一種含稀土鎳基粉芯絲材、涂層的制備與應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】一種含稀土鎳基粉芯絲材、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%，鎳硼粉10-31%，稀土0.1-0.3%，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％。用電弧噴涂制備含稀土鎳基涂層時(shí)，需先對基體進(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)明可獲得熱轉(zhuǎn)換性能好、耐腐蝕的涂層，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(wěn)定性。
【專利說明】一種含稀土鎳基粉芯絲材、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，需要導(dǎo)熱性較好的工業(yè)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著垃圾的大量產(chǎn)生、環(huán)保要求越來越高，廢棄物資源化
[0003](ffaste-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。
[0004]廢棄物資源化WTE垃圾焚燒爐內(nèi)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(dá)到450°C以上時(shí)，金屬氯化物和HCl的氧化會產(chǎn)生高活性的C12，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C12釋放出來從而構(gòu)成循環(huán)腐蝕、減薄過程。同時(shí)，部分沉積的金屬氯化物與燃燒氣氛中的S02或S03等反應(yīng)，易形成低熔點(diǎn)共晶鹽，在高溫下會熔化與有保護(hù)性的氧化膜發(fā)生反應(yīng)，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、以及焚燒過程所產(chǎn)生的高濃度HCl所導(dǎo)致，而燃燒氣氛中的氯則來源于城市垃圾中富含的有機(jī)物質(zhì)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、由于城市垃圾物理化學(xué)性質(zhì)不均所導(dǎo)致的溫度波動、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、耐磨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。水冷壁等鍋爐四管不僅用于存儲，也是熱交換的介質(zhì)。保護(hù)手段在保護(hù)管道不被腐蝕的同時(shí)也不能降低熱量的轉(zhuǎn)換率。
[0005]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)場施工，且噴涂原材料粉體制備復(fù)雜。采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(shí)際工作溫度達(dá)到400-420°C時(shí)已不能對基體起到有效防護(hù)。陶瓷貼片能較好的防止管道被腐蝕，但安裝不好或是運(yùn)行中貼片出現(xiàn)脫落，都會大大降低保護(hù)效果，甚至完全失效。而電弧噴涂因具有設(shè)備簡單，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。此外堆焊和陶瓷貼片對熱轉(zhuǎn)換都有影響，尤其是未來要提高蒸汽溫度和壓力，這兩種方法的影響越來越大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在獲得一種用電弧噴涂制備含稀土的鎳基涂層的粉芯絲材、涂層制備方法及應(yīng)用。提高WTE垃圾焚燒爐內(nèi)易腐蝕、磨損部件服役穩(wěn)定性，為獲得更高熱能利用率創(chuàng)造可能。[0007]—種含稀土的鎳基粉芯絲材，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%，鎳硼粉10-31%，稀土 0.1-0.3%，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。
[0008]進(jìn)一步，所述粉芯絲材外皮所用帶材為80Ni_20Cr帶。
[0009]進(jìn)一步，金屬鎳、金屬鉻為純金屬粉末，硼為鎳硼合金粉末，稀土為鉺。
[0010]進(jìn)一步，金屬鎳為粉末，尺寸在120-100目；金屬鉻、鎳硼合金為粉末，尺寸為100-80 目。
[0011]進(jìn)一步,鎳硼合金中含硼量為18-19%。
[0012]采用本發(fā)明上述粉芯絲材制備一種含稀土的鎳基涂層的方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0013]步驟1，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2，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]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，制備涂層圓片。
[0016]采用上述方法制備的一種含稀土的鎳基涂層；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熱器管上。
[0017]本發(fā)明所述方法制備的一種含稀土的鎳基涂層在高溫環(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)該涂層具有耐熱腐蝕、較好導(dǎo)熱性的特點(diǎn)。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(fā)明所述涂層，可增加上述部件抗高溫腐蝕性能并且提高熱轉(zhuǎn)換，增加其服役穩(wěn)定性，延長其使用壽命，提高熱能利用率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1實(shí)施例2涂層的宏觀照片【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例中粉芯絲材外皮選用規(guī)格為12X0.3mm(寬度為12臟，厚度為0.3mm)的80N1-20Cr帶，粉芯絲材藥芯成分在實(shí)施例中具體說明，通過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 ；
[0020]在石墨板上鉆直徑為11mm、深度為3mm的不通孔，在石墨板上制取涂層圓片；
[0021]對比例I
[0022]純金屬鉻粉26%，鎳硼粉28%，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。
[0023]實(shí)施例2
[0024]純金屬鉻粉26%，鎳硼粉28%，鉺0.1%，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。
[0025]實(shí)施例3[0026]純金屬鉻粉26%，鎳硼粉28%，鉺0.15%，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。
[0027]實(shí)施例4
[0028]純金屬鉻粉26%，鎳硼粉28%，鉺0.2%，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]表1實(shí)施例2-4涂層的熱導(dǎo)率
[0030]
【權(quán)利要求】
1.一種含稀土的鎳基粉芯絲材，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%，鎳硼粉10-31%，稀土 0.1-0.3%，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所述的一種含稀土的鎳基粉芯絲材，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所述的一種含稀土的鎳基粉芯絲材，其特征在于:金屬鎳、金屬鉻為純金屬粉末，硼為鎳硼合金粉末，稀土為鉺。
4.按照權(quán)利要求3所述的一種含稀土的鎳基粉芯絲材，其特征在于:金屬鎳為粉末，尺寸在120-100目；金屬鉻、鎳硼合金為粉末，尺寸為100-80目。
5.按照權(quán)利要求3所述的一種含稀土的鎳基粉芯絲材，其特征在于:鎳硼合金中含硼量為 18-19%。
6.一種采用權(quán)利要求1所述的一種含稀土的鎳基粉芯絲材制備涂層的方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1，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2，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2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稀土鎳基涂層。
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熱器管上。
【文檔編號】C23C4/12GK103924182SQ201410143920
【公開日】2014年7月16日 申請日期: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, 王國紅, 趙秋穎 申請人:北京工業(yè)大學(xué)