专利名称：铸铁表面喷涂制备抗高温硫化合金层的方法
技术领域：
本发明属于金属表面喷涂技术领域，具体涉及一种铸铁表面喷涂制备抗高 温硫化合金层的方法。
背景技术：
铁基材料(包括钢和铸铁)的高温硫化是炼油、石油化工、火力发电、煤 的气化液化以及各种燃烧炉中普遍存在的一类高温腐蚀。无论是在硫蒸汽还是 在H2S-H2混合气氛中，铁基合金抗高温硫化腐蚀性能较差，迫切需要提高铁基 材料表面的抗高温硫化性能。
以生产CS2化学药品的气化反应炉为例。该炉内炉体由灰铸铁浇注而成， .为分体式结构，即为笼屉式结构。其失效机理为生产CS2的原料木炭及硫磺， 在气化炉内加热到850-950'C进行反应，反应中间产物有大量的S02,H2S气体， 造成内炉体严重的高温硫化腐蚀，铸铁炉壁迅速增厚，特别是笼屉接合面增厚 导致漏气，从而使气化炉报废，使用寿命在7-10个月左右。通常建造新炉体需 要l-2个月。这不仅使设备费用增大，而且停工停产造成很大的经济损失。因 此，提高铸铁表面的抗高温硫化能力，其经济意义十分重要。
目前国内外防止硫化腐蚀的方法集中在整体材料的选材上，主要是在现有 的Cr-Mo钢、Fe-Cr 、 Fe-Cr-Ni等钢种的基础上通过微合金化来进一步改善 其抗硫化性能。如国外对700-I000。C温度范围，硫腐蚀最强烈的H2S-H2-H20 环境中，在常用的Fe-25Cr、 Fe-25Cr-Ni铁基合金中添加2%A1 (或Si)，由于 在氧化膜和基体界面间产生八1203(或Si02)阻挡层，使硫难以扩散进入合金基 体中，从而改善了硫的腐蚀性，而且加入A1比加入Si更有效。我国针对硫化 环境幵发的含铝和钼钢，例如15AlMoWTi， Cr6AlMo， 12AlMoV, 12Cr2AlMoV
4等在工业使用中均取得了成效。然而，整体选用合金材料，虽然能够满足抗高 温硫化的性能要求，但势必使制造成本大大增加。
随着表面防护技术的不断提高，采用合金涂层提高抗硫化腐蚀能力受到国
内外研究者的广泛关注。如David, Toylor等研究中心针对汽轮机受硫化腐蚀最 严重的叶片，在其表面涂敷一层CoCrAlY。由于在其表面生成一种抑制Co生 成Co的硫化物的抗硫化腐蚀的o相、A1203和富Y相，从而改善了叶片的表面 热腐蚀性。虽然Co基合金造价很高，但由于仅仅在叶片表面形成涂层，成本 则明显降低。与CoCrAlY合金相比，Fe-Cr-Al合金价格低廉，且具备优良的抗 硫化、抗氧化性能。其机理主要是由于硫化铁中含有稳定的尖晶石型FeCr2S4， 而且随着Cr含量的增加，FeCr2S4含量增加，抗硫化性能会进一步提高。当Cr 含量大于12%时，抗H2S腐蚀速率明显降低。Al的作用是由于形成的A1203 阻挡层抑制了基体金属阳离子的向外扩散，从而减少了合金的腐蚀，尤其对 H2S的抗蚀效果最佳。如果能在铸铁表面成功制备FeCrAl合金涂层，将能够大 大延长铸铁零部件在高温硫化环境中的使用寿命。经检索，有关在铸铁表面喷 涂制备FeCrAl合金以提高抗硫化腐蚀的方法未见有报道。
发明内容
本发明的目的是针对现有铸铁零部件表面抗高温硫化性能差的问题，而研 制一种铸铁表面喷涂制备抗高温硫化合金层的方法，本发明要解决的问题是提 出一种采用亚音速氧乙炔火焰粉末喷涂与高速电弧线材喷涂复合方法在铸铁 表面制备抗高温硫化合金层的工艺方法。采用这种方法，可在铸铁零部件表面 获得抗高温硫化能力的合金涂层，满足铸铁零部件在高温硫化条件下使用的要 求。
