[發明專利]一種含納米結構抗高溫氧化腐蝕涂層用的粉芯絲材

有效

• 申請號: 201310001569.5
• 申請日: 2013-01-05
• 公開（公告）號: CN103060737A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 程江波;王澤華;張欣;林盡染
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: C23C4/06
• 分類號: C23C4/06;C23C4/12;C22C38/32
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

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技術領域????

本發明涉及一種含納米結構抗高溫氧化腐蝕涂層用的粉芯絲材，屬于材料加工工程專業熱噴涂領域。主要用于鍋爐受熱面管大面積防護的高速電弧噴涂材料。

背景技術

隨著我國經濟的高速增長，電力需求將越來越大。在電力結構中，我國火力發電設備占總裝機容量的3/4以上。然而，在燃煤電廠，鍋爐“四管”（水冷壁管、過熱器管、再熱器管、省煤器管）的高溫氧化、硫化和熱腐蝕以及由此造成的諸如爆管等故障一直是電力行業亟待解決的一個技術難題。例如，水冷壁管的高溫腐蝕會導致水冷壁大面積減薄而發生頻繁的爆漏，不但影響了電廠的安全運行，還造成了巨大的經濟損失。采用電弧噴涂技術制備燃煤鍋爐“四管”大面積防護涂層是一種簡單、經濟、有效的防護工藝，隨著高速電弧噴涂技術的發展和新材料的不斷研制成功，高速電弧噴涂在電站鍋爐“四管”防腐耐磨方面必將有十分廣泛的應用前景。

與晶態材料相比，亞穩態的非晶納米晶涂層材料具有比傳統材料更為獨特而優異的性能，是很有發展前景的新型材料，采用非晶前驅體的納米化得到的納米晶粒之間的晶界干凈，能夠顯著降低材料本征內應力；非晶化可以提高材料的耐蝕性能，非晶前驅體的部分納米化可以提高材料的耐磨性能。由于電弧噴涂單個粒子的凝固速率為10^-7-10^-5K/s，具備了非晶形成的條件，只要材料成分設計合理，就能夠得到納米結構涂層。

高速電弧噴涂制備鐵基非晶納米晶合金涂層具有優質、高效、低成本的優勢，國內外學者對此進行了大量研究，在非晶納米晶涂層制備方面，據田浩亮等人在《材料科學與工藝》（2012?20(1):?108-113）上報道，利用高速電弧噴涂技術制備了FeAlNbB非晶納米晶涂層，其納米晶尺寸約為14.1nm。?梁秀兵等人（《裝甲兵工程學院學報》2010?24(6):81-84）利用電弧噴涂制備了FeAlCrNbB金屬間化合物復合涂層，但該涂層納米晶含量較低。郭金花等人在《電弧噴涂含非晶相的Fe基涂層的電化學行為》（《金屬學報》2007?43(7):780-784）中的描述，已成功地利用電弧噴涂方法制備出了材料成分為FeCrBSiMoWMn的非晶納米晶涂層，該涂層具有良好的耐腐蝕性能。傅斌友（《材料熱處理學報》2008,?29(3):?159-162.）等利用電弧噴涂鐵基粉芯絲材(FeCrNiBC)，獲得了49％非晶含量的涂層，涂層耐磨粒磨損性能是Q235鋼的16.8倍。Branagan等（Journal?of?Thermal?Spray?Technology,?2005,?14(2):?196-204）采用電弧噴涂美國Nanosteel公司的SHS7170粉芯絲材（FeCrMoWBCSiMn）制備了非晶納米晶復合涂層，該涂層具有良好的抗高溫沖蝕性能。雖然上述的粉芯絲材制備出的涂層具有非晶納米晶結構和良好的耐常溫磨損、常溫腐蝕以及抗高溫沖蝕性能，但并未發現其在高溫氧化和高溫腐蝕方面的報道；而且由于其材料成分體系設計不盡合理，獲得的涂層納米晶含量較低，且分布不均勻，并伴隨著硼化物和氧化物產生，直接影響了涂層質量與性能。因此，研發出具有納米結構且成本相對較低、抗高溫氧化腐蝕性能優異的電弧噴涂鐵基納米晶結構涂層用粉芯絲材仍然具有重大的意義。但至今為止，還未見利用電弧噴涂技術制備粉芯絲材成分為FeCrAlBNbMoW納米結構涂層應用于鍋爐抗高溫氧化腐蝕方面的報道。

發明內容

針對燃煤鍋爐“四管”高溫氧化、硫化和熱腐蝕等問題，本發明提供了一種含納米結構抗高溫氧化腐蝕涂層用的粉芯絲材，利用高速電弧噴涂該粉芯絲材制備出的涂層具有納米結構，其尺寸范圍為20-75?nm，孔隙率≤3%，涂層的結合強度為45~55MPa。該涂層可解決電站鍋爐運行中管道高溫氧化、腐蝕及沖蝕等問題，并且具有成本較低等特點。

本發明實現上述目的的技術方案是：一種含納米結構抗高溫氧化腐蝕涂層用的粉芯絲材，由430不銹鋼外皮包覆粉芯制成，其特征在于粉芯由七種元素粉末混合而成，所述的粉芯成分質量百分比含量范圍如下：0.5%－2%?B、15%-25%?Cr、4%-9%?Al、2%－5%?Nb、1%－3%?Mo、2%－4%?W、余量Fe；粉芯的填充率為30%-40%，粉芯絲材的直徑為2mm。采用高速電弧噴涂該粉芯絲材制備出的納米結構涂層，納米晶尺寸為20-75?nm，孔隙率≤3%，涂層的結合強度為45~55MPa。

所述的粉芯絲材，其特征在于用高速電弧噴涂該粉芯絲材制備出的納米結構涂層，納米晶尺寸為20-75?nm，孔隙率≤3%，涂層的結合強度為45~55MPa。