一种低温渗铝料及其制备方法与流程

本发明属于材料，具体涉及一种低温渗铝料及其制备方法。

背景技术：

1、随着我国经济水平的上升，居民及行业用电需求日益增长。我国乃至世界仍是依靠火力发电为主(70％)，且未来三五十年仍将占据主导地位。高温高压是影响火力发电热效率的重要参数，超(超)临界火电机组便具有高参数的特点。目前我国火力发电正处于向高温超(超)临界机组方向发展的阶段，但由于锅炉关键部位(水冷壁、过热器、再热器和省煤器“四管”)材料在高温水蒸气中的氧化成为超(超)临界机组发展的束缚，因此，材料的抗氧化性能需要得到更大的提升。

2、为解决以上问题，目前解决问题的途径有：一是在现有的材料上进行表面改性，在不改变基材原有力学性能下制备抗氧化性能优异的渗铝层。二是开发新的合金材料，而开发新的合金材料不仅成本昂贵，且我国大多依赖于进口，如奥氏体钢等。

3、含铝的金属间化合物或合金往往因选择性氧化生成具有一定致密性、稳定性及附着性良好的氧化铝薄膜，基材与蒸汽中的氧化介质被隔绝开来，而被广泛应用于高温渗铝层的制备。制备渗铝层的方法有很多种，如化学气相沉积法渗铝、粉末包埋法渗铝与料浆渗铝法渗铝等。其中以料浆渗铝操作最为简单，成本低廉，适合工业化大规模生产。

4、在制备渗铝层的过程中，传统渗铝热处理温度高达850-1050℃，而火电站锅炉常用马氏体耐热钢回火温度在760℃左右，在远高于马氏体耐热钢回火温度的情况下，势必会造成使原有的力学性能恶化。此外，传统料浆渗铝因固化后的料浆层过于严实，渗铝过程形成的气相alcl3只能通过固体料浆层缓慢扩散到达基体表面，降低了工件表面活性铝原子浓度，从而降低了渗铝效率。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低温渗铝料及其制备方法，以期解决现有技术中存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明具体采用如下技术方案。

3、本发明的第一方面保护一种低温渗铝料浆，所述低温渗铝料包括干料，所述的干料包括如下原料：

4、氯化铵                          1～5份

5、改性碳纳米管                    0.5～1份

6、渗剂                            100～200份。

7、根据本技术的技术方案，所述的氯化铵的重量份可以为1～3份，也可以为2.2～4份，也可以为3.8～5份。在某个优选的实施方式中，为1份、1.5份、3份和5份。

8、根据本技术的技术方案，所述的改性碳纳米管的重量份可以为0.5～0.8份，也可以为0.6～0.9份，也可以为0.7～1份。在某个优选的实施方式中，为0.5份、0.82份、0.68份和1份。

9、根据本技术的技术方案，所述的改性碳纳米管的重量份可以为100～150份，也可以为130～180份，也可以为160～200份。在某个优选的实施方式中，为100份、150份、180份和200份。

10、根据本技术的技术方案，所述的渗剂选自铝粉、铁铝粉、氧化铝粉和氯化铵中的一种或多种。

11、优选地，所述的渗剂的粒径为500～800目。

12、优选地，所述的铁铝粉中铁和铝的原子数比为(45～50)：(50～55)。更优选地，所述铁铝粉中铁和铝的原子数比可以为(45～48)：(50～55)，也可以为(47～50)：(50～55)。在某个优选的实施方式中，为47:52。

13、优选地，所述的渗剂为铝粉、铁铝粉、氧化铝粉和氯化铵的混合物。

14、更优选地，所述的铝粉、铁铝粉、氧化铝粉和氯化铵的质量比为(5～25)：(20～40)：(20～65)：(1～5)。具体地，质量比可以为(5～25)：(20～40)：(20～65)：(1～5)，也可以为(5～25)：(20～40)：(20～65)：(1～5)，也可以为(5～25)：(20～40)：(20～65)：(1～5)。在某个优选的实施方式中，为5:40:50:1.5、12:34:20:5、19:28:65:1、25:20:35:3。

