一種鎳基粉芯絲材、塗層的製備與應用的製作方法
2023-06-13 10:09:26
一種鎳基粉芯絲材、塗層的製備與應用的製作方法
【專利摘要】一種鎳基粉芯絲材、塗層的製備與應用，屬於材料加工工程中的熱噴塗領域。藥芯成分質量百分比為：純金屬鉻粉20-35%，純金屬鎢1-4%，鎳硼粉11-30%，鎳為餘量；粉芯絲材外皮所用帶材為80Ni-20Cr帶；粉芯絲材填充率32％。用電弧噴塗製備含鎢鎳基塗層時，需先對基體進行預處理，噴塗工藝：電壓28-34V；電流160-220A；噴塗距離190-210mm；壓縮空氣壓力0.5-0.6MPa。本發明可獲得含鎢耐腐蝕的塗層，增加塗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熱器管服役穩定性。
【專利說明】—種鎳基粉芯絲材、塗層的製備與應用
【技術領域】
[0001]本發明屬於材料加工工程中的熱噴塗領域，涉及一種粉芯絲材、塗層的製備方法及應用，該發明主要應用耐熱腐蝕等工業領域。
【背景技術】
[0002]隨著垃圾的大量產生、環保要求越來越高,廢棄物資源化(Waste-to_Energy,WTE)垃圾焚燒技術已成為現今處理固體廢棄垃圾的主要發展趨勢。
[0003]廢棄物資源化WTE垃圾焚燒爐內過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。在溫度達到450°C以上時，金屬氯化物和HCl的氧化會產生高活性的Cl2,極易擴散滲入表 層的氧化膜，並與氧化膜/金屬基體界面處的Fe或者其它金屬元素反應生成金屬氯化物，在高溫作用下揮發擴散至管壁表面，再次氧化將Cl2釋放出來從而構成循環腐蝕、減薄過程。同時，部分沉積的金屬氯化物與燃燒氣氛中的SO2或SO3等反應，易形成低熔點共晶鹽，在高溫下會熔化分解具有保護性的氧化膜，造成熔鹽腐蝕，造成管壁減薄，承壓能力嚴重下降。活性氧化主要是由於飛灰顆粒中的金屬氯化物在管壁上沉積、以及焚燒過程所產生的高濃度HCl所導致，而燃燒氣氛中的氯則來源於城市垃圾中富含的有機物質和PVC材料。而近年來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、由於城市垃圾物理化學性質不均所導致的溫度波動、鹼金屬和重金屬組份在沉積物中的出現等因素，都使得水冷壁管和過熱器管等構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轉效率。其解決方法通常為以高溫合金作為服役材料或在傳統材料表面製備具有耐熱腐蝕性塗層或製備耐蝕性熔敷金屬的方法，以提高其服役可靠性。
[0004]等離子噴塗、超音速火焰噴塗等噴塗工藝設備複雜，成本高，不適宜原位大面積現場施工，且噴塗原材料粉體製備複雜。採用堆焊方法在過熱器及水冷壁表面堆焊Inconel625合金的放在在實際工作溫度達到400-420°C時已不能對基體起到有效防護。而電弧噴塗因具有設備簡單，操作方便，噴塗材料製備方便、經濟，可以實現原位大面積噴塗等優點，已成為在實際應用領域製備耐熱腐蝕塗層的主要製備方法。
【發明內容】
[0005]本發明旨在獲得一種用電弧噴塗製備含鎢鎳基塗層的粉芯絲材、塗層製備方法及應用。滿足耐熱腐蝕性能。提高WTE垃圾焚燒爐內易腐蝕部件服役穩定性，為獲得更高熱能利用率創造可能。
[0006]一種鎳基粉芯絲材，其特徵在於，所述絲材的成分質量百分含量範圍如下:純金屬鉻粉20-35%，純金屬鎢1-4%，鎳硼粉11-30%，鎳為餘量；絲材外皮所用帶材為N1-Cr帶，粉芯絲材填充率32%，絲材最終使用態絲徑為2.0mm。
[0007]進一步,所述粉芯絲材外皮所用帶材為80Ni_20Cr帶。
[0008]進一步，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]進一步，鎳硼合金中含硼量為18-19%。
