專利名稱：一種用于碳鋼和低合金鋼的抗高溫氧化及熱腐蝕的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬防護技術(shù)，特別提供了一種用于碳鋼和低合金鋼的抗高溫氧化及熱腐蝕的表面涂層技術(shù)。
背景技術(shù)：
碳鋼和低合金鋼廣泛應(yīng)用于機械制造及建筑等領(lǐng)域。在加熱爐、煙道等的高溫、氧化、腐蝕性環(huán)境的綜合作用下，碳鋼和低合金鋼構(gòu)件的表面氧化腐蝕嚴重，使用壽命受到嚴重影響。因此，尋找一種能提高碳鋼和低合金鋼的抗高溫氧化和熱腐蝕能力的方法，有著重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種可以極大地提高碳鋼和低合金鋼的抗高溫氧化及熱腐蝕能力的方法。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)。首先在碳鋼和低合金鋼表面制備一厚度為10_200μ mWi^CrM涂層，Cr在涂層中的重量百分比大于12%，M為Ni或Mo或Al ；再在!^eCrM涂層的表面燒制一厚度為 30-150 μ m的搪瓷涂層，搪瓷涂層成分的重量百分比為:Si0260-78%, Al2O3 5-20%, B2O3 2-5%，Na2O 1. 5-3%, K2O 0. 5-2%，CaO 0. 5-3%，MgOO. 5-2%，Li2O 0-2%，NiO 和 CoO 共占 1-2%。本發(fā)明碳鋼和低合金鋼抗高溫氧化及熱腐蝕的方法中，！^eCrM涂層的厚度優(yōu)選 40-70 μ m,搪瓷涂層的厚度優(yōu)選50-80 μ m。本發(fā)明碳鋼和低合金鋼抗高溫氧化及熱腐蝕的方法中，搪瓷涂層的燒制溫度為 1000-1150°C，時間為20-50分鐘，然后隨爐冷卻。本發(fā)明碳鋼和低合金鋼抗高溫氧化及熱腐蝕的方法中，F(xiàn)eCrM涂層采用火焰噴涂、 等離子噴涂、濺射或PVD制備。本發(fā)明使用!^eCrM為中間層，F(xiàn)eCrM的成分屬于不銹鋼或高溫合金范疇，其自身可耐高溫氧化及熱腐蝕，就可對碳鋼和低合金鋼提供高溫防護。再利用高溫?zé)傻姆椒ㄔ?FeCrM涂層的表面制備一層搪瓷涂層，搪瓷涂層可以抑制氧、硫、氯等離子進入!^eCrM涂層， 從而為!^eCrM涂層提供高溫防護。采用該涂層對碳鋼實行防護，大大提高了碳鋼和低合金鋼的抗高溫氧化及熱腐蝕性能，且綜合成本低廉。
具體實施例方式實施例1在Q235碳鋼表面使用火焰噴涂法制備一層厚為10 μ m的!^eCrNi涂層，其中Cr含量為 12. 5%，Ni 含量為 2% (質(zhì)量百分比)；再將含 SiO2 78%, Al2O3 16%, B2032%, Na2O 1. 5%, K2O 0. 5%, CaO 0. 5%, MgO 0. 5%，CoO與NiO之和為(質(zhì)量百分比)的搪瓷粉與水混合，制成懸浮液；然后均勻噴涂于!^eCrNi涂層表面，并在1000°C燒制20分鐘，搪瓷涂層厚度為150 μ m。施加涂層后的Q235碳鋼在800°C表現(xiàn)出很好的抗氧化和抗熱腐蝕能力，氧化/腐蝕10小時未見搪瓷涂層開裂和剝落，而未施加涂層的Q235碳鋼在800°C氧化 /腐蝕5小時后即見氧化皮剝落。實施例2在45#鋼表面使用火焰噴涂法制備一層厚為200 μ m的!^eCrMo涂層，其中Cr含量為 18%，Mo 含量為 3% (質(zhì)量百分比)；再將含 SiO2 78%, Al2O3 5%, B2O3 3%, Na2O 3%, K2O 2%, CaO 3%,MgO 2%, Li2O 2%，CoO與NiO之和為2% (質(zhì)量百分比)的搪瓷粉與水混合，制成懸浮液；然后均勻噴涂于i^eCrMo涂層表面，并在1150°C燒制50分鐘，搪瓷涂層厚度為30 μ m。施加涂層后的45#碳鋼在700°C表現(xiàn)出很好的抗氧化和抗熱腐蝕能力，氧化 /腐蝕15小時未見搪瓷涂層開裂和剝落，而未施加涂層的45#碳鋼在700°C氧化/腐蝕10 小時后即見氧化皮剝落。實施例3在16Mn鋼表面使用等離子噴涂法制備一層厚為40 μ m的!^eCrAl涂層，其中Cr含量為 13%, Al 含量為 10% (質(zhì)量百分比)；再將含 SiO2 74%, Al2O3 20%, B2O3 2%, Na2O 1. 5%, K2O 0. 5%, CaO 0. 5%, MgO 0. 