专利名称：铁基耐氯腐蚀电弧喷涂粉芯线材的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电弧喷涂涂层用粉芯线材，属于材料加工工程中的热喷涂技术领 域，主要用于垃圾焚烧循环流化床锅炉中受热金属管壁的表面防护。
背景技术：
近年来，由于固体废弃物生活垃圾对环境造成了恶劣的影响，垃圾的处理问题已 经成为全球性的环境问题。目前，国内外处理生活垃圾的方法主要有焚烧法、堆肥法、填埋 法、无害化综合处理法。其中焚烧垃圾发电是实现生活垃圾资源化、减量化和无害化的最有 效途径，符合低碳、节能和环保的社会发展要求，是垃圾处理的必然发展趋势，现正在我国 进行大力推广。但是许多垃圾中都含有氯元素，由于氯元素的存在使垃圾焚烧锅炉金属受热管表 面的腐蚀要比传统的燃煤、燃油锅炉严重得多，导致的事故频发率也大大增加，这已经成为 限制垃圾焚烧发电技术发展的一个瓶颈，严重影响了垃圾焚烧锅炉的安全运行。因此，解决 焚烧垃圾锅炉受热金属管壁的高温腐蚀问题已经迫在眉睫。采用电弧喷涂技术对锅炉受热管面进行防护，是目前采用的一种最为经济、有效 的防护措施。但是，由于垃圾焚烧发电是一项刚发展起来的新技术，在此之前，几乎所有的 电弧喷涂丝材都是为燃煤锅炉而设计的，所以这些喷涂材料的在垃圾焚烧锅炉中的耐腐蚀 性能很不理想。目前唯一在垃圾焚烧锅炉中耐腐蚀性能比较好的电弧喷涂材料是镍铬钛合 金实心丝，其成分为铬45%，镍51 %，钛4%，由于其合金元素含量高，且不含有铁元素，所 以其耐高温氧化和抗热腐蚀性好。但是镍铬钛合金实心丝成本很高，价格昂贵，很难大范围 推广使用。因此，垃圾焚烧锅炉防腐工程中急需防腐性能优良、成本更加低廉的电弧喷涂丝 材。
发明内容
本发明在于提供一种用于垃圾焚烧循环流化床锅炉中受热金属管壁表面防护的 铁基电弧喷涂粉芯丝材，在具有良好的耐腐蚀和抗氧化性能的前提下，大幅度降低喷涂丝 材的成本，使其在垃圾焚烧循环流化床锅炉防护中能获得更广泛的应用。本发明所提供的铁基电弧喷涂粉芯线材，其特征在于，所述的粉芯线材采用不锈 钢外皮包裹粉芯；所述的粉芯占线材的质量百分比为29-35% ；所述的粉芯各组分及其质 量百分含量范围如下金属镍32-44% ；金属铬23-34% ；金属铝6. 4-12% ；镍铝合金 0-9% ；金属钼5. 4-16% ；钼铁0-8% ；稀土 2-8. 3% ；稀土质量百分成分为铈48. 8%、钕 34. 7%,Μ 14. 8%，还有1.7%的氧化铁。本发明的制备方法采用现有的粉芯线材制备技术，包括以下步骤1、将规格为厚0.3mmX宽IOmm的不锈钢带轧成U型，向U型槽中加入所述的粉芯 粉末，填入的粉芯占线材的质量百分比为29-35% ；2、将U行槽合口，通过拉丝模逐道拉拔、减径，最后得到直径为2. Omm的最终产品。
