本发明属于耐腐蚀表面涂层制备技术领域，具体涉及一种不锈钢表面锌掺杂铝涂层的制备方法。
背景技术
我国超临界机组装机容量和超临界机组生产技术，现已达到世界顶尖水平，我国计划在未来发展主蒸汽温度为650℃及以上的超超临界发电技术。更高的主蒸汽温度对超超临界机组锅炉不锈钢有着更强的腐蚀性,尤其高温受热面氧化膜生长的速度及脱落速率明显加剧,这对电厂锅炉不锈钢,尤其是过热器和再热器不锈钢提出更严格的要求。因此，改善锅炉用不锈钢的抗氧化能力就成为发展主蒸汽温度650℃及以上的超超临界发电技术的关键。
美国和欧洲的ge、b&w、fw、epri等研究机构过去主要集中于更高抗氧化等级材料的开发，但是随着超临界电站温度的不断提高，对材料的要求越来越高，且开发难度越来越大。因此，基于现有材料，通过优化控制减少材料的氧化问题就成为一个值得深入研究的课题。欧洲在推行的“coatingsforsupercriticalsteamcycles”(supercoat)研究计划，通过铝涂层的制备，来提高材料的抗高温蒸汽氧化腐蚀性能，延长管道的使用期限。
但是目前主流的制备铝涂层的渗铝工艺应用于大型管道、主蒸汽管内壁渗铝时仍存在渗铝温度过高，以及铝涂层致密度不够等问题，尤其应用于复杂构件时还存在渗铝困难的问题，导致铝涂层的制备效率低下且制备成本过高。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种不锈钢表面锌掺杂铝涂层的制备方法。该方法将表面形成锌掺杂铝浆料涂覆层的不锈钢先预加热再通直流电加热进行合金化处理，在不锈钢表面形成均匀且致密度高的锌掺杂铝涂层，提高了不锈钢的耐腐蚀性能，并解决了现有大型和复杂不锈钢构件渗铝工艺难度大的问题，制备成本低且制备效率高。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种不锈钢表面锌掺杂铝涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、配制锌掺杂铝浆料：将分散剂加入到溶剂中搅拌混合均匀，然后加入-300目铝粉、氯化锌和硅胶并搅拌混合均匀，得到锌掺杂铝浆料；
步骤二、不锈钢表面处理：将不锈钢表面进行喷砂除锈，然后进行清洁处理；
步骤三、涂覆锌掺杂铝浆料：将步骤一中得到的锌掺杂铝浆料涂覆到步骤二中经清洁处理后的不锈钢表面上，然后在室温下晾干，形成锌掺杂铝浆料涂覆层；所述锌掺杂铝浆料涂覆层的厚度为500μm～800μm；
步骤四、合金化处理：将步骤三中得到的表面形成锌掺杂铝浆料涂覆层的不锈钢进行预加热处理，然后通直流电加热进行合金化处理，在不锈钢表面形成锌掺杂铝涂层；所述预加热处理的温度为500℃～800℃，所述通直流电加热的电流密度为8a/cm2～15a/cm2，加热的时间为50s～300s。
上述的一种不锈钢表面锌掺杂铝涂层的制备方法，其特征在于，步骤一中所述锌掺杂铝浆料由以下质量百分数的成分组成：-300目铝粉46.4％～49％，溶剂46.2％～48.9％，氯化锌2％～3.6％，分散剂0.6％～3.2％，硅胶0.5％～0.8％。