5%，CoO與NiO之和為(質(zhì)量百分比)的搪瓷粉與水混合，制成懸浮液；然后均勻噴涂于i^eCrAl涂層表面，并在1100°C燒制30分鐘，搪瓷涂層厚度為30μπι。施加涂層后的16Μη鋼在850°C表現(xiàn)出很好的抗氧化和抗熱腐蝕能力， 氧化/腐蝕20小時未見搪瓷涂層開裂和剝落，而未施加涂層的16Mn鋼在850°C氧化/腐蝕 3小時后即見氧化皮剝落。實施例4在Q345A碳鋼表面使用等離子噴涂法制備一層厚為70 μ m的!^eCrNi涂層，其中 Cr含量為17%，Ni含量為5% (質(zhì)量百分比)；再將含SiO2 77. 5%, Al2O3 15%, B2O3 2%, Na2O 1. 5%, K2O 0. 5%, CaO 0. 5%, MgO 0. 5%, Li2O 1%，CoO 與 NiO 之和為 1. 5% (質(zhì)量百分比)的搪瓷粉與水混合，制成懸浮液；然后均勻噴涂于!^eCrNi涂層表面，并在1050°C 燒制40分鐘，搪瓷涂層厚度為80 μ m。施加涂層后的Q345A鋼在750°C表現(xiàn)出很好的抗氧化和抗熱腐蝕能力，氧化/腐蝕15小時未見搪瓷涂層開裂和剝落，而未施加涂層的Q345A 鋼在750°C氧化/腐蝕5小時后即見氧化皮剝落。實施例5在20MnSi鋼表面使用濺射法制備一層厚為100 μ m的!^eCrMo涂層，其中Cr含量為 20%，Mo 含量為 5. 8% (質(zhì)量百分比)；再將含 SiO2 75%, Al2O3 17. 5%, B2O3 2%, Na2O 1. 5%, K2O 0. 5%, CaO 0. 5%, MgO 0. 5%, Li2O 1 %，CoO 與 NiO 之和為 (質(zhì)量百分比) 的搪瓷粉與水混合，制成懸浮液；然后均勻噴涂于i^CrMo涂層表面，并在1000°C燒制20分鐘，搪瓷涂層厚度為100 μ m。施加涂層后的20MnSi碳鋼在800°C表現(xiàn)出很好的抗氧化和抗熱腐蝕能力，氧化/腐蝕16小時未見搪瓷涂層開裂和剝落，而未施加涂層的20MnSi鋼在 800°C氧化/腐蝕5小時后即見氧化皮剝落。實施例6在45SiMnP鋼表面使用濺射法制備一層厚為150 μ m的!^eCrAl涂層，其中Cr含量為 17%，Al 含量為 12% (質(zhì)量百分比)；再將含 SiA 73%, Al2O3 19. 5%, B2O3 2%, Na2O1. 5%, K2O 0. 5%, CaO 0. 5%, MgO 0. 5%, Li2O 1%, CoO 與 NiO 之和為 1. 5% (質(zhì)量百分比)的搪瓷粉與水混合，制成懸浮液；然后均勻噴涂于i^eCrAl涂層表面，并在1150°C燒制 50分鐘，搪瓷涂層厚度為60 μ m。施加涂層后的45SiMnP鋼在800°C表現(xiàn)出很好的抗氧化和抗熱腐蝕能力，氧化/腐蝕20小時未見搪瓷涂層開裂和剝落，而未施加涂層的45SiMnP鋼在800°C氧化/腐蝕3小時后即見氧化皮剝落。實施例7在16Mng鋼表面使用PVD法制備一層厚為20 μ m的FeCrNi涂層，其中Cr含量為 12. 5%，Ni 含量為 12% (質(zhì)量百分比)；再將含 SiO2 61%,Al2O3 20%,B2O3 5%,Na2O 3%, K2O 2%, CaO 3%,MgO 2%, Li2O 2%，CoO與NiO之和為2% (質(zhì)量百分比)的搪瓷粉與水混合，制成懸浮液；然后均勻噴涂于!^eCrNi涂層表面，并在1100°C燒制30分鐘，搪瓷涂層厚度為120μπι。施加涂層后的16Mng鋼在700°C表現(xiàn)出很好的抗氧化和抗熱腐蝕能力，氧化/腐蝕20小時未見搪瓷涂層開裂和剝落，而未施加涂層的16Mng鋼在700°C氧化/腐蝕 5小時后即見氧化皮剝落。實施例8在16MnR鋼表面使用PVD法制備一層厚為30 μ m的FeCrMo涂層，其中Cr含量為 15. 6%，Mo 含量為 6% (質(zhì)量百分比)；再將含 SiO2 70%, Al2O3 11%, B2O3 5%, Na2O 3%, K2O 2%, CaO 3%,MgO 2%, Li2O 2%，CoO與NiO之和為2% (質(zhì)量百分比)的搪瓷粉與水混合，制成懸浮液；然后均勻噴涂于i^eCrMo涂層表面，并在1050°C燒制40分鐘，搪瓷涂層厚度為50μπι。施加涂層后的16MnR鋼在850°C表現(xiàn)出很好的抗氧化和抗熱腐蝕能力，氧化 /腐蝕15小時未見搪瓷涂層開裂和剝落，而未施加涂層的16MnR鋼在850°C氧化/腐蝕3 小時后即見氧化皮剝落。