试验方法高温氧化实验，是根据国际GB/T 10125-88标准进行的，使用的加热设备是上海 电炉厂生产的SX2-5-17箱式电阻炉，采用不带基体的纯涂层试样和低碳20G钢，试验温度 为650°C。首先测量试样的表面积，称量出试样的初始质量，将涂层试样以及对比试样一起 放入电阻炉内进行氧化实验。采用增重法来定量表示试样的氧化反应速率。质量测量采用 的是北京赛多利斯仪器公司的BS2202S电子天平，精确到O.OOOlg。总氧化时间100h，每隔 IOh取出试样进行一次称重，冷却到室温后测量并记录，将增重量除以试样表面积，得到单 位表面积氧化增重与氧化时间之间的关系，通过数据整理计算、绘制最后得到图3中所示 的高温氧化腐蚀增重曲线图。高温氯化腐蚀试验，使用的加热设备是上海电炉厂生产的SX2-5-17箱式电阻炉， 采用不带基体的纯涂层试样和低碳20G钢，试验温度为650°C。首先测量试样的表面积，将 试样预热后涂上分析纯ZnCl2-KCl (摩尔比为55 45)配制的饱和水溶液，然后烘干脱水 称重，试样表面涂盐量最后控制在2-3mg/cm2左右。称量出试样的初始质量，将涂层试样以 及对比试样一起放入电阻炉内。采用增重法来定量表示试样的腐蚀反应速率。质量测量采 用的是北京赛多利斯仪器公司的BS2202S电子天平，精确到O.OOOlg。总腐蚀时间100h，每 隔IOh取出试样进行一次称重，冷却到室温后测量并记录，将增重量除以试样表面积，得到 单位表面积氯化腐蚀增重与时间之间的关系，通过数据整理计算、绘制最后得到图4中所 示的高温氯化腐蚀增重曲线图。盐雾腐蚀性能测试，按照国标GB/T10125-88，在上海仪器设备有限公司出产的 FQYO15盐雾试验箱内进行人造气氛中的盐雾腐蚀试验。试验条件盐水浓度NaCl (50士5) g ·厂1，盐雾箱内温度为(35士2) °C，盐雾沉降率(0.01625 0.0212)ml · h-1 · cm_2，喷雾方 式为每IOh为一周期的连续喷雾，停喷14h，24h取出清洗、烘干、称量，总腐蚀时间100h。质 量测量采用的是北京塞多利斯仪器公司生产的BS2202S电子天平，精确到0. OOOlgo每隔 24h取出试样进行一次称重，烘干、冷却到室温后测量并记录，将增重量除以试样表面积，得 到单位表面积氯化腐蚀增重与时间之间的关系，通过数据整理计算、绘制最后得到图5中 所示的盐雾腐蚀增重曲线图。在上述试验中，选用国产市售镍铬钛合金实心丝(PS45)涂层和20G低碳钢，与所 研制的铁基耐氯腐蚀电弧喷涂粉芯线材涂层的抗氧化性能和耐腐蚀性能进行对比。
图1 实施实例1制备的铁基耐氯腐蚀电弧喷涂涂层的截面微观形貌。图2 实施实例2制备的铁基耐氯腐蚀电弧喷涂涂层的XRD图谱。图3 实施实例1、2、3、4制备的铁基耐氯腐蚀电弧喷涂涂层、未经喷涂的20G低碳 钢和实心丝材PS45涂层在650°C条件下的高温氧化动力曲线。图4 实施实例1、2、3、4制备的铁基耐氯腐蚀电弧喷涂涂层、未经喷涂的20G低碳 钢和实心丝材PS45涂层在650°C条件下的高温氯化腐蚀动力曲线。图5 实施实例1、2、3、4制备的铁基耐氯腐蚀电弧喷涂涂层、未经喷涂的20G低碳 钢和实心丝材PS45涂层在35°C条件下的盐雾腐蚀增重曲线。
