1.本发明属于腐蚀防护技术领域，特别涉及一种高温环境下耐氧化耐氯腐蚀的涂层材料、复合材料及其制备方法。
背景技术：
2.目前，火电机组掺烧城市垃圾、生物质材料或劣质煤能够提高经济性并有利于环保。但是，锅炉受热面炉管作为锅炉核心部件，在高温及复杂的烟气环境下，出现了严重的高温氧化和氯腐蚀的问题，对锅炉的安全运行构成极大威胁。
3.目前，喷涂防护涂层为最普遍的防护措施，但是，存在涂层成本高、高温易氧化、高温稳定性差以及强度低的问题。因此，需要开发高温环境下具有更好的耐氧化、耐氯腐蚀性能的涂层，为改善燃煤锅炉受热面氯腐蚀的难题提供有效方案。
技术实现要素：
4.为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高温环境下耐氧化耐氯腐蚀的涂层材料、复合材料及其制备方法，本发明中的涂层具有耐氧化、耐氯腐蚀的性能，能够改善燃煤锅炉受热面氯腐蚀的难题。
5.本发明是通过以下技术方案来实现：
6.一种高温环境下耐氧化耐氯腐蚀的涂层材料，以质量百分数计，其组分包括：60％-70％铁基合金粉、25％-35％铝粉和5％-10％钛粉；
7.以质量百分数计，所述铁基合金粉的成分包括：cr 19％-21％、ni 17.5％-18.5％、mo6.0％-6.5％、cu 0.5％-1.0％、n 0.15％-0.22％、si≤0.8％、c≤0.02％、mn≤1.0％、s≤0.01％、p≤0.02％，余量为fe；
8.所述铝粉采用纯铝与氧化铝混合粉末或者纯铝粉末，在纯铝与氧化铝的混合粉末中，氧化铝的重量比不超过30％。
9.优选的，所述钛粉采用ta0粉、ta1粉和ta2粉中的一种或几种的混合物。
10.本发明还提供了一种复合材料的制备方法，包括如下过程：
11.对本发明如上所述的高温环境下耐氧化耐氯腐蚀的涂层材料进行球磨，得到混合均匀的球磨混合料；
12.采用热喷涂或熔覆的方法在基体表面利用所述球磨混合料制备涂层，得到所述复合材料。
13.优选的，在惰性气体或真空环境下利用熔融雾化的方法制备所述铁基合金粉。
14.优选的，在惰性气体或真空环境下利用熔融雾化的方法制备所述铁基合金粉时，采用氮气气雾化、氩气气雾化或旋转电极真空等离子雾化。
15.优选的，所述球磨混合料的粒径不大于150μm。
16.优选的，热喷涂或熔覆的方法包括：激光熔覆或超高速激光熔覆、等离子熔覆或微
束等离子熔覆、超音速火焰喷涂或超音速火焰喷涂加喷涂后重熔、等离子喷涂或等离子喷涂加喷涂后重熔。
17.优选的，采用热喷涂或熔覆的方法在基体表面利用所述球磨混合料制备涂层前，先对基体进行表面处理，之后再在基体表面制备涂层，表面处理的过程包括：利用喷砂方式清洁并粗化基体表面，使得基体表面粗糙度达到25-70μm，表面清洁度达到sa3.0级及以上；之后利用压缩空气对基体表面进行吹扫、清洁。
18.本发明还提供了一种复合材料，该复合材料通过本发明如上所述的复合材料的制备方法制得。
19.优选的，所述复合材料中，基体表面涂层的厚度为0.5-2.0mm。
20.本发明具有如下有益效果：
