CN114525466B - 一种用于电站锅炉的防结焦复合陶瓷涂层的制备方法 - Google Patents

一种用于电站锅炉的防结焦复合陶瓷涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于电站锅炉的防结焦复合陶瓷涂层的制备方法，属于高温防护涂层技术领域。具体涉及一种防结焦复合陶瓷涂层材料及其制备方法。复合陶瓷涂层材料由热化学反应陶瓷底层和表面釉层组成。所述热化学反应陶瓷底层包括以下原料：骨料、粘结剂、分散剂和水；骨料由铬绿、氮化硼和氧化铝混合均匀制得；粘结剂由质量浓度85%的磷酸、氧化镁、氢氧化铝、氧化锌和去离子水混合均匀制得；分散剂为聚丙烯酸。防结焦复合陶瓷涂层的结合强度26.6～30.2Mpa、耐高温腐蚀性能指数为0.116～0.158 mg/mm2、抗热震性能指数为7～15。本发明有效阻止了锅炉表面结焦，锅炉的热效率有小幅度提高。涂层实际使用寿命可超过10000h，延长了锅炉使用的安全性和使用寿命。

Description

一种用于电站锅炉的防结焦复合陶瓷涂层的制备方法
技术领域
本发明属于高温防护涂层技术领域，具体涉及一种防结焦复合陶瓷涂层的制备方法。
背景技术
大型电站锅炉的受热面在运行过程容易发生耐高温腐蚀、抗沾污结渣、抗流速磨损能力较差等问题，导致机组锅炉排烟温度上升，极大制约了电站燃烧发电方面的高效利用，涂层防护是解决这些问题的一种重要途径。
为了解决电站锅炉的结焦问题，研究人员开发了一系列高温防护涂层材料，例如：一种防结焦耐磨耐高温硫腐蚀的纳米陶瓷涂层，该陶瓷涂料的仅耐高温硫腐蚀高温氯腐蚀性能差。另一种锅炉水冷壁上镍基合金涂层的制备方法。采用超音速电弧喷涂法制备了镍基合金复合涂层，而电弧中的高温使得合金元素的烧损和蒸发严重，导致涂层中的合金元素减少，严重影响了涂层的质量。且合金涂层耐高温氯腐蚀性能差，存在严重的结焦结渣现象。
复合陶瓷涂层材料的特征是将热化学反应陶瓷涂层的高导热性和防结焦性能与高温釉层的耐高温腐蚀性能相结合，得到一种耐高温腐蚀、耐氧化、抗热震性良好、化学稳定性好、防结焦好的涂层材料，另外，高温釉层与陶瓷涂层结合牢固且致密性好。
发明内容
为了实现耐高温腐蚀、耐氧化、抗热震性良好、化学稳定性好、防结焦，本发明提供一种用于电站锅炉的防结焦复合陶瓷涂层的制备方法。
一种用于电站锅炉的防结焦复合陶瓷涂层的制备方法，操作步骤如下：（1）、制备热化学反应陶瓷涂层材料，（2）、制备表面釉层材料，（3）、制备电站锅炉表面的防结焦复合陶瓷涂层；
所述热化学反应陶瓷涂层材料的制备操作如下：
将35～45份骨料、50～55份粘结剂、1～5份分散剂，5～10份水搅拌均匀，得到热化学反应陶瓷涂层材料；
所述骨料由铬绿、氮化硼和氧化铝混合均匀制得；
所述粘结剂由质量浓度85%的磷酸、氧化镁、氢氧化铝、氧化锌和去离子水混合均匀制得；
所述分散剂为聚丙烯酸；
所述水为去离子水；
所述防结焦复合陶瓷涂层的厚度为150～200μm、结合强度26.6～30.2Mpa、耐高温腐蚀性能指数为0.116～0.158 mg/mm2、800℃和20℃水冷重复至涂层脱落次数检测复合陶瓷涂层的抗热震性能，次数为7～15次；防结焦复合陶瓷涂层的结构参见图1；6个月的锅炉现场挂片实验后未见到肉眼可见的结焦结渣。
进一步限定的用于电站锅炉的防结焦复合陶瓷涂层的具体制备操作如下：
（1.1）、将5kg铬绿、7～32kg氮化硼和8～28kg氧化铝混合均匀，得到骨料；
（1.2）、将28.6～31.4kg质量浓度85%的磷酸、1.4～1.6kg氧化镁、2.9～3.2kg氢氧化铝、2.9～3.2kg氧化锌和14.2～15.6kg去离子水混合均匀，得到粘结剂；
（1.3）、将所述骨料、所述粘结剂和1～5kg聚丙烯酸混合，搅拌均匀，用去离子水调节酸度pH值为1-5，得到热化学反应陶瓷涂层材料。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果体现在以下方面：