具体实施例方式以下实施例子中稀土为锦州宏达合金有限公司生产富铈型稀土，成分为铈 48. 8%、钕34. 7%，镧14.8%，还有1.7%的氧化铁。镍铝合金(镍占48%)、钼铁(钼镍占 60% )为宜兴市晨光粉末冶金厂出售成分固定均勻合金粉末；粒度60-100目。以上百分 比均为质量百分比。实施例1取用金属镍粉末437克、铬粉230克、铝粉120克、镍铝合金粉末52克、钼粉54 克、钼铁45克、稀土 62克(所取粉末的粒度为能通过60目的筛子)。将所取各种粉末放 入混粉机内混合10分钟。选用规格为厚0. 3mmX宽IOmm的304L不锈钢钢带，先将其轧成 U型，然后将混合粉末加入U型的304L不锈钢钢带槽中，填充率为29%。将U型槽合口，再 经过拉丝模逐渐减径使其直径达到2. Omm0喷涂工艺为电弧喷涂电流180-200A、喷涂电压 30-32V、喷涂气压0. 6MP、喷涂距离150_200mm。涂层的截面微观形貌见图1 ；实施例1涂层、 20G低碳钢和市售实心丝材PS45涂层的耐高温氧化性能对比曲线、耐高温氯化腐蚀性能对 比曲线和盐雾腐蚀性能对比曲线分别见图3、图4、图5。实施例2取用金属镍粉末320克、铬粉338克、铝粉106克、钼粉158克、钼铁58克、稀土 20 克(所取粉末的粒度为能通过60目的筛子)。将所取各种粉末放入混粉机内混合10分钟。 选用规格为厚0. 3mmX宽IOmm的304L不锈钢钢带，先将其轧成U型，然后将混合粉末加入 U型的304L不锈钢钢带槽中，填充率为32%。将U型槽合口，再经过拉丝模逐渐减径使其直 径达到2. 0mm。喷涂工艺为喷涂电流180-200A、喷涂电压30-32V、喷涂气压0. 6MP、喷涂距 离150-200mm。实施例2涂层的XRD图谱见图2 ；实施例2涂层、20G低碳钢和市售实心丝材 PS45涂层的耐高温氧化性能对比曲线、耐高温氯化腐蚀性能对比曲线和盐雾腐蚀性能对比 曲线分别见图3、图4、图5。实施例3取用金属镍粉末368克、铬粉280克、铝粉97克、镍铝合金粉末90克、钼粉82克、 稀土 83克(所取粉末的粒度为能通过60目的筛子)。将所取各种粉末放入混粉机内混合 10分钟。选用规格为厚0. 3mmX宽IOmm的304L不锈钢钢带，先将其轧成U型，然后将混 合粉末加入U型的304L不锈钢钢带槽中，填充率为35%。将U型槽合口，再经过拉丝模逐 渐减径使其直径达到2. 0mm。喷涂工艺为喷涂电流180-200A、喷涂电压30-32V、喷涂气压 0. 6MP、喷涂距离150-200mm。实施例3涂层、20G低碳钢和市售实心丝材PS45涂层的耐高 温氧化性能对比曲线、耐高温氯化腐蚀性能对比曲线和盐雾腐蚀性能对比曲线分别见图3、 图4、图5。实施例4取用金属镍粉末427克、铬粉260克、铝粉64克、镍铝合金粉末72克、钼粉70克、 钼铁40克、稀土 67克(所取粉末的粒度为能通过60目的筛子)。将所取各种粉末放入混 粉机内混合10分钟。选用规格为厚0. 3mmX宽IOmm的304L不锈钢钢带，先将其轧成U型， 然后将混合粉末加入U型的304L不锈钢钢带槽中，填充率为30%。将U型槽合口，再经过 拉丝模逐渐减径使其直径达到2. 0mm。喷涂工艺为喷涂电流180-200A、喷涂电压30-32V、 喷涂气压0. 6MP、喷涂距离150-200mm。实施例4涂层、20G低碳钢和市售实心丝材PS45涂层的耐高温氧化性能对比曲线、耐高温氯化腐蚀性能对比曲线和盐雾腐蚀性能对比曲线分 别见图3、图4、图5。实施实例1、2、3、4制备的铁基耐氯腐蚀电弧喷涂涂层、未经喷涂的20G低碳钢和 实心丝材PS45涂层的性能对比见表1。