一種鎳基粉芯絲材、涂層的制備與應(yīng)用的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種鎳基粉芯絲材、涂層的制備與應(yīng)用，屬于材料加工工程中的熱噴涂領(lǐng)域。藥芯成分質(zhì)量百分比為：純金屬鉻粉20-35%，純金屬鎢1-4%，鎳硼粉11-30%，鎳為余量；粉芯絲材外皮所用帶材為80Ni-20Cr帶；粉芯絲材填充率32％。用電弧噴涂制備含鎢鎳基涂層時(shí)，需先對(duì)基體進(jìn)行預(yù)處理，噴涂工藝：電壓28-34V；電流160-220A；噴涂距離190-210mm；壓縮空氣壓力0.5-0.6MPa。本發(fā)明可獲得含鎢耐腐蝕的涂層，增加涂層的抗高溫腐蝕性能，提高廢棄物資源化WTE垃圾焚燒爐中水冷壁管和過(guò)熱器管服役穩(wěn)定性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種鎳基粉芯絲材、涂層的制備與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料加工工程中的熱噴涂領(lǐng)域，涉及一種粉芯絲材、涂層的制備方法及應(yīng)用，該發(fā)明主要應(yīng)用耐熱腐蝕等工業(yè)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著垃圾的大量產(chǎn)生、環(huán)保要求越來(lái)越高,廢棄物資源化(Waste-to_Energy,WTE)垃圾焚燒技術(shù)已成為現(xiàn)今處理固體廢棄垃圾的主要發(fā)展趨勢(shì)。
[0003]廢棄物資源化WTE垃圾焚燒爐內(nèi)過(guò)熱器及水冷壁等易腐蝕部件的腐蝕形式主要是:熔鹽腐蝕和活性氧化。在溫度達(dá)到450°C以上時(shí)，金屬氯化物和HCl的氧化會(huì)產(chǎn)生高活性的Cl2,極易擴(kuò)散滲入表 層的氧化膜，并與氧化膜/金屬基體界面處的Fe或者其它金屬元素反應(yīng)生成金屬氯化物，在高溫作用下?lián)]發(fā)擴(kuò)散至管壁表面，再次氧化將Cl2釋放出來(lái)從而構(gòu)成循環(huán)腐蝕、減薄過(guò)程。同時(shí)，部分沉積的金屬氯化物與燃燒氣氛中的SO2或SO3等反應(yīng)，易形成低熔點(diǎn)共晶鹽，在高溫下會(huì)熔化分解具有保護(hù)性的氧化膜，造成熔鹽腐蝕，造成管壁減薄，承壓能力嚴(yán)重下降?；钚匝趸饕怯捎陲w灰顆粒中的金屬氯化物在管壁上沉積、以及焚燒過(guò)程所產(chǎn)生的高濃度HCl所導(dǎo)致，而燃燒氣氛中的氯則來(lái)源于城市垃圾中富含的有機(jī)物質(zhì)和PVC材料。而近年來(lái)逐步提高的燃燒溫度、以及氣體與金屬基材之間存在的溫度梯度、由于城市垃圾物理化學(xué)性質(zhì)不均所導(dǎo)致的溫度波動(dòng)、堿金屬和重金屬組份在沉積物中的出現(xiàn)等因素，都使得水冷壁管和過(guò)熱器管等構(gòu)件的腐蝕速率顯著增加，這些因素影響WTE垃圾焚燒爐熱能利用率及其運(yùn)轉(zhuǎn)效率。其解決方法通常為以高溫合金作為服役材料或在傳統(tǒng)材料表面制備具有耐熱腐蝕性涂層或制備耐蝕性熔敷金屬的方法，以提高其服役可靠性。