實施例9在15MnV鋼表面使用火焰噴涂法制備一層厚為50 μ m的FeCrAl涂層，其中Cr含量為13%，Al含量為6% (質(zhì)量百分比)；再將含SiA 64%, Al2O3 20%, B2O3 5%, Na2O 3%,K2O 2%,CaO 3%,MgO 2%，CoO與NiO之和為1 % (質(zhì)量百分比)的搪瓷粉與水混合， 制成懸浮液；然后均勻噴涂于i^eCrAl涂層表面，并在1000°C燒制20分鐘，搪瓷涂層厚度為 SOym0施加涂層后的15MnV鋼在750°C表現(xiàn)出很好的抗氧化和抗熱腐蝕能力，氧化/腐蝕 20小時未見搪瓷涂層開裂和剝落，而未施加涂層的15MnV鋼在800°C氧化/腐蝕4小時后即見氧化皮剝落。實施例10在M565鋼表面使用火焰噴涂法制備一層厚為80 μ m的FeCrNi涂層，其中Cr含量為 20%，Ni 含量為 9. 5% (質(zhì)量百分比)；再將含 SiO2 66%, Al2O3 18%, B2O3 5%, Na2O 3%,K2O 2%,CaO 3%,MgO 2%，CoO與NiO之和為1 % (質(zhì)量百分比)的搪瓷粉與水混合， 制成懸浮液；然后均勻噴涂于i^eCrM涂層表面，并在1150°C燒制50分鐘，搪瓷涂層厚度為 50 μ m。施加涂層后的M565鋼在800°C表現(xiàn)出很好的抗氧化和抗熱腐蝕能力，氧化/腐蝕 10小時未見搪瓷涂層開裂和剝落，而未施加涂層的M565鋼在750°C氧化/腐蝕5小時后即見氧化皮剝落。
權(quán)利要求
1.一種用于碳鋼和低合金鋼的抗高溫氧化及熱腐蝕的方法，其特征在于先在碳鋼或低合金鋼基體表面制備一層厚度為10-200μπι Wi^eCrM涂層，Cr在涂層中的重量百分比大于12%，Μ為Ni或Mo或Al ；再在!^eCrM涂層的表面燒制一厚度為30-150 μ m的搪瓷涂層， 搪瓷涂層成分的重量百分比為SiO2 60-78%,Al2O3 5-20%,B2O3 2-5%,Na2O 1. 5-3%,K2O 0. 5-2 %，CaO 0. 5-3 %，MgO 0. 5-2 %，Li2O 0-2 %，NiO 和 CoO 共占 1-2 %。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于碳鋼和低合金鋼抗高溫氧化及熱腐蝕的方法，其特征在于=FeCrM涂層的厚度為40-70 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于碳鋼和低合金鋼抗高溫氧化及熱腐蝕的方法，其特征在于搪瓷涂層的厚度為50-80 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于碳鋼和低合金鋼抗高溫氧化及熱腐蝕的方法，其特征在于搪瓷的燒制溫度為1000-1150°C，時間為20-50分鐘，然后隨爐冷卻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于碳鋼和低合金鋼抗高溫氧化及熱腐蝕的方法，其特征在于=FeCrM涂層采用火焰噴涂、等離子噴涂、濺射或PVD制備。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于碳鋼和低合金鋼抗高溫氧化及熱腐蝕的方法，其特征在于舊在!^eCrM涂層中的重量百分比為2-12%。
全文摘要
一種用于碳鋼和低合金鋼的抗高溫氧化及熱腐蝕的方法，其特征在于先在碳鋼和低合金鋼基體表面制備一層厚度為10-200μm的FeCrM涂層，M為Ni或Mo或Al，其中Cr在涂層中的重量百分比大于12％，M在涂層中的重量百分比為2-12％；再在FeCrM涂層的表面燒制一厚度為30-150μm的搪瓷涂層，搪瓷涂層成分的重量百分比為SiO2 60-78％，Al2O3 5-20％，B2O3 2-5％，Na2O 1.5-3％，K2O 0.5-2％，CaO 0.5-3％，MgO 0.5-2％，Li2O 0-2％，NiO和CoO共占1-2％。FeCrM涂層本身即可對碳鋼和低合金鋼提供高溫防護，并且搪瓷涂層可以對FeCrM涂層提供防護。該技術(shù)可大大提高碳鋼和低合金鋼的抗高溫氧化和熱腐蝕性能，且綜合成本低廉。
文檔編號C23C30/00GK102534618SQ20101062266
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者劉朋, 葉樹峰, 周旬, 王曉婧, 陳運法, 魏連啟 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所