[0010]進一步，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]採用本發明上述粉芯絲材製備一種含鎢鎳基塗層的方法，其特徵在於，包括如下步驟:
[0012]步驟1，對基體表面進行預處理:基體表面進行噴砂處理，利用粒度為60目棕剛玉，氣壓0.4-0.6MPa，進行基體表面噴砂粗化；
[0013]步驟2，選取適當的成分比重配置粉芯，將粉芯絲材軋制、減徑，最終獲得直徑為2.0mm的粉芯絲材；
[0014]步驟3，採用電弧噴塗工藝製備塗層，噴塗工藝參數為:電壓28-34V ；電流160-220A ;噴塗距離190-210mm ;壓縮空氣壓力0.5-0.6MPa。
[0015]步驟3所述噴塗工藝進行優化，將噴塗工藝參數設定為:電壓30-32V ；電流180-200A ;噴塗距離200mm ;壓縮空氣壓力0.5-0.6MPa，製備塗層。
[0016]採用上述方法製備的一種含鎢鎳基塗層；將此塗層應用於廢棄物資源化WTE垃圾焚燒爐中水冷壁管和過熱器管上。
[0017]本發明所述方法製備的一種含鎢鎳基塗層在高溫環境下在Na2S04/NaCl腐蝕介質中具有一定的耐蝕性，該介質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境。同時該塗層具有硬度高、耐磨性好的特點。因此通過在廢棄物資源化WTE垃圾焚燒爐中水冷壁管和過熱器管制備本發明所述塗層，可改善上述部件高溫腐蝕及磨損工況下的服役穩定性，延長其使用壽命。
[0018]本發明所述方法製備的一種含鎢鎳基塗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，促進塗層中的Cr形成具有良好耐蝕性的連續緻密的Cr2O3氧化膜，伴隨Ni元素所形成的NiO及尖晶石型化合物NiCr2O4,對塗層起到保護作用。
[0019]雖然塗層中的各個元素都是常規的元素，但是塗層的耐蝕性是通過各個元素的協同作用決定的，並不是單一元素決定的。
[0020]本發明是提供一種電弧噴塗製備含鎢鎳基塗層用的粉芯絲材及塗層製備方法。該粉芯絲材經電弧噴塗在材料表面製備塗層後，提高WTE垃圾焚燒爐中易腐蝕部件的服役穩定性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1實施例2的噴塗試樣表面
[0022]圖2實施例2、4、5、6高溫耐腐蝕性
【具體實施方式】
[0023]實施例中粉芯絲材外皮選用規格為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施例中具體說明，通過已有粉芯絲材軋制技術，將粉芯絲材經逐道拉拔減徑至2.0mm ；
[0024]基體選用Q235 (57 X 25 X 5mm)，對基體進行噴砂處理，砂子粒度為40-60目棕剛玉，氣體壓力0.4-0.6MPa，對試件進行噴砂粗化處理；
[0025]實施例1
[0026]按照粉芯絲材成分質量百分比為:純金屬鉻粉25%，純金屬鎢2%，鎳硼粉27%，鎳為餘量。填充率32%，軋制粉芯絲材。製備塗層所用噴塗參數:電壓28-30V，電流160-180A，噴塗距離190mm，壓縮空氣壓力0.5-0.6MPa。
[0027]實施例2
[0028]按照粉芯絲材成分質量百分比為:純金屬鉻粉25%，純金屬鎢2%，鎳硼粉27%，鎳為餘量。填充率32%，軋制粉芯絲材。製備塗層所用噴塗參數:電壓28-30V，電流160-180A，噴塗距離200mm，壓縮空氣壓力0.5-0.6MPa。
[0029]實施例3
[0030]按照粉芯絲材成分質量百分比為:純金屬鉻粉25%，純金屬鎢2%，鎳硼粉27%，鎳為餘量。填充率32%，軋制粉芯絲材。製備塗層所用噴塗參數:電壓28-30V，電流160-180A，噴塗距離210mm，壓縮空氣壓力0.5-0.6MPa。
[0031]實施例4
