CN116411238A - 一种高平整度渗铝涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高平整度渗铝涂层，其原料包括：10～15wt％的无机纤维素，1～3wt％的有机联结剂，15～25wt％的分散剂，17～25wt％的铝粉，0.5～0.8wt％的氯化铵，0.2～0.4wt％的氟化钠，25～44wt％的氧化铝粉。本发明还涉及一种高平整度渗铝涂层的制备方法。本发明提供的高平整度渗铝涂层，能够解决现有的渗铝技术却普遍存在着在渗铝过程中由于熔融铝原子之间的团聚作用依然不受控制，进而导致在渗铝过程中，铝原子因高温热扩散发生相互团聚致使所制备出的渗铝层平整度不高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及渗铝涂层领域，尤其涉及一种高平整度渗铝涂层及其制备方法。
背景技术
传统的蒸汽裂解炉管为满足高温条件，其材质往往选用耐高温的铬镍合金钢，但该合金中的镍元素以及铁元素会在高温作用下发生元素迁移，在蒸汽裂解炉管内表面富集并作为催化活性中心加速焦炭的形成，这大大限制了蒸汽裂解炉运行效率。为应对这一问题，一般采取的手段是基于固体粉末包埋共渗技术，通过在合金基材表面制备出单层或多层涂层，这些涂层在提高合金材质的抗氧化及抗热腐蚀性能的同时，可以发挥阻隔作用屏蔽基材中的铁元素和镍元素，进而抑制反应过程中焦炭的生成。目前，通过固体粉末包埋共渗技术向合金基材中渗入铝元素在基材表面制备出渗铝层被认为是提高合金抗氧化性能和力学性能，抑制结焦最为有效的手段之一，渗铝技术已在化工产业上得到广泛的应用。
CN109055890A公开了一种在超高强度钢热制备防护复合涂层的方法，该方法制备方法采用共渗技术，所制备出的防护复合涂层为四层组织结构的防护涂层，从内到外依次为Fe-Zn和Fe-Al金属间化合物扩散层、富Zn层、铝硅合金层、微纳米氧化物层，该复合涂层虽然具备高抗氧化和抗切口腐蚀性能，但也存在着所用原料组分较为复杂，涂层制备过程中各原料组分热扩散作用不同，导致在共渗过程中各原料组分的团聚作用不可控，所制备出的涂层平整度不高，且涂层耐磨损性能较低，涂层的使用寿命不高。
CN105695930A公开了一种大长径比锅炉管表面渗铝硅涂层的方法，该方法通过在基材上喷涂预先配制好的铝硅料浆，再依次经烘干、烧结及喷砂清理，制备出渗铝硅涂层。该渗铝硅涂层可应用于烃类高温裂解炉管，具备高抗氧化性能和优异的抑制结焦性能，但在烧结过程中铝元素之间的团聚现象较为明显，且涂层还需经过喷砂打磨处理，涂层制备工序较为复杂，且所制备出的复合涂层平整度较低。
CN109868447A公开了一种降低渗铝层表面粗糙度的方法，该方法通过预先在基材表面制备出第一渗铝层，在对第一渗铝层进行打磨处理后采用较低的共渗温度制备出第二渗铝层，最终所得到的双层渗铝层的表面粗糙度小于现有渗铝技术制备出的渗铝层表面粗糙度，该方法虽然可以有效降低渗铝涂层的表面粗糙度，但工艺较为复杂，且在共渗过程依然无法控制铝原子的团聚作用。
CN104805399A公开了一种彩色料浆渗铝工艺，料浆的制备所使用到的原料包括聚乙烯醇、羟甲基纤维素钠、增稠剂、供铝剂和水，其中聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠或羧甲基纤维素钾、增稠剂、水共同构成粘结剂，该粘结剂的作用在于将供铝剂黏附在基材表面上，进而使铝原子更容易进入基材内部。
基于固体粉末包埋共渗技术，向合金基材中渗入铝元素制备渗铝涂层被认为是提高合金抗氧化性能和力学性能，抑制结焦最为有效的手段之一，渗铝技术已在化工产业上得到广泛的应用，然而现有的渗铝技术却普遍存在着在渗铝过程中由于熔融铝原子之间的团聚作用依然不受控制，导致在渗铝过程中，铝原子因高温热扩散发生相互团聚致使所制备出的渗铝层平整度不高，低平整度的渗铝层在使用过程中更易附着污物，这很大程度上降低渗铝层性质及增益效果。
发明内容
基于以上所述，本发明的目的在于提供一种高平整度渗铝涂层，该渗铝涂层可作为防护涂层应用于蒸汽裂解炉管及高温锅炉领域。本发明的另一目的在于提供一种高平整度渗铝涂层的快速制备方法。
