一種製造鍋爐管防腐塗層的鎳基合金粉末的製作方法

2023-08-05 23:48:11

專利名稱：一種製造鍋爐管防腐塗層的鎳基合金粉末的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種適合於雷射熔覆的合金粉末材料，特別是涉及一種具有防腐 能力的、性能穩定的製造鍋爐管防腐塗層的鎳基合金粉末，屬於國際專利分類表中的 C23C24/10 (2006.01) I 技術領域。
背景技術：
鍋爐管的腐蝕磨損是工業鍋爐存在的嚴重問題，造成的生產危害和經濟損失十 分嚴重。低溫熱腐蝕是鍋爐管在運行過程中最為常見的腐蝕形式，在500 750°C範圍內 均可能發生低溫熱腐蝕。
目前防腐塗層的製造方法主要有噴塗、噴焊等。這些方法製得的防腐塗層有一 些難以克服的問題。防腐層很薄，使用過程中容易脫落，失去防腐蝕能力，製造過程中 易產生氣孔、夾雜等缺陷。
對鍋爐管基體材料奧氏體不鏽鋼而言，其發生低溫熱腐蝕主要是由於材料表面 形成了含硫酸鐵的低熔點共晶熔鹽。研究發現鉻氧化物不易被SO3轉化為相應的硫酸 鹽，故鉻是最有效的抗低溫熱腐蝕元素，因此提高合金中的鉻含量能明顯抑制低溫熱腐 蝕的發生。當鉻含量達到某一臨界值時，合金在暫態氧化階段優先形成Cr2O3，能抑制低 熔點共晶熔鹽的形成，從而防止發生低溫熱腐蝕。依材料、燃料中雜質的不同，低溫熱 腐蝕速率可比同溫度條件下的氧化速率快幾十到數百倍。
在眾多表面處理技術中，超音速電弧噴塗因其價格較低，現場操作方便等優點 而成為目前採用最多的方法，但也存在結合強度不高、塗層緻密差、孔隙較多等不足。
而採用雷射熔覆技術製造防腐塗層則可以有效解決以上問題，且大大降低了制 造防腐塗層的工藝條件要求，同時降低了成本。雷射熔覆層與基材冶金結合，結合強度 大，不容易脫落，而且熱影響區小不容易產生變形，熔覆後效果好。
雷射熔覆防腐塗層技術是利用大功率雷射束聚集能量極高的特點，瞬間將被加 工件表面微熔，同時使零件表面與雷射束同步自動送置的合金粉或絲完全熔化，獲得與 基體冶金結合的、新的表面耐磨、耐蝕合金層。
與超音速電弧噴塗技術相比，雷射熔覆防腐塗層技術具有結合強度高、塗層致 密、無孔隙等優點。
一般而言，超音速電弧噴塗處理過的鍋爐管比純基材的鍋爐管的耐低溫熱腐蝕 性能提高約30 50%，而雷射熔覆處理過的鍋爐管比純基材的鍋爐管耐低溫熱腐蝕性能 可以提高1 2倍，比超音速電弧噴塗具有更好的性價比和應用發展前景。
採用雷射熔覆防腐塗層技術，關鍵問題是能否尋求或提供出適當的具有防腐能 力的、性能穩定的製造鍋爐管防腐塗層的合金粉末。
目前，國內外市場上沒有雷射熔覆專用的合金粉末材料出售，多數是採用熱噴 塗或噴焊用的金屬粉末，或是在現有金屬粉末基礎上按不同成分配比、採取機械混粉方 式製備雷射熔覆所需的合金粉末材料。3
近年來人們在研究利用雷射熔覆技術進行設備部件修復所需的合金粉末材料方 面取得了一些進展，例如，
公開號為CN18M317的中國發明專利申請給出的《一種移動式雷射熔覆現場加 工合金粉末材料》，該合金粉末材料利用以下元素成分強化鎳基合金Cr、W、Mo、 Al、Ti、Co，還可以添加Co、C、N、Nb、Cu、B、Si和微量稀土元素，其中，稀土元 素可以是Ce、Y、Hf。
公開號為CN101381868的中國發明專利申請給出的《一種雷射熔覆用高硬度 不鏽鋼合金粉末及製備工藝》，該合金粉末各成份重量百分比為C: 0.5-0.8% ； Cr 18-24 % ； Ni 11-17% ； B 2.0—5.5 % ； Si 2.0—6.0 % ； Mo 4-9 % ； CeO2 1-5% ； Fe餘量。合金粉末的製備工藝包括配料、熔煉、造渣與脫氧、霧化制粉、粉末收集與 成分檢測、篩分六個步驟。