15、更优选地，所述的渗剂为所述的混合物经球磨获得。

16、进一步优选地，所述的球磨的转速为200～400r/min。具体地，所述的球磨的转速可以为200～300r/min，也可以为250～320r/min，也可以为300～400r/min。在某个优选的实施方式中，为200r/min、300r/min、400r/min。

17、进一步优选地，所述的球磨的时间为8～15h。具体地，所述的球磨的时间可以为8～11h，也可以为10～13h，也可以为11～15h。在某个优选的实施方式中，为10h、12h、15h、8h。

18、优选地，所述的铝粉通过孔径为200目筛的筛余量≤1％。

19、优选地，所述的铁铝粉通过孔径为200目筛的筛余量≤1％。

20、优选地，所述的氧化铝粉通过孔径为200目筛的筛余量≤1％。

21、优选地，所述的氯化铵通过孔径为200目筛的筛余量≤1％。

22、根据本技术的技术方案，所述的改性碳纳米管的制备方法为：硅烷偶联剂分散于溶剂中，与碳纳米管混合，固液分离，干燥，得到所述的改性碳纳米管。

23、优选地，所述的硅烷偶联选自kh-570。

24、优选地，所述的碳纳米管长度2～20μm，直径2～30nm。

25、优选地，所述溶剂选自水、甲苯中的一种或两种。

26、优选地，所述的碳纳米管和kh-570的质量体积比为(1.0～2.0)g：(20～30)ml。

27、更优选地，所述的碳纳米管和kh-570的质量体积比可以为(1.0～2.0)g：(20～25)ml，也可以为(1.0～2.0)g：(24～26)ml，也可以为(1.0～2.0)g：(25～30)ml。在某个优选的实施方式中，为1g：20ml、1.4g:23ml、1.8g:26ml、2.0g:30ml。

28、优选地，所述混合的方式为磁力搅拌。

29、更优选地，所述的搅拌的转速为50～100r/min，搅拌的时间为10～15h。

30、优选地，所述的固液分离为离心。更优选地，所述离心的转速为2000～3000r/min，离心的时间为5～8min。

31、优选地，所述的干燥的温度为50～80℃。

32、更优选地，所述的干燥的温度可以为50～65℃，也可以为55～70℃，也可以为65～80℃。在某个优选的实施方式中，为60℃、50℃、70℃、80℃。

33、优选地，所述的干燥的时间为15～20h。

34、更优选地，所述的干燥的时间可以为15～17h，也可以为16～19h，也可以为17～20h。在某个优选的实施方式中，为18h、20h、17h。

35、优选地，所述的固液分离后还包括后处理，所述后处理包括洗涤。

36、更优选地，所述的洗涤采用水和甲苯分别洗涤3-10次。

37、根据本技术的技术方案，所述的低温渗铝料还包括湿料，所述湿料选自粘结剂和稀释剂中的一种或两种，所述的干料和湿料的质量体积比为(100～210)g：(60～100)ml。

38、优选地，所述的干料和湿料的质量体积比可以为(100～150)g：(60～100)ml，也可以为(140～180)g：(60～100)ml，也可以为(170～210)g：(60～100)ml。在某个优选的实施方式中，为202g:100ml、182.32g:88ml、153.68g：74ml、105.5g：60ml。

39、优选地，所述的粘结剂选自磷酸二氢铝。

40、优选地，所述的稀释剂选自乙醇。

41、优选地，所述的粘结剂和稀释剂的体积比为(10～20)：(50～80)。

42、更优选地，所述的粘结剂和稀释剂的体积比可以为(10～20)：(50～65)，也可以为(10～20)：(60～75)，也可以为(10～20)：(70～80)。在某个优选的实施方式中，为20:80、18:70、14:60、10:50。