1.本发明制备的复合陶瓷涂层材料的热化学反应陶瓷涂层解决了常规陶瓷涂层导热系数较小引起金属换热器换热效率低的问题，制备热化学反应陶瓷涂层使用纯度大于98.5％的工业纯六方氮化硼微粉，得到具有优异导热性能的涂层，涂层施工后相较未施工时的存在严重结焦的水冷壁，有效阻止了锅炉表面结焦，锅炉的热效率有小幅度提高。涂层实际使用寿命可超过10000h，延长了锅炉使用的安全性和使用寿命。
2.本发明制备的复合陶瓷涂层材料的高温釉层解决了常规涂层在高温下长期工作易流淌的问题，与陶瓷涂层结合牢固且致密性好，显著提高了涂层表面发射率和热导率，具有耐高温腐蚀、抗粘污结焦、提升换热效率的功能。同时，高温釉层能有效延长锅炉的使用寿命，显著降低后续维护的人力及经济成本。
附图说明
图1为本发明防结焦复合陶瓷涂层结构。
图2为实施例1制备的防结焦复合陶瓷涂层显微形貌图。
图3为实施例2制备的防结焦复合陶瓷涂层显微形貌图。
图4为实施例3制备的防结焦复合陶瓷涂层显微形貌图。
图5为实施例4制备的防结焦复合陶瓷涂层显微形貌图。
图6为实施例1锅炉现场挂片图。
图7为实施例2锅炉现场挂片图。
图8为实施例3锅炉现场挂片图。
图9为实施例4锅炉现场挂片图。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种用于电站锅炉的防结焦复合陶瓷涂层的制备操作步骤如下：
（1）制备热化学反应陶瓷涂层材料
（1.1）、将5kg铬绿、7kg氮化硼和28kg氧化铝混合均匀，得到骨料。
（1.2）、将29.8kg质量浓度85%的磷酸、1.5kg氧化镁、3kg氢氧化铝、3kg氧化锌和14.7kg去离子水混合均匀，得到粘结剂；
（1.3）、将所述骨料、所述粘结剂和2kg聚丙烯酸混合，搅拌均匀，加入去离子水调节酸度pH值为2，得到热化学反应陶瓷涂层材料。
（2）、制备表面釉层材料
将37kg锂辉石粉、27kg氧化铝微粉、17kg碳酸钙微粉、4kg改性玻璃纤维、4kg钾长石、4kg二氧化锆混合均匀，得到表面釉层材料。
（3）、制备电站锅炉表面的防结焦复合陶瓷涂层
（3.1）对待喷涂的电站锅炉表面进行喷砂处理，喷砂质量表面清洁度达到Sa3.0级或以上，表面粗糙度达到15～25μm，喷砂处理后立即进行电弧喷涂Ni95Al5镍铝涂层做为金属过渡层，厚度为150～200μm。
（3.2）在常温环境下，将热化学反应陶瓷涂层材料均匀喷涂到金属过渡层上，得到热化学反应陶瓷涂层。
（3.3）将热化学反应陶瓷涂层在80～100℃条件下，烘干50～70min，得到烘干热化学反应陶瓷涂层。
（3.4）通过高速火焰喷涂将表面釉层材料喷涂到烘干热化学反应陶瓷涂层上，得到具有防结焦复合陶瓷涂层的电站锅炉。
本实施例1的防结焦复合陶瓷涂层显微表面见图2；通过GB/T 8642-2002检测复合陶瓷涂层结合强度为30.2 Mpa；通过650℃下3mg/cm2的KCl和Na2SO4混合盐保温60小时检测复合陶瓷涂层的耐高温腐蚀性能，质量变化为0.116 mg/mm2；通过扫描电子显微镜测量涂层厚度为170μm；通过800℃-20℃水冷重复至涂层脱落次数检测复合陶瓷涂层的抗热震性能，次数为15次；经锅炉现场挂片实验见图6，180天后涂层表面易清理未见明显的结焦结渣。
实施例2
一种用于电站锅炉的防结焦复合陶瓷涂层的制备操作步骤如下：
（1）制备热化学反应陶瓷涂层材料
（1.1）、将5kg铬绿、15kg氮化硼和15kg氧化铝混合均匀，得到骨料。
（1.2）、将28.6kg质量浓度85%的磷酸、1.4kg氧化镁、2.9kg氢氧化铝、2.9kg氧化锌和14.2kg去离子水混合均匀，得到粘结剂。
（1.3）、将所述骨料、所述粘结剂和2kg聚丙烯酸混合，搅拌均匀，加入去离子水调节合适的粘度和酸度pH值为1，得到热化学反应陶瓷涂层材料。
（2）、制备表面釉层材料