21.本发明基于铁基合金粉、铝粉与钛粉制备了具有高温环境下耐氧化耐氯腐蚀的涂层。与传统镍基或钴基合金粉末相比，本发明涂层制备时采用铁基合金粉末，显著降低了涂层制备成本。与此同时，通过合理设计cr、ni、mo贵金属含量，有效保证了合金体系的耐氯腐蚀、耐氧化、耐高温性能以及涂层或熔覆层的强度。通过严格控制合金粉末中碳元素的含量，显著提高了涂层组织的稳定性与塑韧性，并避免了因涂层内部晶界处碳化物的大量生成使得晶界贫cr，进而造成局部抗腐蚀性能下降。在铁基合金粉末基础上，通过添加一定比例的铝粉和少量钛粉，促进了涂层内部及表面cr、al、ti氧化物的形成，进一步增强了涂层耐高温环境下氯离子腐蚀的能力。
具体实施方式
22.下面结合实施例对本发明做进一步详细描述。
23.本发明高温环境下耐氧化耐氯腐蚀的涂层材料，以质量百分数计，其组分包括：60％-70％铁基合金粉、25％-35％铝粉、5％-10％钛粉。
24.以质量百分数计，所述铁基合金粉的成分包括：cr 19％-21％、ni 17.5％-18.5％、mo6.0％-6.5％、cu 0.5％-1.0％、n 0.15％-0.22％、si≤0.8％、c≤0.02％、mn≤1.0％、s≤0.01％、p≤0.02％，余量为fe。
25.所述铝粉为商品化纯铝或商品化纯铝与氧化铝混合粉末，所述混合粉末中，氧化铝粉末重量比不超过30％；所述钛粉为商品化ta0粉、ta1粉、ta2粉中的任意一种或两种与两种以上的混合。
26.本发明复合材料的制备方法，包括如下过程：
27.s100:在惰性气体或真空环境下利用熔融雾化的方法制备规定成分的铁基合金粉。熔融雾化制备铁基合金粉末的方法是氮气气雾化、氩气气雾化或旋转电极真空等离子雾化。
28.s200:按比例称取铁基合金粉、铝粉和钛粉，将复合粉末放入球磨机混合研磨，获得成分均匀的复合粉末。球磨机研磨后得到的复合粉末成分均匀且粉末粒径《150μm。
29.s300：利用喷砂方式清洁并粗化待喷涂表面，使得待喷涂表面粗糙度达到25-70μm，表面清洁度达到sa3.0级及以上。
30.s400：利用压缩空气去除待喷涂表面多余的沙砾或灰尘，采用热喷涂或熔覆的方式制备涂层。用于制备涂层的热喷涂或熔覆方法包括：激光熔覆或超高速激光熔覆、等离子
熔覆、超音速火焰喷涂或超音速火焰喷涂后加重熔、等离子喷涂或等离子喷涂后加重熔。
31.本发明复合材料包括基体和在基体上形成的上述涂层，涂层厚度为0.5-2.0mm。
32.实施例1
33.本实施例高温环境下耐氧化耐氯腐蚀的涂层材料，以质量百分数计，其组分包括：65％铁基合金粉、25％铝粉、10％钛粉。
34.以质量百分数计，所述铁基合金粉的成分包括：cr 20％、ni 18％、mo 6.0％、cu 1.0％、n 0.20％、si 0.6％、c 0.02％、mn 1.0％、s 0.01％、p 0.01％，余量为fe。
35.所述铝粉为商品化纯铝，所述钛粉为商品化ta2粉。
36.本实施例复合材料的制备方法，包括如下过程：
37.s100:在惰性气体(氩气)环境下利用熔融雾化的方法制备规定成分的铁基合金粉。熔融雾化制备铁基合金粉末的方法是氩气气雾化。
38.s200:按比例称取铁基合金粉、铝粉和钛粉，将复合粉末放入球磨机混合研磨，获得成分均匀的复合粉末。球磨机研磨后得到的复合粉末成分均匀且粉末粒径《150μm。
39.s300：利用喷砂方式清洁并粗化待喷涂表面，使得待喷涂表面粗糙度达到25-70μm，表面清洁度达到sa3.0级及以上。
40.s400：利用压缩空气去除待喷涂表面多余的沙砾或灰尘，采用熔覆的方式制备涂层。用于制备涂层的熔覆方法为激光熔覆。