由表1和图3可见，所研制的铁基耐氯腐蚀电弧喷涂粉芯丝材的耐高温氧化性能， 远高于20G低碳钢，是20G低碳钢的18. 6倍；略低于镍铬钛合金实心丝PS45涂层，是镍铬 钛合金实心丝PS45涂层的0. 752倍。由表1和图4可见，所研制的铁基耐氯腐蚀电弧喷涂粉芯丝材的耐高温氯化腐蚀 性能，远高于20G低碳钢，是20G低碳钢的12. 5倍；略低于镍铬钛合金实心丝PS45涂层，是 镍铬钛合金实心丝PS45涂层的0. 703倍。由表1和图5可见，所研制的铁基耐氯腐蚀电弧喷涂粉芯丝材的盐雾腐蚀性能，远 高于20G低碳钢，是20G低碳钢的14. 5倍；略低于镍铬钛合金实心丝PS45涂层，是镍铬钛 合金实心丝PS45涂层的0. 754倍。上述试验结果表明，所研制的铁基耐氯腐蚀电弧喷涂粉芯丝材所制备的涂层的结 构均勻、致密，在含有大量铁元素的条件下，仍然获得了良好的抗高温氧化性能和耐腐蚀性 能，其抗高温氧化性能、耐氯化腐蚀性能和耐盐雾腐蚀性能远高于20G低碳钢，虽然比镍铬 钛合金实心丝PS45略差，但已经相当接近，特别是材料制作成本只有镍铬钛合金实心丝 PS45的40%多，成本大幅度下降，性价比明显提高，具有很强的经济实用性。表1 实施实例1、2、3、4制备的铁基耐氯腐蚀电弧喷涂涂层、未经喷涂的20G低碳 钢和实心丝材PS45涂层的相对抗氧化性能和耐腐蚀性能对比。表1实施例涂层与20G钢和PS45实心丝涂层的性能对比
\^施例123420GPS4520GPS4520GPS4520GPS45氧化16.70.73417.50.74118.60.75215.80.721涂盐热腐蚀11.30.68710.70.67712.50.70310.10.653盐雾腐蚀13.40.70112.10.65614.50.75412.80.679
权利要求
铁基耐氯腐蚀电弧喷涂粉芯线材，其特征在于，所述的粉芯线材采用不锈钢外皮包裹粉芯；所述的粉芯占线材的质量百分比为29 35％；所述的粉芯各组分及其质量百分含量范围如下金属镍32 44％；金属铬23 34％；金属铝6.4 12％；镍铝合金0 9％；金属钼5.4 16％；钼铁0 8％；稀土2 8.3％；稀土质量百分成分为铈48.8％、钕34.7％，镧14.8％，还有1.7％的氧化铁。
全文摘要
铁基耐氯腐蚀电弧喷涂粉芯线材，属于材料加工工程中的热喷涂技术领域，主要用于垃圾焚烧循环流化床锅炉中受热金属管壁的表面防护。本发明所提供的粉芯线材采用不锈钢外皮包裹粉芯；所述的粉芯占线材的质量百分比为29-35％；所述的粉芯各组分及其质量百分含量范围如下金属镍32-44％；金属铬23-34％；金属铝6.4-12％；镍铝合金0-9％；金属钼5.4-16％；钼铁0-8％；稀土2-8.3％。所研制的铁基耐氯腐蚀电弧喷涂粉芯丝材所制备的涂层的结构均匀、致密，在含有大量铁元素的条件下，其抗高温氧化性能、耐氯化腐蚀性能和耐盐雾腐蚀性能远高于20G低碳钢，且大幅度降低喷涂丝材的成本。
文档编号C23C4/06GK101994076SQ201010571010
公开日2011年3月30日 申请日期2010年11月26日 优先权日2010年11月26日
发明者李国栋, 李红, 李辉, 王瑞, 魏琪 申请人:北京工业大学