将35kg锂辉石粉、25kg氧化铝微粉、15kg碳酸钙微粉、3kg改性玻璃纤维、3kg钾长石、3kg二氧化锆混合均匀，得到表面釉层材料。
（3）、制备电站锅炉表面的防结焦复合陶瓷涂层
（3.1）对待喷涂的电站锅炉表面进行喷砂处理，喷砂质量表面清洁度达到Sa3.0级或以上，表面粗糙度达到15～25μm，喷砂处理后立即进行电弧喷涂Ni95Al5镍铝涂层做为金属过渡层，厚度为150～200μm。
（3.2）在常温环境下，将热化学反应陶瓷涂层材料均匀喷涂到金属过渡层上，得到热化学反应陶瓷涂层。
（3.3）将热化学反应陶瓷涂层在80～100℃条件下，烘干50～70min，得到烘干热化学反应陶瓷涂层。
（3.4）通过高速火焰喷涂将表面釉层材料喷涂到烘干热化学反应陶瓷涂层上，得到具有防结焦复合陶瓷涂层的电站锅炉。
本实施例2的防结焦复合陶瓷涂层显微表面见图3；通过KGB/T 8642-2002检测复合陶瓷涂层结合强度为26.7Mpa；通过650℃下3mg/cm2的KCl和Na2SO4混合盐保温60小时检测复合陶瓷涂层的耐高温腐蚀性能，质量变化为0.119 mg/mm2；通过扫描电子显微镜测量涂层厚度为150μm；通过800℃-20℃水冷重复至涂层脱落次数检测复合陶瓷涂层的抗热震性能，次数为10次；经锅炉现场挂片实验见图7，180天后涂层表面易清理未见明显的结焦结渣。
实施例3
一种用于电站锅炉的防结焦复合陶瓷涂层的制备操作步骤如下：
（1）制备热化学反应陶瓷涂层材料
（1.1）、将5kg铬绿、32kg氮化硼和8kg氧化铝混合均匀，得到骨料。
（1.2）、将31.4kg质量浓度85%的磷酸、1.6kg氧化镁、3.2kg氢氧化铝、3.2kg氧化锌和15.6kg去离子水混合均匀，得到粘结剂。
（1.3）、将所述骨料、所述粘结剂和5kg聚丙烯酸混合，搅拌均匀，加入去离子水调节合适的粘度和酸度pH值为3，得到热化学反应陶瓷涂层材料。
（2）、制备表面釉层材料
将35kg锂辉石粉、25kg氧化铝微粉、15kg碳酸钙微粉、3kg改性玻璃纤维、3kg钾长石、3kg二氧化锆混合均匀，得到表面釉层材料。
（3）、制备电站锅炉表面的防结焦复合陶瓷涂层
（3.1）对待喷涂的电站锅炉表面进行喷砂处理，喷砂质量表面清洁度达到Sa3.0级或以上，表面粗糙度达到15～25μm，喷砂处理后立即进行电弧喷涂Ni95Al5镍铝涂层做为金属过渡层，厚度为150～200μm。
（3.2）在常温环境下，将热化学反应陶瓷涂层材料均匀喷涂到金属过渡层上，得到热化学反应陶瓷涂层。
（3.3）将热化学反应陶瓷涂层在80～100℃条件下，烘干50～70min，得到烘干热化学反应陶瓷涂层。
（3.4）通过高速火焰喷涂将表面釉层材料喷涂到烘干热化学反应陶瓷涂层上，得到具有防结焦复合陶瓷涂层的电站锅炉。
本实施例3的防结焦复合陶瓷涂层显微表面见图4；通过GB/T 8642-2002检测复合陶瓷涂层结合强度为26.2Mpa；通过650℃下3mg/cm2的KCl和Na2SO4混合盐保温60小时检测复合陶瓷涂层的耐高温腐蚀性能，质量变化为0.137 mg/mm2；通过扫描电子显微镜测量涂层厚度为200μm；通过800℃-20℃水冷重复至涂层脱落次数检测复合陶瓷涂层的抗热震性能，次数为7次；经锅炉现场挂片实验见图8，180天后涂层表面易清理未见明显的结焦结渣。
实施例4
一种用于电站锅炉的防结焦复合陶瓷涂层的制备操作步骤如下：
（1）制备热化学反应陶瓷涂层材料
（1.1）、将5kg铬绿、15kg氮化硼和15kg氧化铝混合均匀，得到骨料。
（1.2）、将28.6kg质量浓度85%的磷酸、1.4kg氧化镁、2.9kg氢氧化铝、2.9kg氧化锌和14.2kg去离子水混合均匀，得到粘结剂。
（1.3）、将所述骨料、所述粘结剂和1kg聚丙烯酸混合，搅拌均匀，加入去离子水调节合适的粘度和酸度pH值为5，得到热化学反应陶瓷涂层材料。
（2）、制备表面釉层材料