41.本实施例复合材料包括基体和在基体上形成的上述涂层，涂层厚度为0.5mm。基于不连续称重法在700℃下测试涂层抗高温氧化性能，经过120h后，涂层质量变化率为5.2mg/cm2。在600℃氯气气氛中，涂层试样表面附着5mg/cm2的kci：naci＝1:1混合氯酸盐168小时后，质量变化率为5mg/cm2。
42.实施例2
43.本实施例高温环境下耐氧化耐氯腐蚀的涂层材料，以质量百分数计，其组分包括：65％铁基合金粉、30％铝粉、5％钛粉。
44.以质量百分数计，所述铁基合金粉的成分包括：cr 21％、ni 18％、mo 6.2％、cu 0.8％、n 0.15％、si 0.5％、c 0.015％、mn 0.8％、s 0.008％、p 0.006％，余量为fe。
45.所述铝粉为商品化纯铝，所述钛粉为商品化ta1粉。
46.本实施例复合材料的制备方法，包括如下过程：
47.s100:在惰性气体(氩气)环境下利用熔融雾化的方法制备规定成分的铁基合金粉。熔融雾化制备铁基合金粉末的方法是氩气气雾化。
48.s200:按比例称取铁基合金粉、铝粉和钛粉，将复合粉末放入球磨机混合研磨，获得成分均匀的复合粉末。球磨机研磨后得到的复合粉末成分均匀且粉末粒径《150μm。
49.s300：利用喷砂方式清洁并粗化待喷涂表面，使得待喷涂表面粗糙度达到25-70μm，表面清洁度达到sa3.0级及以上。
50.s400：利用压缩空气去除待喷涂表面多余的沙砾或灰尘，采用熔覆的方式制备涂层。用于制备涂层的熔覆方法为等离子熔覆。
51.本实施例复合材料包括基体和在基体上形成的上述涂层，涂层厚度为0.8mm。基于不连续称重法在700℃下测试涂层抗高温氧化性能，经过120h后，涂层质量变化率为4.5mg/cm2。在600℃氯气气氛中，涂层试样表面附着5mg/cm2的kci：naci＝1:1混合氯酸盐168小时
后，质量变化率为6.5mg/cm2。
52.实施例3
53.本实施例高温环境下耐氧化耐氯腐蚀的涂层材料，以质量百分数计，其组分包括：60％铁基合金粉、30％铝粉、10％钛粉。
54.以质量百分数计，所述铁基合金粉的成分包括：cr 19％、ni 17.5％、mo 6.5％、cu 0.5％、n 0.22％、si 0.7％、c 0.02％、mn 0.9％、s 0.008％、p 0.01％，余量为fe。
55.所述铝粉为商品化纯铝与氧化铝混合粉末，其中氧化铝重量占比10％，所述钛粉为商品化ta2粉。
56.本实施例复合材料的制备方法，包括如下过程：
57.s100:在惰性气体(氩气)环境下利用熔融雾化的方法制备规定成分的铁基合金粉。熔融雾化制备铁基合金粉末的方法是旋转电极真空等离子雾化。
58.s200:按比例称取铁基合金粉、铝粉和钛粉，将复合粉末放入球磨机混合研磨，获得成分均匀的复合粉末。球磨机研磨后得到的复合粉末成分均匀且粉末粒径《150μm。
59.s300：利用喷砂方式清洁并粗化待喷涂表面，使得待喷涂表面粗糙度达到25-70μm，表面清洁度达到sa3.0级及以上。
60.s400：利用压缩空气去除待喷涂表面多余的沙砾或灰尘，采用热喷涂的方式制备涂层。用于制备涂层的热喷涂方法为超音速火焰喷涂。
61.本实施例复合材料包括基体和在基体上形成的上述涂层，涂层厚度为1.2mm。基于不连续称重法在700℃下测试涂层抗高温氧化性能，经过120h后，涂层质量变化率为4mg/cm2。在600℃氯气气氛中，涂层试样表面附着5mg/cm2的kci：naci＝1:1混合氯酸盐168小时后，质量变化率为5.5mg/cm2。
