N，转速为1500r/min，磨损时间分别为20h、40h和60h。表2为实施例1、2、3中的锅炉尾部受热面在有无梯度涂层的条件下的磨损后的磨损量。从表2的试验数据可以观察到，在相同摩擦磨损测试条件下，有梯度涂层防护的锅炉尾部受热面的磨损量大大低于没有梯度涂层防护的锅炉尾部受热面的磨损量，采用本发明的锅炉尾部受热面用梯度涂层能有效提高锅炉尾部受热面的耐烟灰冲蚀磨损性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种锅炉尾部受热面用梯度涂层，其特征在于，所述锅炉尾部受热面用梯度涂层包括第一道涂层、第二道涂层和第三道涂层，所述第一道涂层、第二道涂层和第三道涂层由靠近基体向远离所述基体依次设置；所述基体为锅炉尾部受热面；
每道涂层的原料均包括碳化铌粉末、改性石墨烯粉末和锆镍基非晶合金粉末；
所述第一道涂层中，碳化铌粉末的质量百分含量为5%~7%，改性石墨烯粉末的质量百分含量为5%~7%，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为86%~90%；
所述第二道涂层中，碳化铌粉末的质量百分含量为9%~11%，改性石墨烯粉末的质量百分含量为9%~11%，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为78%~82%；
所述第三道涂层中，碳化铌粉末的质量百分含量为13%~15%，改性石墨烯粉末的质量百分含量为13%~15%，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为70%~74%；
所述碳化铌粉末为经以下步骤制备而成的碳化铌粉末：
步骤一、以无水乙醇为介质，将五氧化二铌粉末和石墨烯粉末用碳化硅磨球球磨6h~8h；所述五氧化二铌粉末和石墨烯粉末的质量比为（84~88）：（12~16）；
步骤二、将步骤一球磨后体系置于120℃~160℃烘箱中烘4h~8h，得到干燥后粉体；
步骤三、真空条件下，将步骤二所述干燥后粉体程序升温至1800℃~1900℃，保温4h~8h进行烧结，得到碳化铌粉末；真空条件的真空度为100Pa~200Pa；程序升温的升温速率为5℃/min~15℃/min；
所述改性石墨烯粉末为纳米碳化铌改性石墨烯粉末；所述改性石墨烯粉末为经过以下方法制备而成的改性石墨烯粉末：
步骤一、将石墨烯粉末置于容器中，向所述容器中加入无水乙醇，搅拌混合后加入去离子水，搅拌混合后置于频率为50Hz~80Hz的超声分散仪中超声处理4h~6h，得到超声后体系；所述无水乙醇的质量为石墨烯粉末质量的300倍~500倍；所述去离子水的质量为石墨烯粉末质量的90倍~110倍；
步骤二、向步骤一所述超声后体系中加入铌前驱体，搅拌混合4h~6h，抽滤，将抽滤所得截留物于100℃~120℃烘箱中烘40min~80min，得到干燥粉体；所述铌前驱体为草酸铌和铌酸钠的混合物，所述草酸铌质量与超声后体系质量比为1：（400~600）；所述铌酸钠质量与超声后体系质量的比为1：（200~400）；
步骤三、真空条件下，将步骤二所述干燥粉体程序升温至1800℃~1900℃，保温4h~8h进行烧结，得到改性石墨烯粉末；真空条件的真空度为60Pa ~120Pa；程序升温的速率为5℃/min ~10℃/min；
所述锆镍基非晶合金粉末为经以下步骤制备而成的锆镍基非晶合金粉末：
步骤一、氩气条件下，将制备锆镍基非晶合金粉末的原料于高真空电弧熔炼炉中熔炼，得到母合金锭；所述锆镍基非晶合金粉末的原料包括以下质量百分比的成分：Zr 35%~42%，Ni 35%~42%，Al 4%~6%，Fe 6%~10%，W 2%~6%，Cr 2%~4%，Y 1%~2%，C 1%~2%；所述熔炼的温度为1800℃~2200℃，熔炼的时间为2h~4h；