本发明的主要技术方案是采用镍铝复合粉末作为打底层，用FeCrAl线材 作为工作层。具体地说，是在铸铁表面经过预处理后，采用亚音速氧乙炔焰热 喷涂工艺对其进行打底层喷涂，在其上再采用高速电弧线材喷涂工艺进行工作层喷涂，以实现提高铸铁零部件表面的抗高温硫化的目的。
本发明所述的在铸铁零部件表面喷涂制备抗高温硫化合金层的方法，包括 以下步骤
第一步、喷涂前对铸铁工件表面进行预处理，预处理是指对铸铁工件待喷 涂表面进行喷砂处理或车削加工，以去除铸铁表面的油污和锈蚀，并使之露出 洁净粗化的金属表面；
第二步、采用亚音速氧乙炔焰热喷涂方法对铸铁工件表面喷涂打底层，其 工艺参数为氧气压力0.4MPa 0.9MPa，乙炔压力0.06 MPa 0.12MPa，喷涂 距离140mm 200mm，送粉量50g/min 100g/min，喷涂角度75° 90° ，获 得的打底层厚度100"m 150um;
第三步、釆用高速电弧线材喷涂方法对铸铁工件表面喷涂工作层，其工艺 ^数为喷涂电压32V 35V，喷涂电流160A 180A，喷涂距离180 220mm, 喷涂气压0.6 0.8MPa，喷涂角度75。 90° ，获得的工作层厚度100 u m 150 tt m。
工作层以第三步方法和条件重复喷涂3 4层。
进一步，第二步所述的打底层采用镍铝复合粉末，粉末粒度为-100 +320 目，其成分以质量百分比计为Ni 78-90°/。wt， A110-22%wt。
进一步，第二步所述的工艺参数优选氧气压力0.5MPa 0.8MPa，乙炔 压力0.08 MPa 0.10MPa，喷涂距离160mm 180mm，送粉量65g/min 《5g/min，喷涂角度80° 85。。
进一步，第三步所述的工作层为FeCrAl线材制备，线材直径为^2mm， 其成分以质量百分比计为0 26%， A16%，其余为Fe。
进一步，第三步所述的工艺参数优选喷涂电压33V 34V，喷涂电流 165A 175A，喷涂距离190 210mm，喷涂气压0.65 0.75MPa，喷涂角度为 80° 85° 。'本发明的积极效果是
1.本发明提出的在铸铁表面喷涂制备抗高温硫化合金层的方法，是采用镍 铝复合粉末作为打底层，这种粉末为自发热型材料，在喷涂过程中，当被火焰 加热到铝的熔点(660°C)以上时，Ni，Al之间化学反应剧烈，放出大量的热量， 它一方面有利于涂层与铸铁基体获得足够的结合强度，另一方面也为在其上喷 涂工作层提供粗糙和洁净的活性表面，有利于提高工作层与打底层之间的结合 强度。
，2.采用本发明所述的在铸铁表面喷涂制备抗高温硫化合金层的方法获得 的打底层和工作层，在高温工况条件下，打底层与基体、打底层与工作层之间 会发生互扩散，形成冶金结合，结合强度进一步提高。
3. 采用本发明所述的在铸铁表面喷涂制备抗高温硫化合金层的方法获得 的打底层和工作层组织致密，孔隙率低，双重防护层能有效阻止含硫气体渗入 对铸铁基体的高温腐蚀。
4. 本发明所述的在铸铁表面喷涂制备抗高温硫化合金层的方法，由于合金 .层中的Al形成的八1203阻挡层抑制了基体金属阳离子的向外扩散，从而减少了
合金的腐蚀，尤其对H2S的抗蚀效果最佳。Fe， Cr与S形成稳定的尖晶石型 FeCr2S4，而且随着Cr含量的增加FeCr2S4含量增加，抗硫化性能进一步提高。 当Cr含量大于12%时，抗H2S腐蚀速率明显降低。
