CN113930761B - 一种碱回收锅炉受热面防护涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碱回收锅炉受热面防护涂层的制备方法，是将Cr、Al、C的单质粉末或其二元化合物的混合粉末，通过等离子熔覆技术，通过原位反应在碱回收锅炉受热面上制备Cr2AlC MAX相的涂层。该涂层熔覆工艺性能良好、与基材能冶金结合、孔隙率低；组织呈枝晶生长特征，耐熔盐腐蚀。

Description

一种碱回收锅炉受热面防护涂层的制备方法
技术领域
本发明属于金属材料镀覆技术领域，具体是一种碱回收锅炉受热面防护涂层的制备方法，该制备方法涉及等离子熔覆技术。
背景技术
碱回收是将制浆黑液经过处理，然后回收其中的碱性化学制品及热能，以实现循环利用。碱回收锅炉是硫酸盐法和碱法等主流造纸工艺，实现循环经济和可持续发展不可缺少的核心设备。碱回收锅炉是一种以制浆黑液为燃料的特种锅炉，水冷壁、过热器、再热器和省煤器等主要受热面长期处于高温、强腐蚀性的极端工况下，传统合金耐熔盐腐蚀性能难以满足锅炉长期安全、稳定运行的要求，解决此问题的一条有效途径是在合金表面施加特定成分和结构的耐蚀防护涂层。
另一方面，MAX相材料是一类具有六方晶格结构的三元纳米层状高性能陶瓷，兼具金属和陶瓷的诸多优异特性，如材料优异的导电导热、机械加工、抗热震、抗损伤、高温、抗氧化、耐腐蚀等性能。
基于MAX相独特的物理性质以及优异的耐磨损和耐腐蚀等性能并且拥有与合金相近的热膨胀系数，MAX相防护涂层长期以来一直都是MAX相材料研究的一个重要方面。目前MAX相涂层制备技术主要有：化学气相沉积、物理气相沉积。化学气相沉积研究较早，主要局限于Ti3SiC2体系，且存在沉积温度高(1000℃以上)、相纯度难以控制等缺点。物理气相沉积是目前MAX相涂层制备的主流技术，沉积温度较化学气相沉积有所降低，具有工艺重复性好、可实现多种体系MAX相涂层制备等优点。但是，仍存在基体材料要求苛刻、沉积温度高(700℃以上)等缺点。近来，物理气相沉积结合固相反应的方法，弥补了物理气相沉积直接制备MAX相涂层的一些不足，在工程合金表面成功地制备了微米级厚度的MAX相涂层。虽然如此，物理气相沉积固有的设备昂贵、沉积效率低、涂层厚度小、受制于真空腔室尺寸无法在大尺寸部件上制备涂层等缺点，严重制约了MAX相涂层的工业化应用。
为了解决上述困扰MAX相工业化应用的难题，热喷涂和冷喷涂由于具有沉积效率较高、可制备大尺寸部件等优点，是MAX相涂层制备发展的重要方向。然而，采用热喷涂直接喷涂MAX相粉末过程中，三元层状结构的MAX相极易分解，生成等杂质相，涂层中MAX相含量较低，影响了涂层的性能。虽然，将MAX相粉末灌入金属管或合金管中，制成金属或合金包覆MAX相粉末的线材，随后利用热喷涂将线材喷涂至基体表面，可在一定程度上抑制MAX相的分解，获得纯度尚可的MAX相涂层。目前，热喷涂或冷喷涂结合固相反应的方法是解决这一难题的重要途径，即首先采用热喷涂或冷喷涂技术，利用合成MAX相所需的原料粉末，在基体上沉积原始涂层，随后通过高温热处理固相反应形成高纯度MAX相涂层。但是，工件尺寸又将受制于热处理炉的尺寸，且后续热处理不仅能耗高而且易造成工件变形。
显然，上述方法在MAX相纯度、工艺控制以及工件尺寸等方面仍有不足，特别是涂层中其它杂质相的存在成为制约其应用的关键瓶颈。因此，急需发展一种高质量MAX相防护涂层的可控制备方法，以满足快速、低成本制备碱回收锅炉受热面涂层的目的。
发明内容
本发明的目的为提供一种碱回收锅炉受热面防护涂层的制备方法，解决现有的MAX相制备方法，仍存在的成本高、工艺复杂、不可控以及成分结构不均匀等问题，实现高纯MAX相涂层的低成本、大厚度、大面积和大尺寸工件可控制备，提高碱回收锅炉受热面的防护效果。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种碱回收锅炉受热面防护涂层的制备方法，包括以下步骤：
1)将碱回收锅炉受热面管子清理干净后进行预热；
2)将Cr、Al和C的单质粉末或其二元化合物的混合粉末，通过等离子熔覆法熔覆到预热后的受热面管子的基材上。
上述技术方案中：
所述清理的方法为用砂纸打磨受热面管子的管壁，至露出金属光泽。将待熔覆部位的表面清理干净，能够防止铁锈、水等杂质混入涂层，影响涂层性能。
所述预热为采用等离子弧预热至100～200℃，预热后保温时间可以忽略。
所述混合粉末按摩尔比计，Cr︰Al︰C＝2︰(1.05～1.3)︰1。