步骤二、将步骤一所述母合金锭置于紧耦合雾化器中的石墨坩埚中，向所述紧耦合雾化器中通入氩气，开启所述紧耦合雾化器，控制压力为8MPa~12MPa，感应加热升温至2073K~2473K对所述石墨坩埚内母合金锭进行雾化，得到粒度为12μm~16μm的锆镍基非晶合金粉末；所述感应加热为电磁感应加热，感应加热的频率为20KHz~40KHz；所述紧耦合雾化器的导流管直径为6mm~8mm。
2.根据权利要求1所述的锅炉尾部受热面用梯度涂层，其特征在于，所述第一道涂层、第二道涂层和第三道涂层的厚度均为300μm ~400μm。
3.根据权利要求1所述的锅炉尾部受热面用梯度涂层，其特征在于，所述锆镍基非晶合金粉末为经雾化后粒度为12μm~16μm的锆镍基非晶合金粉末。
4.一种制备锅炉尾部受热面用梯度涂层的方法，其特征在于，所述锅炉尾部受热面用梯度涂层为权利要求1所述锅炉尾部受热面用梯度涂层，所述方法包括以下步骤：
步骤一、以无水乙醇为介质，将五氧化二铌粉末和石墨烯粉末用碳化硅磨球球磨6h~8h；所述五氧化二铌粉末和石墨烯粉末的质量比为（84~88）：（12~16）
步骤二、将步骤一球磨后体系置于120℃~160℃烘箱中烘4h~8h，得到干燥后粉体；
步骤三、真空条件下，将步骤二所述干燥后粉体程序升温至1800℃~1900℃，保温4h~8h进行烧结，得到碳化铌粉末；真空条件的真空度为100Pa~200Pa；程序升温的升温速率为5℃/min~15℃/min；
步骤四、将石墨烯粉末置于容器中，向所述容器中加入无水乙醇，搅拌混合后加入去离子水，搅拌混合后置于频率为50Hz~80Hz的超声分散仪中超声处理4h~6h，得到超声后体系；所述无水乙醇的质量为石墨烯粉末质量的300倍~500倍；所述去离子水的质量为石墨烯粉末质量的90倍~110倍；
步骤五、向步骤四所述超声后体系中加入铌前驱体，搅拌混合4h~6h，抽滤，将抽滤所得截留物于100℃~120℃烘箱中烘40min~80min，得到干燥粉体；所述铌前驱体为草酸铌和铌酸钠的混合物，所述草酸铌质量与超声后体系质量比为1：（400~600）；所述铌酸钠质量与超声后体系质量的比为1：（200~400）；
步骤六、真空条件下，将步骤五所述干燥粉体程序升温至1800℃~1900℃，保温4h~8h进行烧结，得到改性石墨烯粉末；真空条件的真空度为60Pa ~120Pa；程序升温的速率为5℃/min ~10℃/min；
步骤七、氩气条件下，将制备锆镍基非晶合金粉末的原料于高真空电弧熔炼炉中熔炼，得到母合金锭；所述锆镍基非晶合金粉末的原料包括以下质量百分比的成分：Zr 35%~42%，Ni 35%~42%，Al 4%~6%，Fe 6%~10%，W 2%~6%，Cr 2%~4%，Y 1%~2%，C 1%~2%；所述熔炼的温度为1800℃~2200℃，熔炼的时间为2h~4h；
步骤八、将步骤七所述母合金锭置于紧耦合雾化器中的石墨坩埚中，向所述紧耦合雾化器中通入氩气，开启所述紧耦合雾化器，控制压力为8MPa~12MPa，感应加热升温至2073K~2473K对所述石墨坩埚内母合金锭进行雾化，得到粒度为12μm~16μm的锆镍基非晶合金粉末；所述感应加热为电磁感应加热，感应加热的频率为20KHz~40KHz；所述紧耦合雾化器的导流管直径为6mm~8mm；
步骤九、以无水乙醇为介质，按照预设配比，将步骤三所述碳化铌粉末、步骤六所述改性石墨烯粉末和步骤八所述锆镍基非晶合金粉末用碳化硅磨球球磨4h~8h，得到球磨后混合体系；
步骤十、将步骤九所述球磨后混合体系在50Hz~80Hz超声频率条件下超声处理4h~6h，得到超声后混合体系；
步骤十一、将步骤十所述超声后混合体系置于100℃~120℃烘箱中烘40min~60min，得到烘干后混合粉体；