62.实施例4
63.本实施例高温环境下耐氧化耐氯腐蚀的涂层材料，以质量百分数计，其组分包括：70％铁基合金粉、25％铝粉、5％钛粉。
64.以质量百分数计，所述铁基合金粉的成分包括：cr 20％、ni 18％、mo 6.0％、cu 1.0％、n 0.15％、si 0.6％、c 0.01％、mn 0.6％、s 0.008％、p 0.01％，余量为fe。
65.所述铝粉为商品化纯铝，所述钛粉为商品化ta0、ta1、ta2混合粉，混合比例为1:1:1。
66.本实施例复合材料的制备方法，包括如下过程：
67.s100:在惰性气体(氩气)环境下利用熔融雾化的方法制备规定成分的铁基合金粉。熔融雾化制备铁基合金粉末的方法是氮气气雾化。
68.s200:按比例称取铁基合金粉、铝粉和钛粉，将复合粉末放入球磨机混合研磨，获得成分均匀的复合粉末。球磨机研磨后得到的复合粉末成分均匀且粉末粒径《150μm。
69.s300：利用喷砂方式清洁并粗化待喷涂表面，使得待喷涂表面粗糙度达到25-70μm，表面清洁度达到sa3.0级及以上。
70.s400：利用压缩空气去除待喷涂表面多余的沙砾或灰尘，采用热喷涂的方式制备涂层。用于制备涂层的热喷涂方法为等离子喷涂。
71.本实施例复合材料包括基体和在基体上形成的上述涂层，涂层厚度为1.5mm。基于不连续称重法在700℃下测试涂层抗高温氧化性能，经过120h后，涂层质量变化率为4.3mg/
cm2。在600℃氯气气氛中，涂层试样表面附着5mg/cm2的kci：naci＝1:1混合氯酸盐168小时后，质量变化率为6.5mg/cm2。
72.实施例5
73.本实施例高温环境下耐氧化耐氯腐蚀的涂层材料，以质量百分数计，其组分包括：60％铁基合金粉、35％铝粉、5％钛粉。
74.以质量百分数计，所述铁基合金粉的成分包括：cr 21％、ni 18.5％、mo 6.2％、cu 0.8％、n 0.20％、si 0.7％、c 0.02％、mn 0.7％、s 0.005％、p 0.005％，余量为fe。
75.所述铝粉为商品化纯铝粉末，所述钛粉为商品化ta0粉。
76.本实施例复合材料的制备方法，包括如下过程：
77.s100:在惰性气体(氩气)环境下利用熔融雾化的方法制备规定成分的铁基合金粉。熔融雾化制备铁基合金粉末的方法是氩气气雾化。
78.s200:按比例称取铁基合金粉、铝粉和钛粉，将复合粉末放入球磨机混合研磨，获得成分均匀的复合粉末。球磨机研磨后得到的复合粉末成分均匀且粉末粒径《150μm。
79.s300：利用喷砂方式清洁并粗化待喷涂表面，使得待喷涂表面粗糙度达到25-70μm，表面清洁度达到sa3.0级及以上。
80.s400：利用压缩空气去除待喷涂表面多余的沙砾或灰尘，采用热喷涂的方式制备涂层。用于制备涂层的热喷涂方法为超音速火焰喷涂加喷涂后重熔。
81.本实施例复合材料包括基体和在基体上形成的上述涂层，涂层厚度为2.0mm。基于不连续称重法在700℃下测试涂层抗高温氧化性能，经过120h后，涂层质量变化率为3.5mg/cm2。在600℃氯气气氛中，涂层试样表面附着5mg/cm2的kci：naci＝1:1混合氯酸盐168小时后，质量变化率为5.5mg/cm2。