为此，本发明提供一种高平整度渗铝涂层，包括：10～15wt％的无机纤维，1～3wt％的有机联结剂，15～25wt％的分散剂，17～25wt％的铝粉，0.5～0.8wt％的氯化铵，0.2～0.4wt％的氟化钠，25～44wt％的氧化铝粉。
本发明所述的高平整度渗铝涂层，其中优选的是，所述无机纤维包括硅酸铝纤维、石棉纤维、石英纤维、莫来石纤维中的一种或几种，所述无机纤维的长度为10～40μm。
本发明所述的高平整度渗铝涂层，其中优选的是，所述有机联结剂为有机纤维素，所述有机纤维素包括羧甲基纤维素、乙基纤维素、聚乙烯醇类中的一种或几种。
本发明所述的高平整度渗铝涂层，其中优选的是，所述分散剂为丙酮、乙醇、四氢呋喃、甲苯中的至少一种。
本发明所述的高平整度渗铝涂层，其中优选的是，包括：10～15wt％的无机纤维，1～2.5wt％的有机联结剂，20～25wt％的分散剂，21～25wt％的铝粉，0.5～0.8wt％的氯化铵，0.2～0.4wt％的氟化钠，35～44wt％的氧化铝粉。
本发明所述的高平整度渗铝涂层，其中优选的是，所述铝粉为纳米级，所述铝粉的粒度D90为50～100nm。
本发明所述的高平整度渗铝涂层，其中优选的是，所述氧化铝粉为微米级，所述氧化铝粉的粒度D90为2～10μm。
为此，本发明还提供一种高平整度渗铝涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)基材表面进行净化处理；
(2)按照上述的渗铝涂层的组成配比配制涂料；
(3)将步骤(2)配制好的涂料喷涂至基材表面，经烘干后在基材表面形成涂层；优选的，所述喷涂采用气相喷涂法；
(4)将步骤(3)得到的涂敷有涂层的基材置于渗箱中进行高温固相渗铝，得到高平整度渗铝涂层。
本发明所述的高平整度渗铝涂层的制备方法，其中优选的是，所述涂层的厚度为10-100μm，进一步优选30-90μm。
本发明所述的高平整度渗铝涂层的制备方法，其中优选的是，所述高温固相渗铝的条件为：温度900～1100℃，时间8-12h；进一步优选的，温度1000～1050℃，时间8～10h。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的高平整度渗铝涂层，能够解决现有的渗铝技术却普遍存在着在渗铝过程中由于熔融铝原子之间的团聚作用依然不受控制，进而导致在渗铝过程中，铝原子因高温热扩散发生相互团聚致使所制备出的渗铝层平整度不高的问题。
说明书附图
图1为本发明实施例1制得的高平整度渗铝涂层的表面形貌；
图2为本发明实施例1制得的高平整度渗铝涂层的截面形貌；
图3为本发明对比例1制得的渗铝涂层的表面形貌；
图4为本发明对比例1制得的渗铝涂层的截面形貌。
具体实施方式
以下对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件。下面通过具体实施例对本发明技术方案进行详细描述。以下实施例和对比例中％为重量％。
本发明提供的高平整度渗铝涂层，包括：10～15wt％的无机纤维，1～3wt％的有机联结剂，15～25wt％的分散剂，17～25wt％的铝粉，0.5～0.8wt％的氯化铵，0.2～0.4wt％的氟化钠，25～44wt％的氧化铝粉。
在一些实施例中，优选的是，所述无机纤维包括硅酸铝纤维、石棉纤维、石英纤维、莫来石纤维中的一种或几种，所述无机纤维的长度为10～40μm。
在一些实施例中，优选的是，所述有机联结剂为有机纤维素，所述有机纤维素包括羧甲基纤维素、乙基纤维素、聚乙烯醇类中的一种或几种。
在一些实施例中，优选的是，所述分散剂为丙酮、乙醇、四氢呋喃、甲苯中的至少一种。
在一些实施例中，优选的是，所述高平整度渗铝涂层包括：10～15wt％的无机纤维，1～2.5wt％的有机联结剂，20～25wt％的分散剂，21～25wt％的铝粉，0.5～0.8wt％的氯化铵，0.2～0.4wt％的氟化钠，35～44wt％的氧化铝粉。
在一些实施例中，优选的是，所述铝粉为纳米级，所述铝粉的粒度D90为50～100nm。
在一些实施例中，优选的是，所述氧化铝粉为微米级，所述氧化铝粉的粒度D90为2～10μm。