公開號為CN101381869的中國發明專利申請給出的《雷射熔覆高硬無裂鐵基 合金專用合金粉末》，該專用合金粉末的配方，重量百分含量碳(C) 0.3-0.5 ；矽 (Si) 1.2-2.0 ； M (B) 0.4-1.0 ；鎳(Ni) 1.5—2.5 ；鉻(Cr) 1.0—1.5 ；猛(Mn) 1.0-1.5 ；鉬(Mo) 1.5-2.5 ；釩(V) 0.15-0.7 ；鈮(Nb) 0.15-0.7 餘量為鐵(Fe)，其 重量之和為100%。
公開號為CN101187022的中國發明專利申請給出的《一種雷射熔覆導電輥用 鈷基合金粉末》，該合金粉末的化學成分的重量百分比為Cr: M 30% ； W: 6 10%； Mo 3 — 6%； Ni 6 12% ； Fe 2 10% ； Mn 0.5 2% ； Si 0.2 ~ 2%； V 0.1 ~ 0.6%； B 0.3 ~ 1.5%； C 0.5 ~ 2.5%； Y2O3 0 ~ 0.5%； Hf 0 ~ 0.5%； La2O3 0 0.5% ； Ce 0 0.5% ；餘量為 Co。
上述技術方案給出的這些用於雷射熔覆的合金粉末雖能在修復特定的設備部件 上取得一定的技術效果，但由於具有自身工藝特徵，還不能滿足和適用於其它特定基材 雷射熔覆的工藝要求，特別是在應用雷射熔覆技術製造防腐塗層上仍然存在諸如裂紋、 夾雜、氣孔、成分不均勻、性能不穩定等缺陷。經本申請人檢索，國內外尚無這種具有 防腐能力的、性能穩定的製造鍋爐管防腐塗層的合金粉末的相關報導。發明內容
本發明的目的在於提供一種具有防腐能力的、性能穩定的製造鍋爐管防腐塗層 的鎳基合金粉末，用於採用雷射熔覆的方法製造防腐塗層。該鎳基合金粉末是在現有鎳 基粉末基礎上，通過至少添加微量元素Nb、Y和Hf元素中的一種進行基體晶界強化，特 別是通過至少添加Ti、Si、B元素中的一種進行合金基體強化，實現了合金在具有適中硬 度、強度的同時，又降低了合金熔點，增加了耐磨、耐蝕性能。
本發明給出的技術方案是這種製造鍋爐管防腐塗層的鎳基合金粉末，其組成 包括有Ni、Cr、Ti、Si，其特點是還包括有Nb、Y、Hf、B，其中各組分的(質量百分 數)為
Cr 40 45% ； Ti 4 8% ； Si 0.1 0.3% ； Nb 0.1 0.3% ；
Y 0.1 0.3% ； Hf 0.1 0.3% ； B ； 0.1 0.3% ； Ni 餘量。
本發明通過大量的試驗和創造性的工作，精選合金基體強化元素、晶粒細化晶界強化元素，並優選各組成元素的百分比含量，使合金粉末獲得優越的綜合性能，從而 實現了合金在具有適中硬度、強度的同時，又降低了合金熔點，增加了耐磨、耐蝕性 能。從根本上解決並提高了合金粉末在雷射熔覆層中的抗裂性、成型性、工藝穩定性和 成分均勻性，滿足了鍋爐管對熔覆層耐溫、耐蝕、耐磨和較高強度等的綜合性能要求。
本發明給出的製造鍋爐管防腐塗層的鎳基合金粉末是通過真空熔煉、真空氣霧 化、篩選等工序精心製備的，粒度是-100+270目。
本發明給出的製造鍋爐管防腐塗層的鎳基合金粉末，在實際熔覆操作中採用 5000WC02氣體雷射器，應用所述粉末材料的熔覆工藝參數是功率3000 5000W， 光斑直徑4mm，掃描速度8mm/s，置粉厚度0.5 1mm。
與現有技術相比，本發明的有益效果是
1.在鎳鈦鉻合金基礎上，通過添加有關元素、使熔覆層晶粒細化和晶界得到強 化，並調整各元素的百分比含量，在使熔覆層得到強化的同時又改進了晶界質量，從而 使熔覆層獲得良好的綜合性能。保證了熔覆層在具有較高硬度和強度的同時，又降低了 熔點，增加了抗氧化、耐磨、耐蝕性能，從根本上解決並提高了合金粉末在雷射熔覆層 中的抗裂性、成型性、工藝穩定性和成分均勻性，滿足了鍋爐管對塗層應具有抗氧化、 耐蝕、耐磨和較高硬度與強度等綜合性能要求。
