专利名称：一种用于碳钢和低合金钢的抗高温氧化及热腐蚀的方法
技术领域：
本发明涉及金属防护技术，特别提供了一种用于碳钢和低合金钢的抗高温氧化及热腐蚀的表面涂层技术。
背景技术：
碳钢和低合金钢广泛应用于机械制造及建筑等领域。在加热炉、烟道等的高温、氧化、腐蚀性环境的综合作用下，碳钢和低合金钢构件的表面氧化腐蚀严重，使用寿命受到严重影响。因此，寻找一种能提高碳钢和低合金钢的抗高温氧化和热腐蚀能力的方法，有着重要意义。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可以极大地提高碳钢和低合金钢的抗高温氧化及热腐蚀能力的方法。本发明的目的通过下述技术方案予以实现。首先在碳钢和低合金钢表面制备一厚度为10_200μ mWi^CrM涂层，Cr在涂层中的重量百分比大于12%，M为Ni或Mo或Al ；再在!^eCrM涂层的表面烧制一厚度为 30-150 μ m的搪瓷涂层，搪瓷涂层成分的重量百分比为: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%。本发明碳钢和低合金钢抗高温氧化及热腐蚀的方法中，！^eCrM涂层的厚度优选 40-70 μ m,搪瓷涂层的厚度优选50-80 μ m。本发明碳钢和低合金钢抗高温氧化及热腐蚀的方法中，搪瓷涂层的烧制温度为 1000-1150°C，时间为20-50分钟，然后随炉冷却。本发明碳钢和低合金钢抗高温氧化及热腐蚀的方法中，FeCrM涂层采用火焰喷涂、 等离子喷涂、溅射或PVD制备。本发明使用!^eCrM为中间层，FeCrM的成分属于不锈钢或高温合金范畴，其自身可耐高温氧化及热腐蚀，就可对碳钢和低合金钢提供高温防护。再利用高温烧成的方法在 FeCrM涂层的表面制备一层搪瓷涂层，搪瓷涂层可以抑制氧、硫、氯等离子进入!^eCrM涂层， 从而为!^eCrM涂层提供高温防护。采用该涂层对碳钢实行防护，大大提高了碳钢和低合金钢的抗高温氧化及热腐蚀性能，且综合成本低廉。
具体实施例方式实施例1在Q235碳钢表面使用火焰喷涂法制备一层厚为10 μ m的!^eCrNi涂层，其中Cr含量为 12. 5%，Ni 含量为 2% (质量百分比)；再将含 SiO2 78%, Al2O3 16%, B2032%, Na2O 1. 5%, K2O 0. 5%, CaO 0. 5%, MgO 0. 5%，CoO与NiO之和为(质量百分比)的搪瓷粉与水混合，制成悬浮液；然后均勻喷涂于!^eCrNi涂层表面，并在1000°C烧制20分钟，搪瓷涂层厚度为150 μ m。施加涂层后的Q235碳钢在800°C表现出很好的抗氧化和抗热腐蚀能力，氧化/腐蚀10小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加涂层的Q235碳钢在800°C氧化 /腐蚀5小时后即见氧化皮剥落。实施例2在45#钢表面使用火焰喷涂法制备一层厚为200 μ m的!^eCrMo涂层，其中Cr含量为 18%，Mo 含量为 3% (质量百分比)；再将含 SiO2 78%, Al2O3 5%, B2O3 3%, Na2O 3%, K2O 2%, CaO 3%,MgO 2%, Li2O 2%，CoO与NiO之和为2% (质量百分比)的搪瓷粉与水混合，制成悬浮液；然后均勻喷涂于i^eCrMo涂层表面，并在1150°C烧制50分钟，搪瓷涂层厚度为30 μ m。施加涂层后的45#碳钢在700°C表现出很好的抗氧化和抗热腐蚀能力，氧化 /腐蚀15小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加涂层的45#碳钢在700°C氧化/腐蚀10 小时后即见氧化皮剥落。实施例3在16Mn钢表面使用等离子喷涂法制备一层厚为40 μ m的!^eCrAl涂层，其中Cr含量为 13%, Al 含量为 10% (质量百分比)；再将含 SiO2 74%, Al2O3 20%, B2O3 2%, Na2O 1. 5%, K2O 0. 5%, CaO 0. 5%, MgO 0. 5%，CoO与NiO之和为(质量百分比)的搪瓷粉与水混合，制成悬浮液；然后均勻喷涂于i^eCrAl涂层表面，并在1100°C烧制30分钟，搪瓷涂层厚度为30μπι。