[發(fā)明專利]一種用于電弧噴涂制備FeCrB涂層的粉芯絲材及涂層制備方法

無效

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• 申請日: 2012-05-21
• 公開（公告）號: CN102703849A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設計）人: 賀定勇;周正;李冉;蔣建敏;趙秋穎;崔麗;王智慧;李曉延
• 申請（專利權）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: C23C4/10
• 分類號: C23C4/10;C23C4/12
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發(fā)明屬于材料加工工程中的熱噴涂領域，是一種利用電弧噴涂工藝制備FeCrB涂層的粉芯絲材，該發(fā)明主要應用于抗磨損和抗高溫氧化腐蝕等工業(yè)領域。

背景技術

在電廠設備中，鍋爐占重要地位，與汽輪機和發(fā)電機共稱為電廠的“三大主機”。而與此同時，鍋爐也是電廠事故多發(fā)的設備，火電機組的非計劃停機大部分由它引起，其事故占有率為整個機組的40%以上，占所有非計劃停機事故的多數(shù)。其中，鍋爐受熱面“四管”故障是造成鍋爐強迫停機的首要原因。隨著設計和制造技術的提高，耐高溫高壓材料發(fā)展，大型煤電向高參數(shù)、大容量、高效率和大電廠發(fā)展，運行的安全性和經濟性也已經成為人們關注的重要問題

燃煤電站鍋爐“四管”在高溫服役環(huán)境中的磨損和腐蝕是其主要的失效形式，由于頻繁爆管所帶來的材料損耗和非計劃停爐造成了高昂的維修成本和巨大的經濟損失。通過熱噴涂技術在管壁表面制備防護涂層能夠顯著提高其運行可靠性和使用壽命，降低維修頻率，從而體現(xiàn)出較好的經濟效益，被認為是鍋爐“四管”最為有效的防護技術手段之一。相比于超音速火焰噴涂等技術，電弧噴涂具有工藝設備簡單、成本低廉和適于原位大面積施工等優(yōu)點，因此已被該領域所廣泛接受和采用。然而，近年來隨著煤質條件的下降、超超臨界鍋爐的出現(xiàn)以及固體廢棄物燃燒發(fā)電技術的普遍應用等，鍋爐“四管”的服役環(huán)境更為惡劣，也對涂層材料的綜合性能尤其是耐蝕性能提出了更高的要求，設計開發(fā)新型涂層材料以改善其防護能力成為該領域研究的熱點問題。

經檢索，目前有見Fe-Cr-B系耐磨堆焊焊條的相關報道，應用在耐磨堆焊領域。但由于其Cr元素含量較低，在高溫氧化腐蝕條件下無法形成有效的保護性氧化層，起不到耐高溫氧化腐蝕的作用。而且堆焊過程中為了脫氧和造渣，該系的焊條需要加入Si元素和Mn元素，以及白云石、螢石、金紅石等礦物藥皮，因此成本和制作的復雜程度較高。目前用于鍋爐“四管”防護的涂層材料，多為Ni基合金系或Fe基的FeCrAl合金系。而由于Ni基合金系成本過高，F(xiàn)eCrAl系在熱噴涂過程中容易產生大量層間氧化導致結合強度降低，因此在應用中均受到一定限制。目前未見關于電弧噴涂制備FeCrB耐高溫氧化腐蝕涂層的粉芯絲材的專利報道。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是利用電弧噴涂工藝制備耐磨耐腐蝕涂層，以達到大幅度提高鍋爐“四管”的運行可靠性和使用壽命，降低維修頻率，而提供一種用于電弧噴涂制備FeCrB耐高溫氧化腐蝕涂層的粉芯絲材及涂層制備方法。用本發(fā)明的粉芯絲材制備的涂層耐高溫氧化腐蝕性能強，硬度高，結合強度高，具有良好的力學性能，能提高鍋爐“四管”的運行可靠性和使用壽命，降低維修頻率。

本發(fā)明的一種用于電弧噴涂制備FeCrB耐高溫氧化腐蝕涂層的粉芯絲材，其特征在于：絲材外皮所用帶材為不銹鋼帶；粉芯絲材填充率為32%-34%，優(yōu)選33%，粉芯絲材中粉芯的填充物為：金屬鉻粉、金屬鐵粉和碳化硼粉末，其中碳化硼粉末中硼元素（B）的百分含量為88wt.%，碳元素（C）的百分含量為12wt.%。所制得粉芯絲材中Cr元素的百分含量為18-28wt.%，B元素的質量百分含量為4-10wt.%。粉芯絲材的直徑為2.0mm，允許正負公差在0.03mm以內。

所述粉芯絲材外皮所用帶材為不銹鋼帶，所述不銹鋼帶優(yōu)選304L不銹鋼帶。

優(yōu)選所述粉芯絲材中：Cr：23-28wt.%；B：6-10wt.%。

進一步優(yōu)選所述粉芯絲材中：Cr：23-26wt.%；B：6-8wt.%。

采用本發(fā)明上述的粉芯絲材制備一種FeCrB涂層的方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：對基體表面進行預處理：基體表面經粒度180目砂紙預磨后，利用粒度為60目棕剛玉進行噴砂處理，氣壓0.5-0.6MPa，時間20s。

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26-34V；電流180-220A；噴涂距離：190-210mm；壓縮空氣壓力：0.4-0.6MPa，制備涂層。

步驟2所述噴涂工藝進行優(yōu)化，將噴涂工藝參數(shù)設定為：電壓30-32V；電流190-200A；噴涂距離：200mm；壓縮空氣壓力：0.5-0.6MPa。

本發(fā)明所述方法制備的一種FeCrB涂層所具有的力學性能、耐高溫氧化腐蝕性能和耐磨性能是其自身組分所決定的。

Fe元素：在地殼中占有較高的質量分數(shù)，F(xiàn)e基合金在保持較高的性價比的同時，又具有優(yōu)異的耐磨性能，非常適合于制備惡劣服役環(huán)境中使用的材料表面強化涂層；