2.該製造鍋爐管防腐塗層的鎳基合金粉末適用於鍋爐管雷射熔覆，通過增加該 塗層材料，鍋爐管表面耐蝕耐磨性能大幅提高，解決了鍋爐壁管工作環境下要求耐腐蝕 抗磨損的難題。
具體實施方式
實例 1
選用煤粉爐鍋爐管。管壁表面用砂紙打磨乾淨，熔覆前用丙酮清洗乾淨。採用 的合金粉末的化學成分為Cr: 43% ； Ti 6% ； Si 0.2% ； Nb 0.2% ； Y 0.2% ； Hf 0.1%； B ； 0.3%； Ni:餘量。採用C02氣體雷射器，選定的雷射熔覆工藝參數為 功率3000 5000W ；光斑直徑4mm，掃描速度8mm/s，置粉厚度0.8mm。
經雷射熔覆，得到的防腐層厚度在0.8mm左右，防腐層表面平整，無裂紋、氣 孔等缺陷，防腐層與母材結合為冶金結合，防腐性能良好。
實例2:
本實施方式選用的母材為45號工件。工件表面用砂紙磨削加工，去掉氧化承 層和疲勞層，熔覆前用丙酮清洗乾淨。採用的鎳基合金粉末的化學成分為Cr: 42% ； Ti 8% ； Si 0.3% ； Nb 0.3% ； Y 0.3% ； Hf 0.2% ； B ； 0.2% ； Ni 餘量。用 5000W C02氣體雷射器，選定的雷射熔覆工藝參數為功率3000 4000W，光斑直 徑4mm，掃描速度6mm/s，置粉厚度0.8mm。
經雷射熔覆，得到的防腐層厚度在0.8mm左右，防腐層表面平整，無裂紋、氣 孔等缺陷，防腐層與母材結合為冶金結合，防腐性能良好。
權利要求
1.一種製造鍋爐管防腐塗層的鎳基合金粉末，其組成包括有Ni、Cr、Ti、Si，其特 點是還包括有Nb、Y、Hf、B，其中各組分的(質量百分數)為Cr 40 45% ； Ti 4 8% ； Si 0.1 0.3% ； Nb 0.1 0.3% ； Y 0.1 0.3% ； Hf 0.1 0.3% ； B ； 0.1 0.3% ； Ni 餘量。
2.根據權利要求1所述的製造鍋爐管防腐塗層的鎳基合金粉末，其特徵在於較好的合 金粉末組成的各組分的質量百分數為Cr 43% ； Ti 6% ； Si 0.2% ； Nb 0.2% ； Y 0.2% ； Hf 0.1% ； B ； 0.3% ； Ni 餘量。
3.根據權利要求1所述的製造鍋爐管防腐塗層的鎳基合金粉末，其特徵在於較好的合 金粉末組成的各組分的質量百分數為Cr 42% ； Ti 8% ； Si 0.3% ； Nb 0.3% ； Y 0.3% ； Hf 0.2% ； B ； 0.2% ； Ni 餘量。
全文摘要
一種製造鍋爐管防腐塗層的鎳基合金粉末，其組成為Cr40～45％；Ti4～8％；Si0.1～0.3％；Nb0.1～0.3％；Y0.1～0.3％；Hf0.1～0.3％；B；0.1～0.3％；Ni餘量。本發明精選合金基體強化元素、晶粒細化晶界強化元素，並優選各組成元素的百分比含量，使合金粉末獲得優越的綜合性能，從而實現了合金在具有適中硬度、強度的同時，又降低了合金熔點，增加了耐磨、耐蝕性能。從根本上解決並提高了合金粉末在雷射熔覆層中的抗裂性、成型性、工藝穩定性和成分均勻性，滿足了鍋爐管對熔覆層耐溫、耐蝕、耐磨和較高強度等的綜合性能要求。
文檔編號C22C30/00GK102021567SQ20091018757
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月23日 優先權日2009年9月23日
發明者劉豫, 陳常義, 陳江 申請人:瀋陽大陸雷射技術有限公司