CN114262883A - 应用在燃气轮机高温部件内壁的防腐涂层制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种应用在燃气轮机高温部件内壁的防腐涂层制备方法，包括以下步骤：S1、喷砂清理零件的外部和内部，然后使用压缩空气清理零件内外部的残余砂粒；S2、将零件先后浸泡在若干种除油清洗液中；S3、从清洗液中取出零件后将零件立即放入浓度为100‑300ml/L的硫酸溶液中浸泡3‑5min；S4、将零件浸泡在化学镀镍溶液中1‑1.5h；S5、热处理：待零件冷却到50℃以下，将零件放入热处理炉中，加热速度为200‑400K/h，加热至400℃后保温3‑5h，然后炉冷至室温。本发明的有益之处在于，借助化学镀镍工艺，将镍离子通过化学镍的方式涂敷在铁基材料表面，在不影响铁基材料的力学性能的基础上形成防腐涂层，增强其抗氧化及抗腐蚀能力。
Description
技术领域
本发明涉及涂层制备技术领域，尤其涉及一种应用在燃气轮机高温部件内壁的防腐涂层制备方法。
背景技术
燃气轮机燃烧器在实际运行过程中会出现腐蚀，出现腐蚀的一种可能原因在于，在输送燃料至燃烧器内部时，燃料温度逐渐上升并在高温下中分解形成气态的硫化氢(H2S)，硫化氢在此环境条件下腐蚀燃烧器内腔表面，形成氧化物/硫化物；另一种可能原因在于，在燃机停机过程中，燃烧器部件仍处于高温状态并与空气中的氧气(O2)接触，燃烧器内腔因此发生氧化。上述两种原因相互促进，特别是当燃烧器基材为铁基(低合金钢)时，由于此材料缺少对硫化氢的耐受性，其极易在空气中发生氧化，产生铁锈。
在燃烧器内腔形成较厚的内部腐蚀层后，随着机器的不断运行启停，冷热交替会造成内部腐蚀层分层开裂并大片剥落，脱落后的异物随气流流动或积存在燃烧器内腔中。由于燃料管路下游存在许多细小的燃料分配孔，这些脱落后的异物极易阻塞燃料分配孔，并在燃料分配孔附近沉积，造成不同的燃烧器之间燃料分配不均匀，燃烧不稳定，燃机排烟温度不均匀等问题。上述异常问题轻则造成燃机运行不稳定、燃机热效率下降，重则造成计划外停机，损害其他部件等恶劣事故。
目前部分燃烧器中的部件采用耐腐蚀的不锈钢材料焊接而成，但不锈钢材料仍具有一系列的缺点，如：不锈钢材料也会造成轻微的腐蚀，且因为不锈钢材料含有更高含量的镍(Ni)、铬(Cr)等元素，这些元素不利于燃烧器部件的焊接，较易产生裂纹及其他异常情况；此外采用不锈钢材料制造的产品在运行中会产生较高的热应力，不利于燃烧器部件本身的安全。
发明内容
针对上述缺陷，本发明的目的在于提供一种应用在燃气轮机高温部件内壁的防腐涂层制备方法，其通过化学镀镍的方法在金属零件表面形成含镍的氧化涂层，在不损伤金属基体的力学性能的前提下提高金属基体的抗腐蚀性能。
本发明提供了一种应用在燃气轮机高温部件内壁的防腐涂层制备方法，包括以下步骤：
S1、清理：喷砂清理零件的外部和内部，然后使用压缩空气清理零件内外部的残余砂粒，确保没有砂粒残留；
S2、除油：将零件先后浸泡在若干种除油清洗液中；
S3、酸洗：从清洗液中取出零件后将零件立即放入浓度为100-300ml/L的硫酸溶液中浸泡3-5min；
S4、化学镀镍：将零件浸泡化学镀镍溶液中1-1.5h，所述化学镀镍溶液为镍磷液，其PH值为4.7-4.8，溶液温度为80-84℃，浸泡完成后取出零件；
S5、热处理：待零件冷却到50℃以下，将零件放入热处理炉中，加热速度为200-400K/h，加热至400℃后保温3-5h，然后炉冷至室温。
优选地，在所述S1中，喷砂压力2-5bar，砂粒目数180-220目。
优选地，所述S2中包括以下步骤：制备第一除油清洗液，按质量百分比计，脱脂剂与水的比例为3-5:100，制备完成后将第一除油清洗液加热至90-100℃，然后将零件浸泡在第一除油清洗液中2-4h，取出后用清水漂洗两遍；制备第二除油清洗液，按质量百分比计，酒精与水的比例为75:25，然后将零件浸泡在第二除油清洗液中2-6h。
优选地，所述零件为内锥体，所述内锥体的外壁上开有多个内锥孔，所述内锥孔与设置在所述内锥体中的内通道或内腔相连通。
优选地，在所述S1中，先通过喷砂清理所述外壁，后使用弯角喷头插入所述内锥孔中，清理所述内通道和内腔；使用压缩空气清理残余砂粒时，先清理内通道和内腔，后清理外壁。
本发明的有益之处在于，借助化学镀镍工艺，将镍离子通过化学镍的方式涂敷在铁基材料表面，在不影响铁基材料的力学性能的基础上形成防腐涂层，增强其抗氧化及抗腐蚀能力。选用化学镀镍的优点在于其适用于任意具有复杂形状的内外壁的零件，不会影响零件内腔中的圆弧形腔面或焊接热影响区，只要保证零件内外表面清洁无杂质即可。本发明在不改变原材料，不更换原部件的条件下，可以以较低的成本增强产品的抗氧化、抗硫化特性，工艺简单，易于操作，适合推广。
附图说明
图1是燃气轮机中的内锥体的结构示意图。
元件标号说明：
1 内锥体
2 外壁
3 内锥孔
4 内通道
5 内腔
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。