43、本发明的第二方面保护，如上文所述的低温渗铝料的制备方法，包括如下步骤：

44、1)将渗剂进行活化处理；

45、2)将氯化铵、改性碳纳米管、粘结剂、稀释剂与经活化后的渗剂混合，得到所述的低温渗铝料。

46、根据本技术的技术方案，所述的活化处理为：于保护气氛中进行活化。

47、优选地，所述的保护气氛为氩气。

48、优选地，所述的活化温度为800～900℃。

49、更优选地，所述的活化温度可以为800～850℃，也可以为840～880℃，也可以为860～900℃。在某个优选的实施方式中，为800℃、830℃、860℃、830、900℃。

50、优选地，所述的活化时间为2～4h。

51、更优选地，所述的活化时间可以为2～3h，也可以为2.5～3.5h，也可以为3～4h。在某个优选的实施方式中，为2h、2.5h、3h、4h。

52、本发明的第三方面保护，一种渗铝层或包含渗铝层的制品，所述的渗铝层由上文所述的低温渗铝料浆涂敷于构件表面获得；所述的制品包括所述的渗铝层以及由渗铝层所覆盖的构件。

53、根据本技术的技术方案，所述的构件为金属构件。

54、优选地，所述的金属构件为马氏体钢。

55、更优选地，所述的马氏体钢为t92钢。

56、本发明的第四方面保护，如上文所述的制品的制备方法，将所述的低温渗铝料喷涂于构件的表面，经烘干固化，热处理以渗铝，得到所述的制品。

57、根据本技术的技术方案，所述的烘干温度为80～100℃。

58、优选地，所述的烘干温度可以为80～90℃，也可以为85～95℃，也可以为90～100℃。在某个优选的实施方式中，为90℃。

59、根据本技术的技术方案，所述的烘干时间为10～20min。

60、优选地，所述的烘干时间可以为10～15min，也可以为14～18min，也可以为16～20min。在某个优选的实施方式中，为15min。

61、根据本技术的技术方案，所述的固化温度为200～220℃。

62、优选地，所述的固化温度可以为200～210℃，也可以为208～218℃，也可以为210～220℃。在某个优选的实施方式中，为210℃。

63、根据本技术的技术方案，所述的固化时间为20～40min。

64、优选地，所述的固化时间可以为20～28min，也可以为25～35min，也可以为34～40min。在某个优选的实施方式中，为30min。

65、根据本技术的技术方案，所述的热处理的温度为600～800℃。

66、优选地，所述的热处理的温度可以为600～750℃，也可以为650～750℃，也可以为700～800℃。在某个优选的实施方式中，为700℃。

67、根据本技术的技术方案，所述的热处理的时间为2～10h。

68、优选地，所述的热处理的时间可以为2～6h，也可以为4～8h，也可以为6～10h。在某个优选的实施方式中，为6h。

69、根据本技术的技术方案，所述的热处理在保护气氛中进行。

70、优选地，所述保护气氛为氩气。

71、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

72、本发明的低温渗铝料通过kh-570改性碳纳米管有效改善了碳纳米管在料浆中的分散性，低温渗铝料中加入的改性碳纳米管形成的微管道有助于气相alcl3在固化的料浆层中快速向表面扩散，实现快速渗铝，提高生产效率；此外，在料浆中加入铁铝粉，能起到缓冲的作用，当料浆中活性铝原子含量较高时，铁铝粉与活性铝原子反应形成铝含量较高的fe-al金属间化合物，当料浆中铝含量较低的时候，铁铝粉能够释放出铝形成气相alcl3，适当提高活性铝原子浓度，显著增加渗铝层厚度。将本发明的低温渗铝料在低于马氏体耐热钢回火温度进行渗铝时，不会造成基体组织及力学性能发生改变。