JP3150697B2 - 熱ガスにさらされる金属壁上に保護層を製造する方法 - Google Patents
熱ガスにさらされる金属壁上に保護層を製造する方法Info
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Description
熱ガス、特に煙道ガスにさらされる、所定の温度範囲内
にある金属および所定の基材からなる壁上に保護層を製
造する方法に関し、この方法はプラズマ溶射技術を用い
て予め浄化された金属の壁上に保護層を形成するために
金属、炭化物、酸化物セラミックまたは珪化物の材料ま
たはこれらの材料の混合物からなる粉末を被覆する。
の冷却壁上に被覆すべきである。これらの冷却壁はきわ
めて高い圧力にさらされる、それというのも壁の一方の
面に沿って流動する煙道ガスがほぼ1400〜1800℃の温度
を有し、灰およびスラグ粒子を負荷しており、これに対
して他方の面を支配する飽和蒸気圧はほぼ20〜80バール
であり、これにより飽和蒸気で冷却した管の壁は2バー
ル/分までの内部圧勾配を有する。
ドブラストし、かつ予熱した金属表面上に金属および合
金粉末を溶射する方法が公知であり、この方法において
は前記の金属表面は最低100℃〜約650℃の温度に予め加
熱されている。棒状電極を用いて溶射する場合も粉末溶
射またはフレーム溶射して引き続き溶融する場合も、基
材に保護層を被覆する際に基材がきわめて高い温度に加
熱され、好ましくない構造変化を生じる。特にフレーム
溶射の場合は溶融温度が使用される溶射粉末に依存して
980℃〜1060℃である。更に高い熱の導入により被覆す
べき壁のひずみを生じる。この場合にこれらの壁の構造
に問題を生じ、寸法の不正確さのために付加的な費用を
生じる。この公知の方法で後から保護層を被覆する場合
は、高い温度に起因した応力はひずみの形で反応せず
に、組み込まれた壁の表面に、特に溶接領域に亀裂を生
じる。溶射の場合は保護層は約8〜10mmおよびフレーム
溶射の場合は1〜2mmの厚さを有する。
書から、材料上に熱ガス腐食および/または機械的摩滅
に対する保護層を製造する方法が公知であり、この方法
においては真空中でプラズマ溶射により種々の合金から
なる被覆粉末を材料上に被覆する。被覆を実施するため
に、この真空溶射法は外部から到達できない処理空間を
必要とし、真空をかなりの経費をかけて製造しなければ
ならない。従ってこの方法はたとえば復熱装置に設置さ
れるような大きな壁に適用できない。
に材料のひずみおよび基材の応力亀裂を回避する方法を
提供することであった。
により解決され、請求の範囲2以下には有利な補足的な
製造工程が記載されている。
粉末を被覆する前に壁の表面が粗面化されるだけでな
く、金属格子内の撹乱を生じ、これにより付着力が高ま
るような方法で壁の基材が活性化される。そのような活
性化の直後に、すなわち金属格子内のこの撹乱が再び消
失する前に、雰囲気条件下でプラズマ溶射技術により粉
末を壁に被覆し、その間壁の表面をほぼ室温に保つ。
特に所定の温度範囲により選択する。本発明により、基
材と被覆した保護層の間の移行領域は無負荷状態で、す
なわち室温で、50〜800N/mm2、有利には500〜800N/mm2
の引張り応力を有するべきであり、この応力は特定の温
度範囲内で実質的にゼロに低下するかまたは少ない圧縮
応力を有する。この応力の状態(図面を参照)は一方で
は基材の熱膨張率を用いて計算することにより、他方で
は粉末から製造された試験材料の熱膨張率により算定す
る。その際、この算定はDIN50121により追跡することが
できる。
熱交換器、特に鋼製の転炉の復熱装置の平面またはアー
チ形の壁上に、熱衝撃に強く、容易に修復できる、熱ガ
ス腐食および/または機械的摩滅に対する保護層を製造
することができる。
なりの摩滅を阻止するために、0.1〜0.5mm、有利には0.