5. 与整体抗高温硫化材料相比，采用本发明所述的在铸铁表面喷涂制备抗 高温硫化合金层的方法制备的铸铁零部件，成本低廉，且具有优良的抗高温硫 化性、抗氧化性和良好的耐磨性等，能大大提高铸铁零部件在高温硫化环境下 的使用寿命。同时，本发明所述的技术还具有操作简便、适用性强的特点，可 节省高合金材料，便于推广使用。
具体实施例方式
以下结合实施例对本发明作进一步的详细说明。实施例l:
取厚度为40咖，直径为0200mm的圆盘型铸铁件，在其表面喷涂制备抗高
温硫化合金层的工艺步骤为
'第一步、对铸铁件表面进行车削加工，去除表面的油污和锈蚀，并使之露 出洁净粗化的金属表面。
第二步、采用亚音速氧乙炔焰热喷涂方法，在铸铁件表面喷涂厚度为120 um 140um的镍包铝合金粉末打底层，打底层采用镍包铝复合粉末，粉末粒 度为-100 +320目，其成分以质量百分比计为Ni 78-82°/。wt， A118-22%wt; 工艺参数为氧气压力0.6MPa 0.8MPa，乙炔压力0.08 MPa 0.10MPa，喷涂 距离160mm 180mm，送粉量80g 100g/min，喷涂角度80° 85° 。
第三步、采用高速电弧线材喷涂方法，在打底层上喷涂厚度为100um 120Pm的FeCrAl工作层，工作层为FeCrAl线材制备，线材直径为^2mm， 其成分以质量百分比计为Cr26%， AI6%，其余为Fe;工作层重复喷涂3 4 层，工艺参数为喷涂电压32V，喷涂电流160A,喷涂距离180 mm 200mm， 喷涂气压0.7MPa，喷涂角度80。 85° 。
实施例2:
取厚度为40mm，长、宽尺寸为300mraX200咖的铸铁板材，在其表面喷涂 制备抗高温硫化合金层，工艺步骤为
'第一步、用手动砂轮打磨铸铁件表面，去除表面的油污和氧化皮，并使之 露出洁净粗化的金属表面。
第二步、采用亚音速氧乙炔焰热喷涂方法，在铸铁件表面喷涂厚度为120 um 140ixm的铝包镍合金粉末打底层，打底层采用铝包镍复合粉末，粉末粒 度为-150 +320目，其成分以质量百分比计为Ni85-爆wt， Al 10-15%wt; 工艺参数为氧气压力0.5MPa 0.7MPa，乙炔压力0.06 MPa 0.09MPa，喷涂 距离180mm 200mm,送粉量100g 120g/min，喷涂角度80° 85° 。第三步、采用高速电弧线材喷涂方法，在打底层上喷涂厚度为120um 140"m的FeCrAl工作层，工作层为FeCrAl线材制备，线材直径为^2mm， 其成分以质量百分比计为Cr26%， A16°/。，其余为Fe;工作层重复喷涂3 4 层，工艺参数为喷涂电压33V，喷涂电流170A，喷涂距离200 220mm，喷 涂气压0.8MPa，喷涂角度80。 85° 。
实施例3:
取厚度为50mra，长、宽尺寸为600mmX300 mm的铸铁板材，在其表面喷涂 制备抗高温硫化合金层，工艺步骤为
第一步、用手动砂轮打磨铸铁件表面，去除表面的油污和氧化皮，并使之 露出洁净粗化的金属表面。
第二步、采用亚音速氧乙炔焰热喷涂方法，在铸铁件表面喷涂厚度为120 um 140nm的镍包铝合金粉末打底层，打底层采用镍包铝复合粉末，粉末粒 度为-150 +320目，其成分以质量百分比计为Ni80%wt， A120%wt;工艺参 数为氧气压力0.7MPa 0，8MPa，乙炔压力0.09 MPa 0.12MPa，喷涂距离 2'00mm 220mm，送粉量130g 150g/min，喷涂角度85。 90° 。