本发明还提供的高平整度渗铝涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)基材表面进行净化处理；
(2)按照上述的渗铝涂层的组成配比配制涂料；
(3)将步骤(2)配制好的涂料喷涂至基材表面，经烘干后在基材表面形成涂层；优选的，所述喷涂采用气相喷涂法；
(4)将步骤(3)得到的涂敷有涂层的基材置于渗箱中进行高温固相渗铝，得到高平整度渗铝涂层。
在一些实施例中，优选的是，所述涂层的厚度为10-100μm，进一步优选30-90μm。
在一些实施例中，优选的是，所述高温固相渗铝的条件为：温度900～1100℃，时间8-12h；进一步优选的，温度1000～1050℃，时间8～10h。
实施例1
该实施例提供的高平整度渗铝涂层，原料包括石棉纤维15％、有机联结剂乙基纤维素1.5％、丙酮23％、铝粉21％、氯化铵0.6％、氟化钠0.4％，氧化铝粉42.5％。
高平整度渗铝涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)首先对Cr35Ni45合金基材表面净化处理，去除基材表面油污；
(2)按原料的组成配制涂料；
(3)采用气相喷涂法将配制好的涂料喷涂在基材表面上，经烘干后涂层厚度为60μm；
(4)将涂敷有涂层的基材置于渗箱中，于1040℃下保温9h进行高温固相渗铝，最终得到高平整度防护渗铝涂层，该涂层的表面形貌和截面形貌参见图1和图2所示。
实施例2
该实施例提供的高平整度渗铝涂层，原料包括硅酸铝纤维15％、有机联结剂羧甲基纤维素2％、丙酮25％、铝粉22％、氯化铵0.6％、氟化钠0.4％，氧化铝粉35％。
高平整度渗铝涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)首先对Cr35Ni45合金基材表面净化处理，去除基材表面油污；
(2)按原料的组成配制涂料；
(3)采用气相喷涂法将配制好的涂料喷涂在基材表面上，经烘干后涂层厚度为80μm；
(4)将涂敷有涂层的基材置于渗箱中，于1040℃下保温9h进行高温固相渗铝，最终得到高平整度防护渗铝涂层。
实施例3
该实施例提供的高平整度渗铝涂层，原料包括：莫来石纤维15％、有机联结剂聚乙烯醇2.5％、丙酮23％、铝粉21％、氯化铵0.6％、氟化钠0.4％，氧化铝粉37.5％。
高平整度渗铝涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)首先对Cr35Ni45合金基材表面净化处理，去除基材表面油污；
(2)按原料的组成配制涂料；
(3)采用气相喷涂法将配制好的涂料喷涂在基材表面上，经烘干后涂层厚度为80μm；
(4)将涂敷有涂层的基材置于渗箱中，于1040℃下保温9h进行高温固相渗铝，最终得到高平整度防护渗铝涂层。
实施例4
该实施例提供的高平整度渗铝涂层，原料包括：硅酸铝纤维15％、有机联结剂羧甲基纤维素2％、丙酮25％、铝粉22％、氯化铵0.6％、氟化钠0.4％，氧化铝粉35％。
高平整度渗铝涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)首先对Cr35Ni45合金基材表面净化处理，去除基材表面油污；
(2)按原料的组成配制涂料；
(3)采用气相喷涂法将配制好的涂料喷涂在基材表面上，经烘干后涂层厚度为60μm；
(4)将涂敷有涂层的基材置于渗箱中，于1050℃下保温10h进行高温固相渗铝，最终得到高平整度防护渗铝涂层。
实施例5
该实施例提供的高平整度渗铝涂层，原料包括：硅酸铝纤维15％、有机联结剂羧甲基纤维素2％、丙酮25％、铝粉22％、氯化铵0.6％、氟化钠0.4％，氧化铝粉35％。
高平整度渗铝涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)首先对Cr35Ni45合金基材表面净化处理，去除基材表面油污；
(2)按原料的组成配制涂料；
(3)采用气相喷涂法将配制好的涂料喷涂在基材表面上，经烘干后涂层厚度为80μm；