[0004]等離子噴涂、超音速火焰噴涂等噴涂工藝設(shè)備復(fù)雜，成本高，不適宜原位大面積現(xiàn)場(chǎng)施工，且噴涂原材料粉體制備復(fù)雜。采用堆焊方法在過(guò)熱器及水冷壁表面堆焊Inconel625合金的放在在實(shí)際工作溫度達(dá)到400-420°C時(shí)已不能對(duì)基體起到有效防護(hù)。而電弧噴涂因具有設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，噴涂材料制備方便、經(jīng)濟(jì)，可以實(shí)現(xiàn)原位大面積噴涂等優(yōu)點(diǎn)，已成為在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域制備耐熱腐蝕涂層的主要制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在獲得一種用電弧噴涂制備含鎢鎳基涂層的粉芯絲材、涂層制備方法及應(yīng)用。滿(mǎn)足耐熱腐蝕性能。提高WTE垃圾焚燒爐內(nèi)易腐蝕部件服役穩(wěn)定性，為獲得更高熱能利用率創(chuàng)造可能。
[0006]一種鎳基粉芯絲材，其特征在于，所述絲材的成分質(zhì)量百分含量范圍如下:純金屬鉻粉20-35%，純金屬鎢1-4%，鎳硼粉11-30%，鎳為余量；絲材外皮所用帶材為N1-Cr帶，粉芯絲材填充率32%，絲材最終使用態(tài)絲徑為2.0mm。
[0007]進(jìn)一步,所述粉芯絲材外皮所用帶材為80Ni_20Cr帶。
[0008]進(jìn)一步，金屬鎳、金屬鉻、金屬鎢為純金屬粉末加入粉芯，硼以鎳硼合金粉末加入粉芯中。
[0009]進(jìn)一步，鎳硼合金中含硼量為18-19%。
[0010]進(jìn)一步，金屬鎳為粉末，尺寸在120-100目；金屬鉻、金屬鎢、鎳硼合金為粉末，尺寸為100-80目。
[0011]采用本發(fā)明上述粉芯絲材制備一種含鎢鎳基涂層的方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0012]步驟1，對(duì)基體表面進(jìn)行預(yù)處理:基體表面進(jìn)行噴砂處理，利用粒度為60目棕剛玉，氣壓0.4-0.6MPa，進(jìn)行基體表面噴砂粗化；
[0013]步驟2，選取適當(dāng)?shù)某煞直戎嘏渲梅坌荆瑢⒎坌窘z材軋制、減徑，最終獲得直徑為2.0mm的粉芯絲材；
[0014]步驟3，采用電弧噴涂工藝制備涂層，噴涂工藝參數(shù)為:電壓28-34V ；電流160-220A ;噴涂距離190-210mm ;壓縮空氣壓力0.5-0.6MPa。
[0015]步驟3所述噴涂工藝進(jìn)行優(yōu)化，將噴涂工藝參數(shù)設(shè)定為:電壓30-32V ；電流180-200A ;噴涂距離200mm ;壓縮空氣壓力0.5-0.6MPa，制備涂層。
[0016]采用上述方法制備的一種含鎢鎳基涂層；將此涂層應(yīng)用于廢棄物資源化WTE垃圾焚燒爐中水冷壁管和過(guò)熱器管上。
[0017]本發(fā)明所述方法制備的一種含鎢鎳基涂層在高溫環(huán)境下在Na2S04/NaCl腐蝕介質(zhì)中具有一定的耐蝕性，該介質(zhì)可較好模擬廢棄物資源化WTE垃圾焚燒爐中易腐蝕部件的工作環(huán)境。同時(shí)該涂層具有硬度高、耐磨性好的特點(diǎn)。因此通過(guò)在廢棄物資源化WTE垃圾焚燒爐中水冷壁管和過(guò)熱器管制備本發(fā)明所述涂層，可改善上述部件高溫腐蝕及磨損工況下的服役穩(wěn)定性，延長(zhǎng)其使用壽命。
[0018]本發(fā)明所述方法制備的一種含鎢鎳基涂層所具有的耐熱腐蝕性是其自身組分所決定的。其作用為:N1、Cr元素，Ni元素的氧化物生成速度比Cr元素快，因此在形成Cr2O3氧化膜前，可生成大量的NiO和NiCr2O4,降低了氧化膜與合金界面的氧分壓，促進(jìn)涂層中的Cr形成具有良好耐蝕性的連續(xù)致密的Cr2O3氧化膜，伴隨Ni元素所形成的NiO及尖晶石型化合物NiCr2O4,對(duì)涂層起到保護(hù)作用。
