專利名稱：太陽能光熱發(fā)電高溫防護(hù)涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及太陽能光熱發(fā)電技術(shù)，尤其是一種用于太陽能光熱發(fā)電儲能系統(tǒng)中的高溫防護(hù)涂層的技術(shù)。
背景技術(shù)：
由于人類對能源需求的增長，常規(guī)能源的日 益短缺，全球氣候的變暖以及環(huán)境的壓力，世界各國將戰(zhàn)略目光轉(zhuǎn)向可再生能源的開發(fā)。光熱發(fā)電作為一種太陽能高溫?zé)崂眉夹g(shù)，具有清潔、無污染、輻射功率巨大等優(yōu)點，加之儲能系統(tǒng)的應(yīng)用，在陰雨天、夜晚等沒有太陽光輻射的條件下，也能確保太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)連續(xù)、穩(wěn)定地輸出電能。當(dāng)前，國際上太陽能熱發(fā)電站，儲能介質(zhì)常采用熔鹽，尤其是硝酸鹽。為了提高電站的能源利用效率和發(fā)電總量，需要提高汽輪機(jī)進(jìn)氣口蒸汽的壓力、溫度及流量，這些要求使得太陽能熱發(fā)電站的儲能系統(tǒng)中熔鹽質(zhì)量增大，溫度增高(500 600°C，甚至更高)。儲能系統(tǒng)，尤其是雙罐式儲能系統(tǒng)中的高溫儲罐，儲罐金屬材料長期在該溫度條件下服役，材料內(nèi)部應(yīng)力聚集，機(jī)械性能下降，加之熔鹽環(huán)境的高溫腐蝕，由此導(dǎo)致儲罐應(yīng)力腐蝕開裂，無法滿足太陽能光熱發(fā)電長效、安全、穩(wěn)定的設(shè)計目標(biāo)。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種為太陽能光熱發(fā)電儲能系統(tǒng)提供一種長效、耐熔鹽高溫腐蝕的防護(hù)涂層。本實用新型所采用的技術(shù)方案為一種用于太陽能光熱發(fā)電高溫防護(hù)涂層，是由粘結(jié)底層、梯度過渡層和陶瓷面層組成，所述梯度過渡層由粘結(jié)底層材料和陶瓷面層材料按照比例梯度變化重疊堆積而成。本實用新型提供的用于太陽能光熱發(fā)電高溫防護(hù)涂層，粘結(jié)底層材料為具有良好抗氧化性能的MCrAlY,其中M為Ni或Co，或Ni+Co，成分含量為Cr : 15 % 30 %，Al :8 % 15%, Y 0. 1%~ 3%, M :余量。本實用新型所述的陶瓷面層材料主要成分為納米尺寸ZrO2，添加納米尺寸Y203、CeO2^Al2O3或SiC，通過離心霧化干燥方式團(tuán)聚成微米尺寸球形復(fù)合陶瓷材料。本實用新型所述的梯度過渡層是由上述的MCrAH和上述的復(fù)合陶瓷材料按特定的體積分?jǐn)?shù)組合而成，沿著粘結(jié)底層至陶瓷面層方向，MCrAlY的成分含量(O < vol %< 100)依次下降，復(fù)合陶瓷材料的成分含量(O < vol%< 100)依次增大。梯度過渡層是由3 5層成分含量不同的涂層組合而成。粘結(jié)底層MCrAH涂層厚度為50um 150um ;梯度過渡層中每個成分層厚度為50um 150um,過渡層總厚度150um 750um ;陶瓷面層厚度為200um 400um。同時，本實用新型還提供一種用于太陽能光熱發(fā)電高溫防護(hù)涂層制備方法，其包括如下步驟I)采用超音速火焰噴涂工藝或大氣等離子噴涂工藝制備粘結(jié)底層；[0011]2)采用大氣等離子噴涂工藝在粘結(jié)底層基礎(chǔ)上制備梯度過渡層；3)采用大氣等離子噴涂工藝在梯度過渡層基礎(chǔ)上制備陶瓷面層，從而形成陶瓷材料成梯度分布的高溫防護(hù)復(fù)合涂層。