施加涂层后的16Μη钢在850°C表现出很好的抗氧化和抗热腐蚀能力， 氧化/腐蚀20小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加涂层的16Mn钢在850°C氧化/腐蚀 3小时后即见氧化皮剥落。实施例4在Q345A碳钢表面使用等离子喷涂法制备一层厚为70 μ m的!^eCrNi涂层，其中 Cr含量为17%，Ni含量为5% (质量百分比)；再将含SiO2 77. 5%, Al2O3 15%, B2O3 2%, Na2O 1. 5%, K2O 0. 5%, CaO 0. 5%, MgO 0. 5%, Li2O 1%，CoO 与 NiO 之和为 1. 5% (质量百分比)的搪瓷粉与水混合，制成悬浮液；然后均勻喷涂于!^eCrNi涂层表面，并在1050°C 烧制40分钟，搪瓷涂层厚度为80 μ m。施加涂层后的Q345A钢在750°C表现出很好的抗氧化和抗热腐蚀能力，氧化/腐蚀15小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加涂层的Q345A 钢在750°C氧化/腐蚀5小时后即见氧化皮剥落。实施例5在20MnSi钢表面使用溅射法制备一层厚为100 μ m的!^eCrMo涂层，其中Cr含量为 20%，Mo 含量为 5. 8% (质量百分比)；再将含 SiO2 75%, Al2O3 17. 5%, B2O3 2%, Na2O 1. 5%, K2O 0. 5%, CaO 0. 5%, MgO 0. 5%, Li2O 1 %，CoO 与 NiO 之和为 (质量百分比) 的搪瓷粉与水混合，制成悬浮液；然后均勻喷涂于i^CrMo涂层表面，并在1000°C烧制20分钟，搪瓷涂层厚度为100 μ m。施加涂层后的20MnSi碳钢在800°C表现出很好的抗氧化和抗热腐蚀能力，氧化/腐蚀16小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加涂层的20MnSi钢在 800°C氧化/腐蚀5小时后即见氧化皮剥落。实施例6在45SiMnP钢表面使用溅射法制备一层厚为150 μ m的!^eCrAl涂层，其中Cr含量为 17%，Al 含量为 12% (质量百分比)；再将含 SiA 73%, Al2O3 19. 5%, B2O3 2%, Na2O1. 5%, K2O 0. 5%, CaO 0. 5%, MgO 0. 5%, Li2O 1%, CoO 与 NiO 之和为 1. 5% (质量百分比)的搪瓷粉与水混合，制成悬浮液；然后均勻喷涂于i^eCrAl涂层表面，并在1150°C烧制 50分钟，搪瓷涂层厚度为60 μ m。施加涂层后的45SiMnP钢在800°C表现出很好的抗氧化和抗热腐蚀能力，氧化/腐蚀20小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加涂层的45SiMnP钢在800°C氧化/腐蚀3小时后即见氧化皮剥落。实施例7在16Mng钢表面使用PVD法制备一层厚为20 μ m的FeCrNi涂层，其中Cr含量为 12. 5%，Ni 含量为 12% (质量百分比)；再将含 SiO2 61%,Al2O3 20%,B2O3 5%,Na2O 3%, K2O 2%, CaO 3%,MgO 2%, Li2O 2%，CoO与NiO之和为2% (质量百分比)的搪瓷粉与水混合，制成悬浮液；然后均勻喷涂于!^eCrNi涂层表面，并在1100°C烧制30分钟，搪瓷涂层厚度为120μπι。施加涂层后的16Mng钢在700°C表现出很好的抗氧化和抗热腐蚀能力，氧化/腐蚀20小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加涂层的16Mng钢在700°C氧化/腐蚀 5小时后即见氧化皮剥落。实施例8在16MnR钢表面使用PVD法制备一层厚为30 μ m的FeCrMo涂层，其中Cr含量为 15. 6%，Mo 含量为 6% (质量百分比)；再将含 SiO2 70%, Al2O3 11%, B2O3 5%, Na2O 3%, K2O 2%, CaO 3%,MgO 2%, Li2O 2%，CoO与NiO之和为2% (质量百分比)的搪瓷粉与水混合，制成悬浮液；然后均勻喷涂于i^eCrMo涂层表面，并在1050°C烧制40分钟，搪瓷涂层厚度为50μπι。