專利名稱：防御電站鍋爐過熱器熱腐蝕的金屬碳化物涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬-碳化物涂層，特別涉及一種防御電站鍋爐過熱器耐熱鋼管“低溫(600～650℃)熱腐蝕”的等離子噴涂金屬-碳化物復(fù)合涂層。
火電廠鍋爐“四管”(水冷壁管，省煤氣管，過熱器管，再熱器管)爆裂問題一直是影響電廠安全、穩(wěn)定發(fā)電并造成巨大經(jīng)濟(jì)損失的主要原因之一。據(jù)統(tǒng)計，由于“四管”爆裂引起的非計劃停運事故占發(fā)電廠全部非計劃停運60％以上。鍋爐四管中處于鍋爐高溫、高壓段的過熱器管由于工作條件最為惡劣，更是爆管的多發(fā)區(qū)、易發(fā)區(qū)，約占整個四管爆破的50％以上。
為了減少過熱器爆管，以往大量的研究工作多認(rèn)為爆管的主要原因是管材短期超溫和長期過熱運行所致，因而多從提高鋼管的耐熱等級，改進(jìn)抗高溫氧化能力和提高管材組織穩(wěn)定性出發(fā)，建議更換更高等級的耐熱鋼管。但是，當(dāng)使用溫度達(dá)到620℃以上后，再進(jìn)一步提高管材的熱強度是十分有限的，而成本卻會大大增加。
本發(fā)明人根據(jù)從秦嶺發(fā)電廠國產(chǎn)DG670/140型煤粉燃燒鍋爐過熱器經(jīng)常爆管的部位取樣，對爐管表面腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，該部位的過熱器鋼管(國產(chǎn)鋼研102貝氏體耐熱鋼管)發(fā)生了嚴(yán)重的低溫(600℃左右)熱腐蝕現(xiàn)象。通過模擬現(xiàn)場工況的熱腐蝕動力學(xué)試驗，探明了102鋼管的熱腐蝕速率高達(dá)0.8～1.0mg/cm2·h，并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，由表面腐蝕引起的鋼管熱強度下降比由管材基體組織熱衰退引起強度下降更為顯著，因此熱腐蝕是引發(fā)過熱器管爆管的主要原因之一。
對此我們認(rèn)為，既然熱腐蝕是引起爆管的主要因素，而腐蝕都是從表面開始的，因此采用涂層保護(hù)的方法隔離腐蝕介質(zhì)，一定能夠有效減少鍋爐爆管。
本發(fā)明的目的就是針對過熱器管熱腐蝕機制，研制出一種具有優(yōu)異抗熱腐蝕的涂層體系，保護(hù)過熱器管免遭熱腐蝕，從而大大減少過熱器爐管的爆管事故。
本發(fā)明包括底層(粘結(jié)層)，面層(工作層)和表面高溫封孔層。其中底層主要為Ni-Cr-Al合金，除了具有提高涂層結(jié)合力的作用還具有良好的抗熱腐蝕性能。面層選用金屬-碳化物涂層，除了可保證涂層有優(yōu)異的耐熱腐蝕性能之外，添加碳化物有助于進(jìn)一步提高涂層的高溫穩(wěn)定性和高溫硬度，以防攜帶少量灰粉微粒的高速煙氣對涂層的熱沖蝕磨損。為了進(jìn)一步提高涂層的防護(hù)性，采用耐溫為700℃的高溫封孔劑對涂層進(jìn)行封閉處理。
底層為Ni-Cr-Al合金，其中Cr含量30～40％，Al含量6～8％，其余為Ni，底層厚度選擇在0.08～0.12mm。
面層為NiCr-Cr3C2和NiCrAl混合涂層，其中NiCr-Cr3C2金屬碳化物的含量在60～70％，其余為NiCrAl，面層厚度為0.25～0.30mm。
表面封孔層主要為有機硅系高溫樹脂，加5～12％的超細(xì)鋁粉，表面封孔層用刷涂的方法涂至0.02～0.04mm的厚度。
本發(fā)明的工藝過程如下首先選用20～40目金剛砂對爐管表面進(jìn)行噴砂，清潔基體表面直至露出銀灰色的金屬本色，并形成15～25μm的粗糙度，緊接著噴涂Ni-Cr-Al粘結(jié)層，然后噴涂NiCr-Cr3C2金屬-碳化物涂層(面層)，最后刷涂高溫封孔層。
實施例噴涂設(shè)備選用美國METCO公司9M型高能等離子噴涂機，噴槍為9MB型等離子噴槍，送粉器選用4MP雙斗自動送粉器，噴涂工藝參數(shù)如下(等離子氣體為Ar-H2)
本發(fā)明制備的金屬-碳化物復(fù)合涂層經(jīng)實驗室模擬鍋爐熱腐蝕工況的對比試驗測得，經(jīng)涂層保護(hù)的鋼研102過熱器管抗熱腐蝕性能比未經(jīng)涂層保護(hù)的102鋼管提高20～30倍，在秦嶺電廠4臺鍋爐上現(xiàn)場試驗表明，過熱器管的爆管次數(shù)下降70％以上。
本發(fā)明除在鍋爐過熱器應(yīng)用外，還可用于防御鍋爐再熱器管以及化工、造紙、建材、煉油廠等大型燃煤、燃油鍋爐管的高溫腐蝕和熱腐蝕。
權(quán)利要求
1.防御電站鍋爐過熱器腐蝕的金屬碳化物涂層，包括和金屬基體相粘結(jié)的底層，底層上配置有面層，面層上配置有表面封孔層。本發(fā)明的特征是，所說的底層為Ni-Cr-Al合金，所說的面層為NiCr-Cr3C2和NiCrAl混合涂層，所說的表面封孔層為有機硅系高溫樹脂加5～12％的超細(xì)鋁粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬碳化物涂層，其特征在于，所說的Ni-Cr-Al合金中，Cr含量為30～40％，Al含量為6～8％，其余為Ni。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬碳化物涂層，其特征在于，所說的面層中NiCr-Cr3C2金屬碳化物的含量為60～70％，其余為NiCrAl。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的金屬碳化物涂層，其特征在于，所說的底層厚度為0.08～0.12mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的金屬碳化物涂層，其特征在于，所說的面層厚度為0.25～0.30mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬碳化物涂層，其特征在于，所說的表面封孔層的厚度為0.02～0.04mm。
全文摘要
一種防御電站鍋爐過熱器熱腐蝕的金屬碳化物涂層，包括和金屬基體相粘結(jié)的Ni-Cr-Al合金底層，底層上配置有由NiCr-Cr
文檔編號C23C4/08GK1147565SQ9611869
公開日1997年4月16日 申請日期1996年6月6日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月6日
發(fā)明者韓志海, 陳華, 陳利利 申請人:西安交通大學(xué)