[發(fā)明專利]用于鍋爐管高溫耐磨防護的粉末材料及制備方法

無效

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• 申請日: 2014-04-03
• 公開（公告）號: CN103878363A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉宗德;汪洋;岳鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;C23C24/10;C22C29/02;C22C30/00
• 代理公司: 北京華誼知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種用于鍋爐管高溫耐磨防護的粉末材料及制備方法；適用于循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管、過熱器管、省煤器懸吊管和外置床管道等部件的激光熔覆防磨處理。

背景技術(shù)

循環(huán)流化床鍋爐具有燃料適應(yīng)性強、燃燒效率高、調(diào)峰性能好、可爐內(nèi)直接脫硫、有害氣體排放濃度低等優(yōu)點，但是由于設(shè)備設(shè)計、制造、安裝以及操作技術(shù)等多方面的原因，循環(huán)流化床鍋爐在運行中存在鍋爐出力不足、燃燒室結(jié)焦以及受熱面磨損等問題，其中受熱面磨損問題是困擾該技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素，它伴隨著整個燃燒和傳熱過程。與煤粉爐相比，循環(huán)流化床鍋爐燃燒室內(nèi)的顆粒粒徑大得多，灰濃度也高出幾十倍甚至幾百倍。爐內(nèi)的氣固流動為典型的湍流流動，此外，顆粒由于重力的作用在燃燒室內(nèi)不停地進行內(nèi)循環(huán)流動，使循環(huán)流化床鍋爐受熱面的磨損程度要比煤粉爐嚴(yán)重得多。另外，在固體物料外循環(huán)回路的其他部位如旋風(fēng)分離器、回料器和外置床等地方也都會發(fā)生不同程度的磨損。因此，采取有效的防磨措施是循環(huán)流化床技術(shù)發(fā)展的研究重點之一。

爐膛內(nèi)固體顆粒在爐膛壁面上的沖刷角雖然也存在一定的不均勻性，但顆粒流總體呈小角度沖刷壁面導(dǎo)致水冷壁管磨損。水冷壁管磨損最嚴(yán)重的部位主要包括爐膛密相區(qū)、耐火材料與水冷壁管交接處、爐膛稀相區(qū)下部角落區(qū)域和不規(guī)則管壁區(qū)域。

采用熱噴涂技術(shù)對循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管進行防磨處理的局限性在于涂層與基體結(jié)合強度低（機械結(jié)合）。當(dāng)循環(huán)流化床鍋爐燃用煤矸石等劣質(zhì)煤時，由于煤中含有Al₂O₃、SiO₂等高硬度雜質(zhì)，涂層在這些硬質(zhì)顆粒的小角度沖蝕作用下易剝落失效。

激光熔覆法制備的熔覆層具有耐磨層致密、與基體達到冶金結(jié)合、工件熱變形極小等優(yōu)點，但目前用于循環(huán)流化床鍋爐防磨的激光熔覆用粉末材料體系較少。Ni60、Ni65等激光熔覆用自熔性合金粉末材料具有熔點較低（1000℃）、耐磨性好等優(yōu)點，但其熔覆層硬度在600-850HV范圍，其高溫耐磨性難以滿足水冷壁管長壽命耐磨防護的要求。利用激光熔覆Cr₃C₂-NiCr粉末材料（Cr₃C₂的質(zhì)量百分比一般為75%）所形成熔覆層的高溫耐磨性能顯著優(yōu)于Ni60、Ni65類材料，由其所制備熔覆層硬度可達1000-1200HV。但由于Cr₃C₂熔點較高，如采用激光熔覆Cr₃C₂-NiCr粉末工藝，存在熔覆效率較低、表面層氧化、粉末飛濺損失率較高、微裂紋密度較高等局限性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于鍋爐管高溫耐磨防護的粉末材料及制備方法，克服了熔覆效率較低、表面層氧化、粉末飛濺損失率較高、微裂紋密度較高等問題。主要用于循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管、過熱器管、省煤器懸吊管和外置床管道等部件的激光熔覆防磨處理。所發(fā)明的粉末材料采用多元復(fù)合的方法，通過激光熔覆形成高耐磨復(fù)相陶瓷-金屬熔覆層，其硬度可在1100-1600HV范圍。本發(fā)明具有激光熔覆效率較高、粉末飛濺損失小、熔覆層晶粒細小、熔覆層耐磨性高等優(yōu)點，可滿足循環(huán)流化床鍋爐用各種管子的高溫耐磨、長壽命工作的要求。

本發(fā)明是通過以下步驟來實現(xiàn)的。

用于制備高溫耐磨熔覆層的混合粉末材料的組分及各組分含量（重量百分比）為：鈦鎳合金粉（粒度-200+400目，純度≥99.5%）：10-20%；石墨碳粉：（粒度-300+600目，純度≥99.5%）：1.5-3.5%；硅粉：（粒度-200+350目，純度≥99.5%）：0.5-1%；鎳鉻合金粉（Ni80Cr20）：（粒度-200+400目，純度≥99.5%）：8-25%；硼化鐵粉：（粒度-200+400目，純度≥99.5%）：5-10%；二碳化三鉻粉（Cr₃C₂,粒度-200+400目，純度≥99.5%）:余量。

其中，鈦鎳合金粉中各組分含量為：Ni：28-40%，Ti:余量；鎳鉻合金粉（Ni80Cr20）中各組分含量為：Cr:20%；Ni:80%；硼鐵粉中各組分含量為：B：10-20%；C：0.05-0.1%；Fe：余量。

混合粉末中各組分主要作用如下：