步骤十二、将步骤十一所述烘干后混合粉体置于120℃~160℃烘箱中烘1h~3h，得到预喷涂粉体；
步骤十三、将待喷涂锅炉尾部受热面进行表面除锈、除氧化皮和除油清洁处理，利用等离子体喷涂将步骤十二所述预喷涂粉体按照预设喷涂梯度依次进行喷涂，得到锅炉尾部受热面用梯度涂层；所述等离子体喷涂的电弧电压为200 V ~400V，电弧电流为800 A ~1200A，氮气流量为30 L/min ~50L/min，氮气压力为2.0 MPa ~3.0MPa，氢气流量为20 L/min ~40L/min，氢气压力为1.0 MPa ~3.0MPa，喷枪移动速度为20 mm/s ~60mm/s，喷涂距离为150 mm ~300mm，所述的锅炉尾部受热面用梯度涂层的总厚度为900μm ~1200μm。
5.根据权利要求4所述的制备锅炉尾部受热面用梯度涂层的方法，其特征在于，步骤十三预设的喷涂梯度为三层涂层，所述三层涂层包括第一道涂层、第二道涂层和第三道涂层；
喷涂第一道涂层所用预喷涂粉体中，碳化铌粉末的质量百分含量为5%~7%，改性石墨烯粉末的质量百分含量为5%~7%，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为86%~90%；第一道涂层厚度为300μm ~400μm；
喷涂第二道涂层所用预喷涂粉体中，碳化铌粉末的质量百分含量为9%~11%，改性石墨烯粉末的质量百分含量为9%~11%，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为78%~82%；第二道涂层厚度为300μm~400μm；
喷涂第三道涂层所用预喷涂粉体中，碳化铌粉末的质量百分含量为13%~15%，改性石墨烯粉末的质量百分含量为13%~15%，锆镍基非晶合金粉末的质量百分含量为70%~74%；第三道涂层厚度为300μm~400μm。
6.根据权利要求5所述的制备锅炉尾部受热面用梯度涂层的方法，其特征在于，喷涂第一道涂层时，等离子体喷涂的电弧电压为300V~400V，电弧电流为1000A~1200A，氮气流量为40L/min~50L/min，氮气压力为2.5MPa~3.0MPa，氢气流量为30 L/min ~40L/min，氢气压力为2.0MPa~3.0MPa，喷枪移动速度为20 mm/s ~40mm/s，喷涂距离为150 mm ~200mm；
喷涂第二道涂层时，等离子体喷涂的电弧电压为250 V ~350V，电弧电流为900A ~1100A，氮气流量为35L/min~45L/min，氮气压力为2.3 MPa ~2.8MPa，氢气流量为25L/min ~35L/min，氢气压力为1.5MPa~2.5MPa，喷枪移动速度为30mm/s~50mm/s，喷涂距离为200mm~250mm；
喷涂第三道涂层时，等离子体喷涂的电弧电压为200V~300V，电弧电流为800A~1000A，氮气流量为30L/min~40L/min，氮气压力为2.0MPa~2.5MPa，氢气流量为20L/min~30L/min，氢气压力为1.0MPa~2.0MPa，喷枪移动速度40mm/s~60mm/s，喷涂距离为250mm~300mm。
7.根据权利要求5所述的制备锅炉尾部受热面用梯度涂层的方法，其特征在于，步骤十三中利用等离子体喷涂将步骤十二所述预喷涂粉体按照预设喷涂梯度依次进行喷涂，所述预设的喷涂梯度为三层涂层，所述三层涂层包括第一道涂层、第二道涂层和第三道涂层；依次进行喷涂具体包括：在将第一道涂层所用预喷涂粉体喷涂到所述待喷涂锅炉尾部受热面至预定厚度并冷却至室温之后，进行第二道涂层所用预喷涂粉体的喷涂，在第二道涂层所用预喷涂粉体喷涂至预定厚度并冷却至室温之后进行第三道涂层所用预喷涂粉体的喷涂。
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