[0019]雖然涂層中的各個(gè)元素都是常規(guī)的元素，但是涂層的耐蝕性是通過(guò)各個(gè)元素的協(xié)同作用決定的，并不是單一元素決定的。
[0020]本發(fā)明是提供一種電弧噴涂制備含鎢鎳基涂層用的粉芯絲材及涂層制備方法。該粉芯絲材經(jīng)電弧噴涂在材料表面制備涂層后，提高WTE垃圾焚燒爐中易腐蝕部件的服役穩(wěn)定性。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1實(shí)施例2的噴涂試樣表面
[0022]圖2實(shí)施例2、4、5、6高溫耐腐蝕性
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例中粉芯絲材外皮選用規(guī)格為12X0.3mm(寬度為12mm，厚度為0.3mm)的80N1-20Cr帶，粉芯絲材藥芯成分在實(shí)施例中具體說(shuō)明，通過(guò)已有粉芯絲材軋制技術(shù)，將粉芯絲材經(jīng)逐道拉拔減徑至2.0mm ；
[0024]基體選用Q235 (57 X 25 X 5mm)，對(duì)基體進(jìn)行噴砂處理，砂子粒度為40-60目棕剛玉，氣體壓力0.4-0.6MPa，對(duì)試件進(jìn)行噴砂粗化處理；
[0025]實(shí)施例1
[0026]按照粉芯絲材成分質(zhì)量百分比為:純金屬鉻粉25%，純金屬鎢2%，鎳硼粉27%，鎳為余量。填充率32%，軋制粉芯絲材。制備涂層所用噴涂參數(shù):電壓28-30V，電流160-180A，噴涂距離190mm，壓縮空氣壓力0.5-0.6MPa。
[0027]實(shí)施例2
[0028]按照粉芯絲材成分質(zhì)量百分比為:純金屬鉻粉25%，純金屬鎢2%，鎳硼粉27%，鎳為余量。填充率32%，軋制粉芯絲材。制備涂層所用噴涂參數(shù):電壓28-30V，電流160-180A，噴涂距離200mm，壓縮空氣壓力0.5-0.6MPa。
[0029]實(shí)施例3
[0030]按照粉芯絲材成分質(zhì)量百分比為:純金屬鉻粉25%，純金屬鎢2%，鎳硼粉27%，鎳為余量。填充率32%，軋制粉芯絲材。制備涂層所用噴涂參數(shù):電壓28-30V，電流160-180A，噴涂距離210mm，壓縮空氣壓力0.5-0.6MPa。
[0031]實(shí)施例4
[0032]按照粉芯絲材成分質(zhì)量百分比為:純金屬鉻粉25%，純金屬鎢1%，鎳硼粉27%，鎳為余量。填充率32%，軋制粉芯絲材。制備涂層所用噴涂參數(shù):電壓28-30V，電流160-180A，噴涂距離200mm，壓縮空氣壓力0.5-0.6MPa。
[0033]實(shí)施例5
[0034]按照粉芯絲材成分質(zhì)量百分比為:純金屬鉻粉25%，純金屬鎢3%，鎳硼粉27%，鎳為余量。填充率32%，軋制粉芯絲材。制備涂層所用噴涂參數(shù):電壓28-30V，電流160-180A，噴涂距離200mm，壓縮空氣壓力0.5-0.6MPa。
[0035]實(shí)施例6
[0036]按照粉芯絲材成分質(zhì)量百分比為:純金屬鉻粉25%，純金屬鎢4%，鎳硼粉27%，鎳為余量。填充率32%，軋制粉芯絲材。制備涂層所用噴涂參數(shù):電壓28-30V，電流160-180A，噴涂距離200mm，壓縮空氣壓力0.5-0.6MPa。
[0037]對(duì)實(shí)施例1-6所制備涂層進(jìn)行孔隙率分析,采用Image Pro Plus6.0圖像分析軟件，利用圖像法分析涂層孔隙率，以評(píng)價(jià)涂層致密度，孔隙率越小，致密度越高。