15〜0.25mmの最終層厚さがすでに十分であることが判明
した。そのような保護層を被覆するために、内部粉末供
給装置を有する80KWプラズマ溶射装置が特に適している
ことが判明した。この場合に75μm未満、有利には20〜
40μmの粒度を有する粉末を使用する。特にこの粉末を
用いて、熱衝撃に強く、熱ガス腐食に対して安定の条件
を満足し、製造に起因した薄片状の層構造に起因する高
い内部応力を回避したきわめて薄い層を被覆することが
できる。全部の保護層を少なくとも2つの移行部分で製
造するのが最も有利である。
ナ、有利には高純度の白色の溶融アルミナで粗面化し、
かつ活性化することができる。
射およびこれに溶融した粉末粒子により、約40℃から最
高60℃にのみ加熱することが有利であると判明した。こ
れにより特に壁の平面のひずみを排除することができ
る。
る。
利には30分をこえないで実施すべきであることが判明し
た。
0℃、有利には600〜1000℃の範囲内であることができ
る。
らほぼ1200℃の温度範囲内の基材と保護層との移行帯域
での応力特性を示す。このグラフは2つの材料の測定し
た平均線熱膨張率にもとづく。無負荷状態では転炉復熱
装置の被覆した壁は基材と被覆材料との移行帯域で600N
/mm2より高い引張り応力を示す。
転炉から噴出する鋼溶融物およびスラグの高い温度にさ
らされる。グラフはこの経過を応力の変化にもとづいて
示す。中立領域は約700℃であり、700℃をこえると保護
層の破断または亀裂を阻止する圧縮応力が移行帯域で形
成される。一般的な水冷した復熱装置の管により、負荷
後引張り応力の状態は徐々に回復する、すなわちこのグ
ラフにおいては応力の変化を示すプロットした線が反対
方向に進行する。図は典型的な応力の変化のみを温度の
関数として示す。ほかの応力領域に関しては、いわゆる
ゼロ状態は700℃の代りに400℃または800℃で存在する
ことができる。
Claims (8)
- 【請求項1】プラズマ溶射技術を用いて保護層を形成す
るために予め浄化された金属の壁上に金属、炭化物、酸
化物セラミックまたは珪化物の材料またはこれらの材料
の混合物からなる粉末を被覆することにより、熱ガスに
さらされる、燃焼装置または熱交換器の、金属の基材か
らなる壁上に保護層を製造する方法において、 (a)前記壁の表面を高純度の溶融アルミナで粗面化
し、活性化し、かつ (b)その後直ちに室温で、雰囲気条件下でプラズマ溶
射技術により粉末を被覆し、その際 (c)基材と被覆した層の間の移行領域の応力を、基材
の熱膨張率と粉末から製造された試験材料の熱膨張率を
用いて決定し、この応力が無負荷状態で(室温で)温度
の関数として50〜800N/mm2の引張り応力を有し、かつ30
0〜1800℃の特定の負荷温度範囲で実質的に0に低下す
るかまたは低い圧縮応力を有するように粉末の組成を予
め選択することを特徴とする、熱ガスにさらされる金属
の壁上の保護層を製造する方法。 - 【請求項2】被覆される保護層が0.1〜0.5mmの最終厚さ
を有する請求の範囲1記載の方法。 - 【請求項3】保護層を内部粉末供給装置を有する80KWプ
ラズマ溶射装置を用いて被覆する請求の範囲1または2
記載の方法。 - 【請求項4】保護層を被覆するために75μm未満の粒度
を有する粉末を使用する請求の範囲1から3までのいず
れか1項記載の方法。 - 【請求項5】保護層を少なくとも2つの移行部分の形で
製造する請求の範囲1から4までのいずれか1項記載の
方法。 - 【請求項6】プラズマ溶射およびこれに溶融した粉末粒
子により壁の表面を最高60℃まで加熱する請求の範囲1
から5までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項7】ニッケル合金を含有する粉末を使用する請
求の範囲1から6までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項8】雰囲気プラズマ溶射を、壁の表面を活性化
後45分をこえないで実施する請求の範囲1項記載の方
法。
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