所述混合粉末优选为Cr、Cr3C2和Al的混合物。
所述混合粉末粒度为100～200目。熔覆时，粒度过大易造成原位反应不彻底、Cr3C2MAX相含量不足，粒度过小则易造成送粉不均匀、粉末烧损严重、涂层杂质含量升高、涂层(焊缝)成形不良、涂层(焊缝)与基材不熔合的缺陷。
所述等离子熔覆法的工艺条件为：采用氩气为离子气、保护气和送粉气；喷嘴距离为5～8mm，焊接电流为220～260A、离子气流量为2～4L/min、保护气流量为10～12L/min。该工艺条件下，能保证适合的焊接热输入量及涂层(焊道)之间的熔合；采用的氩气是惰性气体，能保护熔池不被氧化。而且，采用该工艺条件，能够合理地调控稀释率，保证涂层与基体形成冶金结合的同时还能保证形成高纯度的MAX相涂层。
所述等离子熔覆法采用多层多道的焊道布置形式，焊道厚度为0.5～1.0mm，焊接2～3层，最终获得涂层厚度为1～3mm。
本发明的有益效果是：
1)本发明制得的Cr2AlC MAX相防护涂层的成分、结构均匀并且纯度高、厚度大，工艺易于控制，因此可以进一步减少涂层防护涂层中的微观缺陷，改善防护涂层致密性，降低防护涂层内应力，提高防护涂层结合力，从而提高涂层的耐熔盐腐蚀性能，能够对碱回收锅炉受热面有效防护。
2)本发明创新性地采用成本相对低廉的Cr、Cr3C2、Al粉末作为沉积材料。不需要先行制备价格昂贵的Cr2AlC MAX相粉体材料作为沉积材料，也不需要将MAX相粉末灌入金属管或合金管中，制成金属或合金包覆MAX相粉末的线材。从而大大降低了粉末材料成本，并且相应降低了涂层的制备成本。此外，也不需要采用先行沉积原始涂层，后续通过高温退火固相反应形成MAX相涂层；简化了涂层制备工艺，降低了涂层制备的不可控性和成本。
附图说明
图1为实施例1涂层的XRD图谱。
图2为实施例1涂层的截面形貌扫描电子显微镜照片(低倍)。
图3为实施例1涂层的截面形貌扫描电子显微镜照片(高倍)。
图4为本发明实施例1涂层的断口形貌扫描电镜照片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的优选实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
碱回收锅炉受热面防护涂层的制备方法，步骤如下：
1)将摩尔比为Cr︰Al︰C＝2:1.1:1的Cr、Cr3C2、Al粉末混合均匀，经200℃烘焙1小时后待用，各种粉末的粒度为100-200目；
2)选用基材为铁基材料(GB5310钢管材质：20G)的管子，将管子管壁表面清理干净，并露出金属光泽；
3)采用等离子熔覆设备将混合后的粉末熔覆到管子的基材上，主要工艺为：采用氩气为离子气、保护气和送粉气；喷嘴距离7mm，焊接电流240A、离子气流量3L/min、保护气流量11L/min；
4)采用多层多道的焊道布置形式，即焊道厚度为0.5～1.0mm，焊接2层，最终获得涂层厚度为1～2mm。
参见图1～4，可以看出本实施例可有效生成MAX相涂层，而且涂层中晶粒为长条形晶枝状，而且呈大量均匀分散状态，说明了该涂层能够提高碱回收锅炉受热面的防护效果。
实施例2
碱回收锅炉受热面防护涂层的制备方法，步骤如下：
1)将摩尔比为Cr︰Al︰C＝2:1.05:1的Cr、Cr3C2、Al粉末混合均匀，经200℃烘焙1小时后待用，各种粉末的粒度为100-200目；
2)选用基材为铁基材料(GB5310钢管材质：20G)的管子，将管子管壁表面清理干净，并露出金属光泽；
3)采用等离子熔覆设备将混合后的粉末熔覆到管子的基材上，主要工艺为：采用氩气为离子气、保护气和送粉气；喷嘴距离5mm，焊接电流260A、离子气流量2L/min、保护气流量12L/min；
4)采用多层多道的焊道布置形式，即焊道厚度为0.5～1.0mm，焊接3层，最终获得涂层厚度为1.5～3mm。
实施例3
碱回收锅炉受热面防护涂层的制备方法，步骤如下：
1)将摩尔比为Cr︰Al︰C＝2:1.2:1的Cr、Cr3C2、Al粉末混合均匀，经200℃烘焙1小时后待用，各种粉末的粒度为100-200目；
2)选用基材为铁基材料(GB5310钢管材质：20G)的管子，将管子管壁表面清理干净，并露出金属光泽；
3)采用等离子熔覆设备将混合后的粉末熔覆到管子的基材上，主要工艺为：采用氩气为离子气、保护气和送粉气；喷嘴距离8mm，焊接电流220A、离子气流量4L/min、保护气流量10L/min；
4)采用多层多道的焊道布置形式，即焊道厚度为0.5～1.0mm，焊接2层，最终获得涂层厚度为1～2mm。