第三步、采用高速电弧线材喷涂方法，在打底层上喷涂厚度为130nm 150Pm的FeCrAl工作层，工作层为FeCrAl线材制备，线材直径为02mm， 其成分以质量百分比计为Cr26%， A16%，其余为Fe;工作层重复喷涂3 4 层，工艺参数为喷涂电压35V，喷涂电流180A，喷涂距离200 220mm,喷 涂气压0.8MPa，喷涂角度80。 85° 。
本发明的实施，能够在铸铁零部件表面获得结合牢固的FeCrAl合金喷涂 层，可用于铸铁零部件表面抗高温硫化合金层的制备。
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权利要求
1、一种铸铁表面喷涂制备抗高温硫化合金层的方法，其特征在于该方法包括以下步骤第一步、喷涂前对铸铁工件表面进行预处理，预处理是指对铸铁工件待喷涂表面进行喷砂处理或车削加工，以去除铸铁表面的油污和锈蚀，并使之露出洁净粗化的金属表面；第二步、采用亚音速氧乙炔焰热喷涂方法对铸铁工件表面喷涂打底层，其工艺参数为氧气压力0.4MPa～0.9MPa，乙炔压力0.06MPa～0.12MPa，喷涂距离140mm～200mm，送粉量50g/min～100g/min，喷涂角度为75°～90°，获得的打底层厚度100μm～150μm；第三步、采用高速电弧线材喷涂方法对铸铁工件表面喷涂工作层，其工艺参数为喷涂电压32V～35V，喷涂电流160A～180A，喷涂距离180～220mm，喷涂气压0.6～0.8MPa，喷涂角度75°～90°，获得的工作层厚度100μm～150μm，工作层重复喷涂3～4层。
2、 根据权利要求1所述的铸铁表面喷涂制备抗高温硫化合金层的 '方法，其特征在于第二步所述的打底层采用镍铝复合粉末，粉末粒度为-100 +320目，其成分以质量百分比计为Ni 78-90%wt，Al 10-22%wt。
3、根据权利要求1或2所述的铸铁表面喷涂制备抗高温硫化合 金层的方法，其特征在于第二步所述的工艺参数优选氧气压力 0.5MPa 0.8MPa,乙炔压力0.08 MPa 0.10MPa，喷涂距离160mm 180mm，送粉量65g/min 85g/min，喷涂角度为80° 85° 。
4、根据权利要求1所述的铸铁表面喷涂制备抗高温硫化合金层的方法，其特征在于第三步所述的工作层为FeCrAl线材制备，线材直 径为^2mm，其成分以质量百分比计为Cr26%， Al 6%,其余为Fe。
5、根据权利要求1或4所述的铸铁表面喷涂制备抗高温硫化合金层 的方法，其特征在于第三步所述的工艺参数优选喷涂电压33V 34V， 喷涂电流165A 175A，喷涂距离190 210mm，喷涂气压0.65 0.75MPa，喷涂角度为80° 85° 。
全文摘要
本发明属于金属表面喷涂技术领域，本发明提供了一种铸铁表面喷涂制备抗高温硫化合金层的方法，包括以下步骤(1)喷涂前对铸铁工件表面进行预处理，并使之露出洁净粗化的金属表面；(2)采用亚音速氧乙炔焰热喷涂方法对铸铁工件表面喷涂打底层，打底层采用镍铝复合粉末；(3)采用高速电弧线材喷涂方法对铸铁工件表面喷涂FeCrAl工作层。本发明所述的技术具有操作简便、适用性强的特点，可节省高合金材料，便于推广使用。与整体抗高温硫化材料相比，采用本发明方法制备的铸铁零部件，成本低廉，且具有优良的抗高温硫化性和良好的耐磨性等，能大大提高铸铁零部件在高温硫化环境下的使用寿命。
文档编号C23C4/12GK101575693SQ20091006521
公开日2009年11月11日 申请日期2009年6月18日 优先权日2009年6月18日
发明者苏永安, 袁庆龙 申请人:河南理工大学