上述的一种不锈钢表面锌掺杂铝涂层的制备方法，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯醇缩丁醛或羟乙基纤维素，所述溶剂为无水乙醇。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过将表面形成锌掺杂铝浆料涂覆层的不锈钢先预加热，提高锌掺杂铝涂覆层中的金属原子活性，再通直流电加热进行合金化处理，使锌掺杂铝涂覆层中的金属原子均匀快速渗入不锈钢表层，减少了渗入阻力，降低了渗铝温度，从而在不锈钢表面形成均匀且致密度高的锌掺杂铝涂层，提高了不锈钢的耐腐蚀性能，并且无需专门的高温处理设备对不锈钢整体进行加热，适用于大型和复杂不锈钢构件，减少了制备能耗，降低了制备成本，提高了制备效率。
2、本发明采用锌掺杂铝浆料涂覆工艺，可直接将锌掺杂铝浆料均匀涂覆在复杂不锈钢构件的表面，形成均匀致密的锌掺杂铝涂层，解决了现有复杂不锈钢构件渗铝工艺难度大的问题，并且实现了施工现场作业，降低了复杂不锈钢构件在不同加工厂家进行处理的运输成本。
3、本发明的锌掺杂铝浆料组分中采用分散剂和硅胶促进铝粉和氯化锌在溶剂中的悬浮分散，避免了铝粉和氯化锌的颗粒团聚，提高了锌掺杂铝浆料的悬浮均匀性，因而在不锈钢表面上形成的锌掺杂铝涂层更为均匀，防腐性能更为可靠，而采用-300目铝粉作为组分有利于提高了铝粉在锌掺杂铝浆料的分散，进一步提高了锌掺杂铝浆料的悬浮均匀性；另外，锌掺杂铝涂层中的锌元素具有电化学活性，能够对不锈钢提供有效的阴极保护，又具有阻挡腐蚀介质的隔离防护作用，进一步提高了锌掺杂铝涂层的热稳定性和化学稳定性。
4、本发明制备的锌掺杂铝涂层的耐腐蚀性能佳，特别在超临界水煤气化制氢耦合发电等临氢环境中具有稳定性高的特点。
5、本发明的制备方法简单，操作容易，成本较低，使用范围广，适用于规模化生产不锈钢表面锌掺杂铝涂层。
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
本实施例的制备方法包括以下步骤：
步骤一、配制锌掺杂铝浆料：将2.3g聚乙烯醇缩丁醛加入到46.2g无水乙醇中搅拌混合均匀，然后加入49g的-300目铝粉、2.0g氯化锌和0.5g硅胶并搅拌混合均匀，得到锌掺杂铝浆料；
步骤二、不锈钢表面处理：将不锈钢表面进行喷砂除锈，然后进行清洁处理；所述不锈钢为耐热钢g115(9cr-2.8w-3cocuvnbbn)，不锈钢的尺寸为100mm×20mm×20mm；
步骤三、涂覆锌掺杂铝浆料：将步骤一中得到的锌掺杂铝浆料涂覆到步骤二中经清洁处理后的不锈钢表面上，然后在室温下晾干，形成锌掺杂铝浆料涂覆层；所述锌掺杂铝浆料涂覆层的厚度为500μm～600μm；
步骤四、合金化处理：将步骤三中得到的表面形成锌掺杂铝浆料涂覆层的不锈钢进行预加热处理，然后通直流电加热进行合金化处理，在不锈钢表面形成锌掺杂铝涂层；所述预加热处理的温度为500℃，所述通直流电加热的电流密度为8a/cm2，加热的时间为300s。
实施例2
本实施例的制备方法包括以下步骤：
步骤一、配制锌掺杂铝浆料：将1.5g聚乙烯醇缩丁醛加入到46.7g无水乙醇中搅拌混合均匀，然后加入48.2g的-300目铝粉、3.0g氯化锌和0.6g硅胶并搅拌混合均匀，得到锌掺杂铝浆料；
步骤二、不锈钢表面处理：将不锈钢表面进行喷砂除锈，然后进行清洁处理；所述不锈钢为耐热钢g115(9cr-2.8w-3cocuvnbbn)，不锈钢的尺寸为100mm×20mm×20mm；
步骤三、涂覆锌掺杂铝浆料：将步骤一中得到的锌掺杂铝浆料涂覆到步骤二中经清洁处理后的不锈钢表面上，然后在室温下晾干，形成锌掺杂铝浆料涂覆层；所述锌掺杂铝浆料涂覆层的厚度为500μm～700μm；