上述涂層沉積前需對試樣進(jìn)行預(yù)處理，采用40 60目白剛玉噴砂處理，隨即先后采用金屬洗滌劑、去離子水、丙酮擦拭、去離子水清洗，熱風(fēng)烘干。本實用新型的有益效果是1、涂層使用壽命更長。與現(xiàn)有的常規(guī)陶瓷涂層相比，由于采用梯度過渡層結(jié)構(gòu)和復(fù)合陶瓷材料，在高溫熔鹽環(huán)境中，防護(hù)涂層間物理性能(尤其是熱膨脹性能)差異更小，抗熱震性能更佳，陶瓷涂層剝落和開裂的趨勢降低，從而延長涂層的使用壽命；2、在高溫防護(hù)涂層中，復(fù)合陶瓷材料和MCrAH材料具有沿涂層深度呈外層富陶瓷而內(nèi)層富MCrAH的梯度分布的特點；3、本實用新型可應(yīng)用于碳鋼、不銹鋼、Ni基高溫合金的防護(hù)；采用本實用新型可以提高涂層抗高溫氧化、抗熱腐蝕性能，并有效地延長涂層使用壽命。以下結(jié)合附圖
和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。圖I是本實用新型的優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1、粘結(jié)底層；2、梯度過渡層；3、陶瓷面層。
具體實施方式
實施例I基體材料為碳素鋼Q235，0. 13% C,0. 3% Si,O. 4% Mn,O. 045% S，O. 04% P, Fe余量，試樣尺寸為25mmX25mmX3mm,采用Diamond Jet超音速噴涂系統(tǒng)沉積MCrA；LY粘結(jié)底層。MCrAlY材料成分如下(質(zhì)量百分比)，Co 23%, Cr 17 %, Al 12%, Y 0. 5%,Ni:余量。沉積前對試樣進(jìn)行預(yù)處理，采用40 60目白剛玉噴砂處理，隨即先后采用金屬洗滌劑、去離子水、丙酮擦拭、去離子水清洗，熱風(fēng)烘干。超音速火焰噴涂時，C3H8壓力O. 59MPa (85Psi)，流量 O. 19m3/h，氧氣壓力 I. OMpa (150Psi)，流量 47m3/h，送粉速度為 50g/min,噴涂距離為300mm, MCrAlY涂層厚度為lOOum。采用經(jīng)過通過離心霧化干燥方式團(tuán)聚而成的微米尺寸球形Zr02_2. 5wt %Y203-25wt% CeO2粉末作為陶瓷面層材料。采用等離子噴涂方式在MCrAH底層上依次沉積 75vol % MCrAlY+25vol % 復(fù)合陶瓷、50vol % MCrAlY+50vol % 復(fù)合陶瓷、25vol %MCrAH+75Vol%復(fù)合陶瓷涂層，由此形成梯度過渡涂層。等離子噴涂時，電流550A，電壓60V,主氣(Ar)流速481/min,次氣(H2)流速71/min,傳輸氣體(Ar)流速51/min,粉末傳輸速率25g/min，噴涂距離100mm，每個過渡層厚度為lOOum，梯度過渡層總厚度300um。陶瓷面層采用Zr02_2. 5wt% Y203_25wt% CeO2團(tuán)聚粉末，等離子噴涂工藝參數(shù)與梯度過渡層制備工藝相同，陶瓷涂層厚度為200um，從而形成具有沿涂層深度呈外層富陶瓷而內(nèi)層富MCrAH的梯度分布的復(fù)合防護(hù)涂層。實施例2基體材料為GH30 高溫合金，0. 1% C,0. 4% Μη,Ο. 23% Ti,O. 12% Al,21% Cr, Ni余量。試樣尺寸為25mmX25mmX3mm，采用GH80等離子噴涂系統(tǒng)沉積MCrAH粘結(jié)底層。