将40kg锂辉石粉、30kg氧化铝微粉、20kg碳酸钙微粉、5kg改性玻璃纤维、5kg钾长石、5kg二氧化锆混合均匀，得到表面釉层材料。
（3）、制备电站锅炉表面的防结焦复合陶瓷涂层
（3.1）对待喷涂的电站锅炉表面进行喷砂处理，喷砂质量表面清洁度达到Sa3.0级或以上，表面粗糙度达到15～25μm，喷砂处理后立即进行电弧喷涂Ni95Al5镍铝涂层做为金属过渡层，厚度为150～200μm。
（3.2）在常温环境下，将热化学反应陶瓷涂层材料均匀喷涂到金属过渡层上，得到热化学反应陶瓷涂层。
（3.3）将热化学反应陶瓷涂层在80～100℃条件下，烘干50～70min，得到烘干热化学反应陶瓷涂层。
（3.4）通过高速火焰喷涂将表面釉层材料喷涂到烘干热化学反应陶瓷涂层上，得到具有防结焦复合陶瓷涂层的电站锅炉。
本实施例4的防结焦复合陶瓷涂层显微表面见图5；通过GB/T 8642-2002检测复合陶瓷涂层结合强度为30 Mpa；通过650℃下3mg/cm2的KCl和Na2SO4混合盐保温60小时检测复合陶瓷涂层的耐高温腐蚀性能，质量变化为0.158 mg/mm2；通过扫描电子显微镜测量涂层厚度为185μm；通过800℃-20℃水冷重复至涂层脱落次数检测复合陶瓷涂层的抗热震性能，次数为13次；经锅炉现场挂片实验见图9，180天后涂层表面易清理未见明显的结焦结渣。

Claims (2)

1.一种用于电站锅炉的防结焦复合陶瓷涂层的制备方法，操作步骤如下：（1）、制备热化学反应陶瓷涂层材料，（2）、制备表面釉层材料，（3）、制备电站锅炉表面的防结焦复合陶瓷涂层，其特征在于：
所述热化学反应陶瓷涂层材料的制备操作如下：
将35～45份骨料、50～55份粘结剂、1～5份分散剂，5～10份水搅拌均匀，得到热化学反应陶瓷涂层材料；
所述骨料由铬绿、氮化硼和氧化铝混合均匀制得；
所述粘结剂由质量浓度85%的磷酸、氧化镁、氢氧化铝、氧化锌和水混合均匀制得；
所述分散剂为聚丙烯酸；
所述水为去离子水；
所述表面釉层材料的制备操作如下：
将37kg锂辉石粉、27kg氧化铝微粉、17kg碳酸钙微粉、4kg改性玻璃纤维、4kg钾长石、4kg二氧化锆混合均匀，得到表面釉层材料；
或将35kg锂辉石粉、25kg氧化铝微粉、15kg碳酸钙微粉、3kg改性玻璃纤维、3kg钾长石、3kg二氧化锆混合均匀，得到表面釉层材料；
或将40kg锂辉石粉、30kg氧化铝微粉、20kg碳酸钙微粉、5kg改性玻璃纤维、5kg钾长石、5kg二氧化锆混合均匀，得到表面釉层材料；
所述电站锅炉表面的防结焦复合陶瓷涂层的制备操作如下：
对待喷涂的电站锅炉表面进行喷砂处理，喷砂处理后立即进行电弧喷涂Ni95Al5镍铝涂层做为金属过渡层，厚度为150～200μm；
在常温环境下，将热化学反应陶瓷涂层材料均匀喷涂到金属过渡层上，得到热化学反应陶瓷涂层，烘干；通过高速火焰喷涂将表面釉层材料喷涂到烘干热化学反应陶瓷涂层上，得到具有防结焦复合陶瓷涂层的电站锅炉；
所述防结焦复合陶瓷涂层的厚度为150～200μm、结合强度26.6～30.2Mpa、耐高温腐蚀性能指数为0.116～0.158 mg/mm2。
2.根据权利要求1所述的一种用于电站锅炉的防结焦复合陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：所述热化学反应陶瓷涂层材料的具体制备操作如下：
（1.1）、将5kg铬绿、7～32kg氮化硼和8～28kg氧化铝混合均匀，得到骨料；
（1.2）、将28.6～31.4kg质量浓度85%的磷酸、1.4～1.6kg氧化镁、2.9～3.2kg氢氧化铝、2.9～3.2kg氧化锌和14.2～15.6kg水混合均匀，得到粘结剂；
（1.3）、将所述骨料、所述粘结剂和1～5kg聚丙烯酸混合，搅拌均匀，用水调节酸度pH值为1-5，得到热化学反应陶瓷涂层材料。
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