[0032]按照粉芯絲材成分質量百分比為:純金屬鉻粉25%，純金屬鎢1%，鎳硼粉27%，鎳為餘量。填充率32%，軋制粉芯絲材。製備塗層所用噴塗參數:電壓28-30V，電流160-180A，噴塗距離200mm，壓縮空氣壓力0.5-0.6MPa。
[0033]實施例5
[0034]按照粉芯絲材成分質量百分比為:純金屬鉻粉25%，純金屬鎢3%，鎳硼粉27%，鎳為餘量。填充率32%，軋制粉芯絲材。製備塗層所用噴塗參數:電壓28-30V，電流160-180A，噴塗距離200mm，壓縮空氣壓力0.5-0.6MPa。
[0035]實施例6
[0036]按照粉芯絲材成分質量百分比為:純金屬鉻粉25%，純金屬鎢4%，鎳硼粉27%，鎳為餘量。填充率32%，軋制粉芯絲材。製備塗層所用噴塗參數:電壓28-30V，電流160-180A，噴塗距離200mm，壓縮空氣壓力0.5-0.6MPa。
[0037]對實施例1-6所製備塗層進行孔隙率分析,採用Image Pro Plus6.0圖像分析軟體，利用圖像法分析塗層孔隙率，以評價塗層緻密度，孔隙率越小，緻密度越高。
[0038]實施例所製備塗層進行顯微硬度測試試驗中，採用HXD-1000數字式顯微硬度計，載荷100g，持續時間15s，取10點顯微硬度平均值；對2、4、5、6實施例所製備塗層進行耐熱腐蝕實驗，僅選取塗層作為試樣，對比試樣選用SA213-T2型鋼材，規格:20X 15X5mm，將所有試樣進行250°C /20min預熱後，利用Na2S04+10wt.%NaCl混合鹽所配置的濃度為16wt.%的溶液進行浸泡，取出後經120°C /2h用於烘乾剩餘水分，塗鹽量:3-5mg/cm2，在800°C空氣爐中進行塗鹽腐蝕實驗，每IOh後取出，置於空氣中冷卻後稱重，經210h循環試驗後，獲得其單位面積增重曲線及最終單位面積增重量
[0039]表1實施例1-6的孔隙率及顯微硬度 [0040]表1實施例1-7的孔隙率及顯微硬度
[0041]
【權利要求】
1.一種鎳基粉芯絲材，其特徵在於，所述絲材的成分質量百分含量範圍如下:純金屬鉻粉20-35%，純金屬鎢1-4%，鎳硼粉11-30%，鎳為餘量；絲材外皮所用帶材為N1-Cr帶，粉芯絲材填充率32%，絲材最終使用態絲徑為2.0mm。
2.按照權利要求1所述的一種鎳基粉芯絲材，其特徵在於:所述粉芯絲材外皮所用帶材為 80N1-20Cr 帶。
3.按照權利要求1所述的一種鎳基粉芯絲材，其特徵在於: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.按照權利要求3所述的一種鎳基粉芯絲材，其特徵在於:鎳硼合金中含硼量為18-19%。
5.按照權利要求3所述的一種鎳基粉芯絲材，其特徵在於: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。
6.一種採用權利要求1所述的一種鎳基粉芯絲材製備鎳基塗層的方法，其特徵在於，包括如下步驟: 步驟I，對基體表面進行噴砂預處理，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，採用電弧噴塗工藝製備塗層，噴塗工藝參數為:電壓28-34V ；電流160-220A ；噴塗距離190-210mm ;壓縮空氣壓力0.5-0.6MPa。
7.按照權利要求6的方法，其特徵在於，步驟3所述的噴塗工藝參數設定為:電壓30-32V ;電流180-200A ;噴塗距離200_ ;壓縮空氣壓力0.5-0.6MPa。
8.採用權利要求6的方法所製備的一種含鎢耐高溫腐蝕塗層。
9.根據權利要求8的一種塗層應用於廢棄物資源化WTE垃圾焚燒爐中水冷壁管和過熱器管上。
【文檔編號】C23C4/12GK103924183SQ201410143928
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月11日 優先權日:2014年4月11日
【發明者】周正, 賀定勇, 王旭, 王曾潔, 蔣建敏, 王智慧, 王國紅, 趙秋穎 申請人:北京工業大學