步骤四、合金化处理：将步骤三中得到的表面形成锌掺杂铝浆料涂覆层的不锈钢进行预加热处理，然后通直流电加热进行合金化处理，在不锈钢表面形成锌掺杂铝涂层；所述预加热处理的温度为500℃，所述通直流电加热的电流密度为8a/cm2，加热的时间为300s。
实施例3
本实施例的制备方法包括以下步骤：
步骤一、配制锌掺杂铝浆料：将0.6g羟乙基纤维素加入到48.9g无水乙醇中搅拌混合均匀，然后加入46.4g的-300目铝粉、3.6g氯化锌和0.5g硅胶并搅拌混合均匀，得到锌掺杂铝浆料；
步骤二、不锈钢表面处理：将不锈钢表面进行喷砂除锈，然后进行清洁处理；所述不锈钢为耐热钢g115(9cr-2.8w-3cocuvnbbn)，不锈钢的尺寸为100mm×20mm×20mm；
步骤三、涂覆锌掺杂铝浆料：将步骤一中得到的锌掺杂铝浆料涂覆到步骤二中经清洁处理后的不锈钢表面上，然后在室温下晾干，形成锌掺杂铝浆料涂覆层；所述锌掺杂铝浆料涂覆层的厚度为700μm～800μm；
步骤四、合金化处理：将步骤三中得到的表面形成锌掺杂铝浆料涂覆层的不锈钢进行预加热处理，然后通直流电加热进行合金化处理，在不锈钢表面形成锌掺杂铝涂层；所述预加热处理的温度为800℃，所述通直流电加热的电流密度为15a/cm2，加热的时间为50s。
实施例4
本实施例的制备方法包括以下步骤：
步骤一、配制锌掺杂铝浆料：将3.2g羟乙基纤维素加入到47.5g无水乙醇中搅拌混合均匀，然后加入46.5g的-300目铝粉、2.0g氯化锌和0.8g硅胶并搅拌混合均匀，得到锌掺杂铝浆料；
步骤二、不锈钢表面处理：将不锈钢表面进行喷砂除锈，然后进行清洁处理；所述不锈钢为耐热钢g115(9cr-2.8w-3cocuvnbbn)，不锈钢的尺寸为100mm×20mm×20mm；
步骤三、涂覆锌掺杂铝浆料：将步骤一中得到的锌掺杂铝浆料涂覆到步骤二中经清洁处理后的不锈钢表面上，然后在室温下晾干，形成锌掺杂铝浆料涂覆层；所述锌掺杂铝浆料涂覆层的厚度为700μm～800μm；
步骤四、合金化处理：将步骤三中得到的表面形成锌掺杂铝浆料涂覆层的不锈钢进行预加热处理，然后通直流电加热进行合金化处理，在不锈钢表面形成锌掺杂铝涂层；所述预加热处理的温度为650℃，所述通直流电加热的电流密度为12a/cm2，加热的时间为120s。
实施例5
本实施例的制备方法包括以下步骤：
步骤一、配制锌掺杂铝浆料：将1.9g聚乙烯醇缩丁醛加入到46.9g无水乙醇中搅拌混合均匀，然后加入48g的-300目铝粉、2.5g氯化锌和0.7g硅胶并搅拌混合均匀，得到锌掺杂铝浆料；
步骤二、不锈钢表面处理：将不锈钢表面进行喷砂除锈，然后进行清洁处理；所述不锈钢为耐热钢g115(9cr-2.8w-3cocuvnbbn)，不锈钢的尺寸为100mm×20mm×20mm；
步骤三、涂覆锌掺杂铝浆料：将步骤一中得到的锌掺杂铝浆料涂覆到步骤二中经清洁处理后的不锈钢表面上，然后在室温下晾干，形成锌掺杂铝浆料涂覆层；所述锌掺杂铝浆料涂覆层的厚度为500μm～800μm；
步骤四、合金化处理：将步骤三中得到的表面形成锌掺杂铝浆料涂覆层的不锈钢进行预加热处理，然后通直流电加热进行合金化处理，在不锈钢表面形成锌掺杂铝涂层；所述预加热处理的温度为700℃，所述通直流电加热的电流密度为10a/cm2，加热的时间为200s。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。