对比例1
本对比例与实施例1的不同之处在于：混合粉末按摩尔比计Cr︰Al︰C＝2︰0.9︰1。该对比例所得涂层未能形成合格的MAX相。原因为：在等离子熔覆过程中的高温下，由于Al会发生挥发和烧蚀，造成涂层中Al含量过低而不能形成MAX相。
对比例2
本对比例与实施例1的不同之处在于：混合粉末按摩尔比计Cr︰Al︰C＝2︰1.4︰1。该对比例所得涂层未能形成合格的MAX相。原因为：Al用量过高，过量Al不仅会在涂层中形成大量的析出相，还会与基体中的Fe反应形成铁铝金属间化合物，造成涂层脆性升高，严重影响涂层的性能。
对比例3
本对比例与实施例1的不同之处在于：混合粉末为单质的Cr、C和Al。该对比例所得涂层未能形成合格的MAX相。原因为：单质C的熔点较高，等离子熔覆时不易熔化，熔化需要耗费大量的能量，熔池保留时间段不利于原位反应的充分进行；此外，单质C密度较低，难以保证送粉的均匀性，同时由于C极易与空气中的氧反应发生烧蚀，导致最终进入涂层的含量偏低，不能满足形成MAX相。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种碱回收锅炉受热面防护涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将碱回收锅炉受热面管子清理干净后进行预热；
2）将Cr、Cr3C2和 Al的混合粉末，通过等离子熔覆法熔覆到预热后的受热面管子的基材上；
所述混合粉末按摩尔比计，Cr︰Al︰C=2︰(1.05～1.3)︰1；
所述等离子熔覆法的工艺条件为：采用氩气为离子气、保护气和送粉气；喷嘴距离为 5～8mm，焊接电流为 220～260 A、离子气流量为 2～4 L/min、保护气流量为 10～12 L/min；
所述等离子熔覆法采用多层多道的焊道布置形式，焊道厚度为 0.5～1.0mm，焊接 2～3 层，最终获得涂层厚度为 1～3mm。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述清理的方法为用砂纸打磨受热面管子的管壁，至露出金属光泽。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述预热为采用等离子弧预热至 100～200℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
所述混合粉末粒度为100～200目。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104496477A (zh) * 2014-12-17 2015-04-08 陕西科技大学 一种高纯度Cr2AlC陶瓷粉体的制备方法
CN106119762A (zh) * 2016-06-22 2016-11-16 天津市特种设备监督检验技术研究院 一种硼化物金属陶瓷涂层材料及制备方法
CN109182951A (zh) * 2018-09-21 2019-01-11 河北工业大学 一种等离子喷涂制备铬-铝-碳复合涂层的方法
CN109869715A (zh) * 2019-02-22 2019-06-11 刘沁昱 防漏渣风帽及其制备方法和循环流化床锅炉
CN110541138A (zh) * 2019-10-09 2019-12-06 西安热工研究院有限公司 一种锅炉受热面用层间冶金结合热喷涂涂层及制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104496477A (zh) * 2014-12-17 2015-04-08 陕西科技大学 一种高纯度Cr2AlC陶瓷粉体的制备方法
CN106119762A (zh) * 2016-06-22 2016-11-16 天津市特种设备监督检验技术研究院 一种硼化物金属陶瓷涂层材料及制备方法
CN109182951A (zh) * 2018-09-21 2019-01-11 河北工业大学 一种等离子喷涂制备铬-铝-碳复合涂层的方法
CN109869715A (zh) * 2019-02-22 2019-06-11 刘沁昱 防漏渣风帽及其制备方法和循环流化床锅炉
CN110541138A (zh) * 2019-10-09 2019-12-06 西安热工研究院有限公司 一种锅炉受热面用层间冶金结合热喷涂涂层及制备方法

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