(4)将涂敷有涂层的基材置于渗箱中，于1000℃下保温8h进行高温固相渗铝，最终得到高平整度防护渗铝涂层。
对比例1
该对比例提供的高平整度渗铝涂层，原料包括：铝粉25.2％、氯化铵0.7％、氟化钠0.5％，氧化铝粉51％，丙酮27.6％。
高平整度渗铝涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)首先对Cr35Ni45合金基材表面净化处理，去除基材表面油污；
(2)按原料的组成配制涂料；
(3)采用气相喷涂法将配制好的涂料喷涂在基材表面上，经烘干后涂层厚度为80μm；
(4)将涂敷有涂层的基材置于渗箱中，于1040℃下保温9h进行高温固相渗铝，最终得到高平整度防护渗铝涂层。所得渗铝涂层的表面形貌以及截面形貌参见图3和图4所示。
上述具体实施例所得到的高平整度防护渗铝涂层以及对比例1的渗铝涂层表面粗糙度数据结果可见表1。
表1
| 样品名称 | 表面粗糙度Ra(μm) |
| 对比例1 | 3.5 |
| 实施例1 | 0.9 |
| 实施例2 | 1.3 |
| 实施例3 | 1.6 |
| 实施例4 | 1.8 |
| 实施例5 | 1.3 |
由表1可知，实施例相较于对比例，所得的渗铝涂层平整度大大提高。由图1和图2与图3和图4的对比可知，本发明实施例1所得的渗铝涂层平整度明显高于对比例1所得的渗铝涂层。
综上所述，本发明提供的高平整度渗铝涂层，能够解决现有的渗铝技术却普遍存在着在渗铝过程中由于熔融铝原子之间的团聚作用依然不受控制，进而导致在渗铝过程中，铝原子因高温热扩散发生相互团聚致使所制备出的渗铝层平整度不高的问题。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高平整度渗铝涂层，其特征在于，其原料包括：10～15wt％的无机纤维，1～3wt％的有机联结剂，15～25wt％的分散剂，17～25wt％的铝粉，0.5～0.8wt％的氯化铵，0.2～0.4wt％的氟化钠，25～44wt％的氧化铝粉。
2.根据权利要求1所述的渗铝涂层，其特征在于，所述无机纤维包括硅酸铝纤维、石棉纤维、石英纤维、莫来石纤维中的一种或几种，所述无机纤维的长度为10～40μm。
3.根据权利要求1所述的渗铝涂层，其特征在于，所述有机联结剂为有机纤维素，所述有机纤维素包括羧甲基纤维素、乙基纤维素、聚乙烯醇类中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的渗铝涂层，其特征在于，所述分散剂为丙酮、乙醇、四氢呋喃、甲苯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的渗铝涂层，其特征在于，包括：10～15wt％的无机纤维，1～2.5wt％的有机联结剂，20～25wt％的分散剂，21～25wt％的铝粉，0.5～0.8wt％的氯化铵，0.2～0.4wt％的氟化钠，35～44wt％的氧化铝粉。
6.根据权利要求1所述的渗铝涂层，其特征在于，所述铝粉为纳米级，所述铝粉的粒度D90为50～100nm。
7.根据权利要求1所述的渗铝涂层，其特征在于，所述氧化铝粉为微米级，所述氧化铝粉的粒度D90为2～10μm。
8.一种高平整度渗铝涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)基材表面进行净化处理；
(2)按照权利要求1～8任一项所述的渗铝涂层的组成配比配制涂料；
(3)将步骤(2)配制好的涂料喷涂至基材表面，经烘干后在基材表面形成涂层；优选的，所述喷涂采用气相喷涂法；
(4)将步骤(3)得到的涂敷有涂层的基材置于渗箱中进行高温固相渗铝，得到高平整度渗铝涂层。
9.根据权利要求8所述的高平整度渗铝涂层的制备方法，其特征在于，所述涂层的厚度为10-100μm，优选30-90μm。
10.根据权利要求8所述的高平整度渗铝涂层的制备方法，其特征在于，所述高温固相渗铝的条件为：温度900～1100℃，时间8-12h；优选的，温度1000～1050℃，时间8～10h。
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