[發明專利]一種發電機組高溫蒸汽閥門螺栓抗氧化涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 202010752753.3
• 申請日: 2020-07-30
• 公開（公告）號: CN111850529B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 魯金濤;周永莉;楊珍;黃錦陽;嚴靖博;黨瑩櫻;袁勇;谷月峰
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: C23C18/50
• 分類號: C23C18/50;C23C18/18;C23C10/56
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發明公開了一種發電機組高溫蒸汽閥門螺栓抗氧化涂層及其制備方法，通過在螺栓表面制備質量比為22％?30％鋁、8％?15％鎳、2％?6％鉻、0.01％?0.05％釔、其余為螺栓母材合金元素組成的抗氧化涂層。具體方法為：首先，對表面除油除銹清洗后的螺栓進行噴丸處理和80?85℃預熱處理；其次，將預熱后的螺栓整體浸泡于80?85℃的鍍液中，保持時間為10?15h；最后，將帶有鍍層的螺栓包埋在混合粉末中進行850?950℃熱擴散處理，保持時間為4?10h，得到10?20μm厚的鋁?鎳?鉻?釔涂層。本發明適用于蒸汽輪機各種螺栓，螺栓材質包括CrMoV系列低合金螺栓鋼、12％Cr系列馬氏體螺栓鋼、鎳基高溫合金螺栓等。本發明的制備流程簡單，制備的成本低，無需后續機加工處理，長期服役抗氧化性能顯著。

技術領域

本發明屬于表面工程領域，具體涉及一種發電機組高溫蒸汽閥門螺栓抗氧化涂層及其制備方法。

背景技術

高溫蒸汽閥門是發電機組中長期在高溫、應力狀態下工作的用于緊固聯接或者密封的部件，高溫螺栓在閥門結合面上產生一定的壓緊力，使被聯接部件在使用周期內保持密封、不發生泄漏，對于發電廠高溫緊固部件的正常運行及設備的安全起至關重要的作用。一般來講，發電機組中服役于高溫環境中的螺栓，包括高壓主汽閥門螺栓、中壓主汽閥門螺栓、高壓調速汽閥門螺栓、中壓調速汽閥門螺栓、過熱器安全門螺栓、高壓導氣管法蘭螺栓、高壓內缸螺栓、中低壓內缸螺栓等，雖然螺栓數量、材質、規格和服役溫度不盡相同，但是高溫螺栓在長期服役過程中因氧化而發生咬死現象。這對于電廠正常維修工作帶來很大的麻煩，有時甚至不得不采取破壞性方式拆除。因此提高螺栓的抗高溫氧化性能，在一定程度上可以提高電廠檢修效率，縮短檢修時間，也可提高螺栓再次利用率，減少新備件的采購、使用，提高電廠經濟效益。

高溫防護涂層技術可以通過選擇性高溫氧化生成厚度很薄的保護性氧化膜，從而提高螺紋表面耐磨損、抗高溫氧化性能，并進一步提高螺紋的抗高溫咬死能力。抗氧化性能最好的選擇性氧化膜有Al₂O₃、SiO₂和Cr₂O₃膜。但是，對于碳鋼，或者Cr、Al、Si含量較低的不銹鋼及鎳基合金制造的螺栓，無法在高溫服役過程中形成保護性的Al₂O₃、SiO₂和Cr₂O₃膜，只能通過表面改性提高金屬材料的抗高溫氧化性能。

發明內容

本發明針對當前火電廠高溫螺栓在服役過程中的氧化皮問題，提供了一種發電機組高溫蒸汽閥門螺栓抗氧化涂層及其制備方法，適用于各種材質、規格的高溫螺栓，該涂層能夠使高溫螺栓螺紋在服役過程中生長厚度極薄的氧化膜，制備工藝不影響螺栓母材的強韌性、組織穩定性及熱脆性等關鍵性能指標。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案來實現的：

一種發電機組高溫蒸汽閥門螺栓抗氧化涂層，抗氧化涂層成分由質量比為22％-30％鋁、8％-15％鎳、2％-6％鉻、0.01％-0.05％釔、其余為螺栓母材合金元素組成。

一種發電機組高溫蒸汽閥門螺栓抗氧化涂層的制備方法，包括如下步驟：

1)采用熱堿溶液或有機溶劑對新螺栓表面進行除油處理，至螺栓表面露出金屬光澤；

2)對清洗后的螺栓進行表面噴丸處理和預熱；其中，噴丸后的表層晶粒碎化深度不小于20μm，預熱溫度為80-85℃；

3)將預熱后的螺栓整體浸泡于鍍液中，制備鎳-釔鍍層；鍍液溫度為80-85℃，保持時間為10-15h；

4)將帶有鎳-釔鍍層的螺栓，包埋在混合粉末中進行高溫熱擴散處理，得到鋁-鎳-鉻-釔涂層；其中熱擴散溫度為850-950℃，保持時間為4-10h，惰性氣體保護。