为便于清理，将已经发生燃料通道内部腐蚀的燃烧器从燃气轮机上拆除，并将燃烧器拆除到零件状态。在本发明的一个具体实施例中，如图1所示，等待制备防腐涂层的零件为内锥体1，内锥体1的外壁2上开有多个内锥孔3，内锥孔3与设置在内锥体1中的内通道4或内腔5相连通。
本发明提供了一种应用在燃气轮机高温部件内壁的防腐涂层制备方法，该方法包括以下步骤：
S1、清理：采用喷砂清理，喷砂压力2-5bar，砂粒目数180-220目，先将外壁2用喷砂清理干净，然后使用弯角为150°的弯角喷头插入内锥孔3中，清理内通道4和内腔5。在清理内通道4的过程中采用内窥镜检查，如果仍然有氧化皮存在，则继续做喷砂清理，直到氧化皮完全消失。喷砂清理结束后，采用7bar左右的压缩空气清理残余砂粒，先清理内通道4和内腔5，后清理外壁2，保证由内到外将砂粒完全清除干净；在此过程中需要特别注意内腔5的清洁死角，即内腔5与内锥孔3的连接面处，避免砂粒残留。
S2、除油：制备第一除油清洗液，按质量百分比计，脱脂剂与水的比例为3-5:100，制备完成后将第一除油清洗液加热至90-100℃，然后将内锥体1浸泡在第一除油清洗液中2-4h，取出后用清水漂洗两遍。接着，制备第二除油清洗液，按质量百分比计，酒精与水的比例为75:25，然后将内锥体1浸泡在第二除油清洗液中2-6h。
S3、酸洗：当内锥体1浸泡在第二除油清洗液中时，开始制备硫酸溶液，硫酸溶液的浓度为100-300ml/L。从第二除油清洗液中取出内锥体1后将其立即放入硫酸溶液中浸泡3-5min，然后取出。
S4、化学镀镍：将内锥体1浸泡在化学镀镍溶液中1-1.5h，化学镀镍溶液的成分为硫酸镍25-50g/L、次亚磷酸钠25-50g/L，采用稀硫酸溶液将PH值调整到4.7-4.8，溶液温度为80-84℃，浸泡完成后取出内锥体1。化学镀镍完成后，镍镀层厚度在10-50微米之间，镀层中镍含量>90％。
S5、热处理：待内锥体1冷却到50℃以下，将内锥体1放入热处理炉中。若内锥体1的数量为多个，则多个内锥体1之间不可相互接触，间隔均匀地放置在热处理炉中。加热速度为200-400K/h，加热至400℃后保温3-5h，然后炉冷至室温。
本发明的防腐原理是基于H2S/O2等气体对铁基材料的腐蚀情况，将抗氧化的镍涂敷在工件表面，随后借助高温运行环境形成防腐涂层，进而将气体成分和基材分离。内锥体1在经过上述步骤后，其内外表面被致密的镍的硫化氧化物涂层100％覆盖，没有铁基材料裸露，镍镀层硬度达标，可以在较高的温度下抵抗O、S等元素的腐蚀。
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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种应用在燃气轮机高温部件内壁的防腐涂层制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、清理：喷砂清理零件的外部和内部，然后使用压缩空气清理零件内外部的残余砂粒，确保没有砂粒残留；
S2、除油：将零件先后浸泡在若干种除油清洗液中；
S3、酸洗：从清洗液中取出零件后将零件立即放入浓度为100-300ml/L的硫酸溶液中浸泡3-5min；
S4、化学镀镍：将零件浸泡在化学镀镍溶液中1-1.5h，所述化学镀镍溶液为镍磷液，其PH值为4.7-4.8，溶液温度为80-84℃，浸泡完成后取出零件；
S5、热处理：待零件冷却到50℃以下，将零件放入热处理炉中，加热速度为200-400K/h，加热至400℃后保温3-5h，然后炉冷至室温。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述S1中，喷砂压力2-5bar，砂粒目数180-220目。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2中包括以下步骤：
制备第一除油清洗液，按质量百分比计，脱脂剂与水的比例为3-5:100，制备完成后将第一除油清洗液加热至90-100℃，然后将零件浸泡在第一除油清洗液中2-4h，取出后用清水漂洗两遍；
制备第二除油清洗液，按质量百分比计，酒精与水的比例为75:25，然后将零件浸泡在第二除油清洗液中2-6h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述零件为内锥体(1)，所述内锥体(1)的外壁(2)上开有多个内锥孔(3)，所述内锥孔(3)与设置在所述内锥体(1)中的内通道(4)或内腔(5)相连通。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述S1中，先通过喷砂清理所述外壁(2)，后使用弯角喷头插入所述内锥孔(3)中，清理所述内通道(4)和内腔(5)；使用压缩空气清理残余砂粒时，先清理内通道(4)和内腔(5)，后清理外壁(2)。
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Application publication date: 20220401 |