[0038]實(shí)施例所制備涂層進(jìn)行顯微硬度測(cè)試試驗(yàn)中，采用HXD-1000數(shù)字式顯微硬度計(jì)，載荷100g，持續(xù)時(shí)間15s，取10點(diǎn)顯微硬度平均值；對(duì)2、4、5、6實(shí)施例所制備涂層進(jìn)行耐熱腐蝕實(shí)驗(yàn)，僅選取涂層作為試樣，對(duì)比試樣選用SA213-T2型鋼材，規(guī)格:20X 15X5mm，將所有試樣進(jìn)行250°C /20min預(yù)熱后，利用Na2S04+10wt.%NaCl混合鹽所配置的濃度為16wt.%的溶液進(jìn)行浸泡，取出后經(jīng)120°C /2h用于烘干剩余水分，涂鹽量:3-5mg/cm2，在800°C空氣爐中進(jìn)行涂鹽腐蝕實(shí)驗(yàn)，每IOh后取出，置于空氣中冷卻后稱(chēng)重，經(jīng)210h循環(huán)試驗(yàn)后，獲得其單位面積增重曲線(xiàn)及最終單位面積增重量
[0039]表1實(shí)施例1-6的孔隙率及顯微硬度 [0040]表1實(shí)施例1-7的孔隙率及顯微硬度
[0041]
【權(quán)利要求】
1.一種鎳基粉芯絲材，其特征在于，所述絲材的成分質(zhì)量百分含量范圍如下:純金屬鉻粉20-35%，純金屬鎢1-4%，鎳硼粉11-30%，鎳為余量；絲材外皮所用帶材為N1-Cr帶，粉芯絲材填充率32%，絲材最終使用態(tài)絲徑為2.0mm。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種鎳基粉芯絲材，其特征在于:所述粉芯絲材外皮所用帶材為 80N1-20Cr 帶。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種鎳基粉芯絲材，其特征在于:金屬鎳、金屬鉻、金屬鎢為純金屬粉末加入粉芯，硼以鎳硼合金粉末加入粉芯中。
4.按照權(quán)利要求3所述的一種鎳基粉芯絲材，其特征在于:鎳硼合金中含硼量為18-19%。
5.按照權(quán)利要求3所述的一種鎳基粉芯絲材，其特征在于:金屬鎳為粉末，尺寸在120-100目；金屬鉻、金屬鎢、鎳硼合金為粉末，尺寸為100-80目。
6.一種采用權(quán)利要求1所述的一種鎳基粉芯絲材制備鎳基涂層的方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟I，對(duì)基體表面進(jìn)行噴砂預(yù)處理，使基體表面粗化； 步驟2，配置粉芯，將粉芯絲材軋制、減徑，最終獲得直徑為2.0mm的粉芯絲材； 步驟3，采用電弧噴涂工藝制備涂層，噴涂工藝參數(shù)為:電壓28-34V ；電流160-220A ；噴涂距離190-210mm ;壓縮空氣壓力0.5-0.6MPa。
7.按照權(quán)利要求6的方法，其特征在于，步驟3所述的噴涂工藝參數(shù)設(shè)定為:電壓30-32V ;電流180-200A ;噴涂距離200_ ;壓縮空氣壓力0.5-0.6MPa。
8.采用權(quán)利要求6的方法所制備的一種含鎢耐高溫腐蝕涂層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的一種涂層應(yīng)用于廢棄物資源化WTE垃圾焚燒爐中水冷壁管和過(guò)熱器管上。
【文檔編號(hào)】C23C4/12GK103924183SQ201410143928
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】周正, 賀定勇, 王旭, 王曾潔, 蔣建敏, 王智慧, 王國(guó)紅, 趙秋穎 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)