CN1147563A - 防御液态排渣炉析铁熔蚀的金属陶瓷涂层 - Google Patents

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Abstract

一种防御液态排渣炉析铁熔蚀的金属陶瓷涂层，包括由NiCrAlY合金组成的底层，底层上配置两层过渡层，其中一层含60％的NiCrAlY合金和40％的ZrO2陶瓷，过渡层上配置一含20％的NiCrAlY和80％的ZrO2陶瓷的表面工作层，将其喷涂于液态排渣炉排渣口锅炉管表面，形成一层能够有效隔离1400℃左右的液态析铁对锅炉钢管的作用，防御析铁对钢管的熔蚀，从而解决液态排渣炉的析铁爆管问题。

Description

防御液态排渣炉析铁熔蚀的金属陶瓷涂层
本发明涉及一种金属陶瓷涂层，特别涉及一种防御液态排渣炉析铁熔蚀的等离子喷涂金属陶瓷涂层。
析铁是液态排渣型锅炉在运行过程中由炉底的熔渣中析出的一种杂质含量很高的生铁(硫：6～9％，磷：4～6％)，其熔点约在1100～1400℃。熔融的析铁一旦流经渣口管表面，很快会“划破”炉管，引起爆管事故，迫使整台锅炉停机抢修。严重影响了电厂安全、稳定发电，并造成巨大经济损失。
氧化锆陶瓷(ZrO2)的熔点高达2900℃，并具有很高的高温化学稳定性和低的导热系数，目前已成功地应用于航空、航天以及钢铁和汽车工业中一些关键零部件的表面，作为热障涂层起到很好的隔热、防腐和耐磨作用。但由于陶瓷涂层本身较脆，热胀系数与金属基体的相差较大，在喷涂过程中和现场服役中急冷急热的工况下，容易产生开裂和剥落。此外，氧化锆陶瓷在1000～1200℃左右会产生单斜晶型→立方晶型的相变，相变的体积效应也会造成涂层开裂。为了更好地开发和应用氧化锆陶瓷涂层，近年来，国内外对氧化锆热障涂层作了大量的研究工作。结果证明，采用8％～20％的Y2O3氧化物对ZrO2陶瓷涂层进行“半稳定化”增韧处理得到的Y-ZrO2涂层的热稳定性最好。“半稳定化”保证了涂层内存在部分微裂纹和一定的孔隙率(约8％～12％)，这些都对降低涂层内应力和改善热障性能有利。但对于气相或液相腐蚀性环境，腐蚀介质有可能通过这些孔隙渗入基体，因此对于防腐是不利的。
本发明的目的是开发出一种金属陶瓷复合涂层，将其喷涂于液态排渣炉排渣口炉管表面，形成一层能够有效隔离1400℃左右的液态析铁直接作用于锅炉钢管表面，防御熔融析铁对钢管的熔蚀，从而解决液态排渣炉的析铁爆管问题。
根据以往电厂未能很好解决液态排渣炉析铁问题的经验教训，发明人首先通过模拟试验和理论分析，证明析铁对锅炉管的作用机理是由于析铁中高硫、磷杂质使炉管表面熔点降低，引起铁原子源源不断从管材表面向流经表面的析铁熔体中扩散的质量迁移过程，学术上称作熔蚀。为了抵抗熔蚀，只有采用高温性能稳定的陶瓷基材料作为防护涂层。
本发明包括陶瓷和金属基体之间的粘结层(底层)，粘结层上配置两层旨在改善陶瓷和金属热膨胀系数不匹配情况的过渡涂层，过渡层上配置表面工作层。
粘结层由NiCrAlY合金组成，其中Cr含量在18～20％，铝含量5～6％，Y2O3含量为2％左右，其余为Ni。涂层厚度0.09～0.12mm。
过渡层由两层组成，靠近粘结层的一层，含60％的NiCrAlY合金和40％ZrO2陶瓷。其中NiCrAlY合金成份和粘结层成份一样。靠近表面工作层的一层，其NiCrAlY合金含量(成份同上)为20％，ZrO2陶瓷含量为80％，两层厚度均为0.20～0.25mm。
表面工作层全部为ZrO2陶瓷涂层，厚度为0.25～0.30mm，
以上ZrO2陶瓷涂层用8-12％Y2O3作为涂层稳定剂。
本发明的工艺过程如下：
首先选用20目～40目的金刚砂对金属基体进行喷砂，除去表面氧化层和污染物，使表面粗糙度达到15～25μm，然后喷涂NiCrAlY粘结层，接着喷涂过渡层，最后喷涂工作层。
实施例：
喷涂设备采用美国METCO公司9M系统高能等离子喷涂机。等离子喷枪选9MB双功能喷枪，送粉选用4MP双斗自动送粉器，喷涂工艺参数如下(等离子气体是Ar-H2)；
  涂  层   电流(A)    电压(V)
  粘结层   480～490     65～68
  过渡层   495～505     68～72
  表面工作层   510～530     73～75
本发明制备的金属陶瓷涂层在实验室进行模拟对比试验，其抗析铁熔蚀性能优于20G锅炉钢管20倍以上。涂层经800℃加热后淬入20℃的水中进行热冲击试验，30次未出现开裂和剥落。
采用该涂层配方和工艺，为电厂制备的涂层渣口管，安装于液态排渣炉经两年运行，在大量析铁外溢的情况下，无一发生析铁熔蚀、破裂(据电厂92年度统计，原不带涂层渣口管每年因析铁熔蚀爆管平均达6次以上)，现场考核结果良好。
该涂层系统还适用于钢铁、石油化工等大型企业同类工况下设备零部件的抗高温腐蚀和磨损。

Claims (6)

1.防御液态排渣炉析铁熔蚀的金属陶瓷涂层，包括和金属基体相粘结的底层，底层上配置有过渡层，过渡层上配置有表面工作层。本发明的特征是，所说的底层由NiCrAlY合金组成，所说的过渡层由两层组成，靠近底层的一层含60％的NiCrAlY合金和40％的ZrO2陶瓷，靠近表面工作层的一层含20％的NiCrAlY和80％的ZrO2陶瓷，所说的表面工作层全部为ZrO2陶瓷涂层。
2.根据权利要求所述的金属陶瓷涂层，其特征在于，所说的底层厚度为0.09～0.12mm。
3.根据权利要求所述的金属陶瓷涂层，其特征在于，所说的两层过渡层的厚度均为0.20～0.25mm。
4.根据权利要求1所述的金属陶瓷涂层，其特征在于，所说的表面工作层的厚度为0.25～0.30mm。
5.根据权利要求1所述的金属陶瓷涂层，其特征在于，所说的NiCrAlY合金中，Cr含量为18～20％、铝含量为5～6％、Y2O3含量为2％，其余为Ni。
6.根据权利要求1所述的金属陶瓷涂层，其特征在于，所说的ZrO2陶瓷涂层含有8～12％的Y2O3。
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