MCrAH材料成分如下(質(zhì)量百分比)，Cr 25%, Al 8%, Y 0. 5%, Ni :余量。沉積前對試樣進(jìn)行預(yù)處理，采用40 60目白剛玉噴砂處理，隨即先后采用金屬洗滌劑、去離子水、丙酮擦拭、去離子水清洗，熱風(fēng)烘干。等離子噴涂時，電流500A，電壓55V，主氣(Ar)流速461/min,次氣(H2)流速51/min,傳輸氣體(Ar)流速31/min,粉末傳輸速率30g/min,噴涂距離120mm, MCrAlY粘結(jié)底層厚度為lOOum。采用經(jīng)過通過離心霧化干燥方式團(tuán)聚而成的微米尺寸球形ZrO2-IOwt %SiC-15wt% Al2O3粉末作為陶瓷面層材料。采用等離子噴涂方式在MCrAH底層上依次沉積 80vol % MCrAlY+20vol % 復(fù)合陶瓷、60vol % MCrAlY+40vol % 復(fù)合陶瓷、40vol %MCrAH+60vol%復(fù)合陶瓷涂層、20vol% MCrAH+80vol%復(fù)合陶瓷涂層，由此形成梯度過渡涂層。等離子噴涂時，電流550A，電壓60V，主氣(Ar)流速481/min，次氣(H2)流速71/min,傳輸氣體(Ar)流速51/min,粉末傳輸速率25g/min,噴涂距離IOOmm,每個過渡層厚度為lOOum，梯度過渡層總厚度400um。陶瓷面層采用ZrO2-IOwt% SiC-15wt% Al2O3團(tuán)聚粉末，等離子噴涂工藝參數(shù)與梯 度過渡層制備工藝相同，陶瓷涂層厚度為300um。實施例表明，本實用新型通過采用梯度過渡層加復(fù)合陶瓷材料的方法，制備具有沿涂層深度呈外層富陶瓷而內(nèi)層富MCrAH的梯度分布的復(fù)合防護(hù)涂層。與現(xiàn)有的常規(guī)陶瓷涂層相比，在高溫熔鹽環(huán)境中，本實用新型的防護(hù)涂層間物理性能(尤其是熱膨脹性能)差異更小，抗熱震性能更佳，陶瓷涂層剝落和開裂的趨勢降低，從而延長涂層的使用壽命。該防護(hù)涂層及其制備方法可應(yīng)用于太陽能光熱發(fā)電儲能系統(tǒng)中碳鋼、不銹鋼、Ni基高溫合金的防護(hù)。
權(quán)利要求1.一種太陽能光熱發(fā)電高溫防護(hù)涂層，由粘結(jié)底層、梯度過渡層和陶瓷面層組成，其特征在于所述的梯度過渡層由粘結(jié)底層材料和陶瓷面層材料按照比例梯度變化重疊堆積而成，所述的梯度過渡層設(shè)置在陶瓷面層和粘結(jié)底層之間。
2.如權(quán)利要求I所述的太陽能光熱發(fā)電高溫防護(hù)涂層，其特征在于所述的梯度過渡層沿著粘結(jié)底層至陶瓷面層方向、由3 5層成分含量不同的涂層組合而成。
3.如權(quán)利要求I所述的太陽能光熱發(fā)電高溫防護(hù)涂層，其特征在于所述的粘結(jié)底層厚度為50um 150um ;梯度過渡層中每個成分層厚度為50um 150um,過渡層總厚度150um 750um ;陶瓷面層厚度為200um 400um。
專利摘要本實用新型涉及一種太陽能光熱發(fā)電高溫防護(hù)涂層，由粘結(jié)底層、梯度過渡層和陶瓷面層組成，所述的梯度過渡層由粘結(jié)底層材料和陶瓷面層材料按照比例梯度變化重疊堆積而成。采用本實用新型可以提高涂層抗高溫氧化、抗熱腐蝕性能，并有效地延長涂層使用壽命。
文檔編號C23C4/04GK202465844SQ201120574118
公開日2012年10月3日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者何毅, 劉國敏, 劉平心, 劉明松, 張雷, 殷建平, 田洪增, 郭廷偉 申請人:江蘇太陽寶新能源有限公司