施加涂层后的16MnR钢在850°C表现出很好的抗氧化和抗热腐蚀能力，氧化 /腐蚀15小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加涂层的16MnR钢在850°C氧化/腐蚀3 小时后即见氧化皮剥落。实施例9在15MnV钢表面使用火焰喷涂法制备一层厚为50 μ m的FeCrAl涂层，其中Cr含量为13%，Al含量为6% (质量百分比)；再将含SiA 64%, Al2O3 20%, B2O3 5%, Na2O 3%,K2O 2%,CaO 3%,MgO 2%，CoO与NiO之和为1 % (质量百分比)的搪瓷粉与水混合， 制成悬浮液；然后均勻喷涂于i^eCrAl涂层表面，并在1000°C烧制20分钟，搪瓷涂层厚度为 SOym0施加涂层后的15MnV钢在750°C表现出很好的抗氧化和抗热腐蚀能力，氧化/腐蚀 20小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加涂层的15MnV钢在800°C氧化/腐蚀4小时后即见氧化皮剥落。实施例10在M565钢表面使用火焰喷涂法制备一层厚为80 μ m的FeCrNi涂层，其中Cr含量为 20%，Ni 含量为 9. 5% (质量百分比)；再将含 SiO2 66%, Al2O3 18%, B2O3 5%, Na2O 3%,K2O 2%,CaO 3%,MgO 2%，CoO与NiO之和为1 % (质量百分比)的搪瓷粉与水混合， 制成悬浮液；然后均勻喷涂于i^eCrM涂层表面，并在1150°C烧制50分钟，搪瓷涂层厚度为 50 μ m。施加涂层后的M565钢在800°C表现出很好的抗氧化和抗热腐蚀能力，氧化/腐蚀 10小时未见搪瓷涂层开裂和剥落，而未施加涂层的M565钢在750°C氧化/腐蚀5小时后即见氧化皮剥落。
权利要求
1.一种用于碳钢和低合金钢的抗高温氧化及热腐蚀的方法，其特征在于先在碳钢或低合金钢基体表面制备一层厚度为10-200μπι Wi^eCrM涂层，Cr在涂层中的重量百分比大于12%，Μ为Ni或Mo或Al ；再在!^eCrM涂层的表面烧制一厚度为30-150 μ m的搪瓷涂层， 搪瓷涂层成分的重量百分比为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.根据权利要求1所述用于碳钢和低合金钢抗高温氧化及热腐蚀的方法，其特征在于=FeCrM涂层的厚度为40-70 μ m。
3.根据权利要求1所述用于碳钢和低合金钢抗高温氧化及热腐蚀的方法，其特征在于搪瓷涂层的厚度为50-80 μ m。
4.根据权利要求1所述用于碳钢和低合金钢抗高温氧化及热腐蚀的方法，其特征在于搪瓷的烧制温度为1000-1150°C，时间为20-50分钟，然后随炉冷却。
5.根据权利要求1所述用于碳钢和低合金钢抗高温氧化及热腐蚀的方法，其特征在于=FeCrM涂层采用火焰喷涂、等离子喷涂、溅射或PVD制备。
6.根据权利要求1所述用于碳钢和低合金钢抗高温氧化及热腐蚀的方法，其特征在于旧在!^eCrM涂层中的重量百分比为2-12%。
全文摘要
一种用于碳钢和低合金钢的抗高温氧化及热腐蚀的方法，其特征在于先在碳钢和低合金钢基体表面制备一层厚度为10-200μm的FeCrM涂层，M为Ni或Mo或Al，其中Cr在涂层中的重量百分比大于12％，M在涂层中的重量百分比为2-12％；再在FeCrM涂层的表面烧制一厚度为30-150μm的搪瓷涂层，搪瓷涂层成分的重量百分比为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涂层本身即可对碳钢和低合金钢提供高温防护，并且搪瓷涂层可以对FeCrM涂层提供防护。该技术可大大提高碳钢和低合金钢的抗高温氧化和热腐蚀性能，且综合成本低廉。
文档编号C23C30/00GK102534618SQ20101062266
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者刘朋, 叶树峰, 周旬, 王晓婧, 陈运法, 魏连启 申请人:中国科学院过程工程研究所