本發明屬于表面防腐技術領域,尤其涉及一種耐高溫腐蝕涂料及其制備方法以及耐高溫腐蝕涂層及其制備方法。
背景技術:
腐蝕影響范圍廣泛,給國民經濟帶來巨大的經濟損失。20世紀50年代前腐蝕的定義只局限于金屬腐蝕。從50年代以后,許多權威的腐蝕學者或研究機構傾向于把腐蝕的定義擴大到所有的材料。但通常還是指金屬的損壞。因為金屬及其合金至今仍然是最重要的結構材料,所以金屬腐蝕還是最引人注意的問題之一。腐蝕給合金材料造成的直接損失巨大,并且腐蝕的巨大危害不僅體現在經濟損失上,它還會帶來慘重的人員傷亡、環境污染、資源浪費、阻礙新技術的發展、促進自然資源的損耗。
科研工作者在材料耐腐蝕方面進行了大量研究,但是多對常規環境下的耐腐蝕性能進行了改進。
超臨界火電機組以其高發電效率、有效降低燃煤用量和溫室氣體的排放的優勢,目前已成為各國首選的火力發電機組。但是,超臨界火電機組所處環境惡略,煙氣側的煤灰(主要成分為na2so4)沉積在管表面,熔鹽的存在會加速腐蝕的進行,煤的含硫量高時,受熱面外部沉積物的化學構成更易于促成高溫腐蝕的發生。受熱面管壁外部長期遭受含有大量未燃盡煤粉火焰的沖刷,使硫化亞鐵(fes2)隨煤粉顆?;蚧曳菡掣皆诠鼙谏希洜t內催化形成的原子s和so3會使受熱面產生高溫腐蝕;不可燃硫在高溫下生成硫酸鹽混入灰分中熔敷于管壁表面,導致管壁有效厚度減薄,有效承載能力下降,使基體不再具有所要求的各種良好的高溫機械性能。在超超臨界環境下鍋爐的熱腐蝕是導致機組部件失效的主要因素之一,尤其是過熱器和再熱器管道的煙氣側的熱腐蝕。由此可見,火電站鍋爐中部件表面高溫腐蝕問題限制超臨界火電機組的有效運行,影響超臨界火電機組的廣泛應用。
技術實現要素:
有鑒于此,本發明的目的在于提供一種耐高溫腐蝕涂料及其制備方法以及耐高溫腐蝕涂層及其制備方法,本發明提供的耐高溫腐蝕涂料能夠確保涂層在高溫含硫條件下,耐腐蝕性良好。
為了實現上述發明目的,本發明提供以下技術方案:
本發明提供了一種耐高溫腐蝕涂料,包括鉻、鎳和金屬陶瓷粉,所述金屬陶瓷粉為表面包覆金屬粉的陶瓷粉;所述陶瓷粉包括cr3c2和ceo2,所述金屬粉包括鋁和鈦。
優選的,所述陶瓷粉和金屬粉的質量比為(1~2):1。
優選的,所述陶瓷粉中cr3c2和ceo2的質量比為(3~5):1;所述cr3c2的粒徑為0.5~10μm,所述ceo2的粒徑為5~30nm。
優選的,所述金屬粉中鋁和鈦的質量比為(2~4):1;所述鋁的粒徑為1~3μm,所述鈦的粒徑為1~3μm。
優選的,所述鉻、鎳和金屬陶瓷粉的質量比為(45~56):(30~41):(12~18)。
本發明還提供了上述技術方案所述的耐高溫腐蝕涂料的制備方法,包括以下步驟:
(1)將陶瓷粉與金屬粉混合,進行高能球磨,得到金屬陶瓷粉;
(2)將鉻、鎳和所述步驟(1)得到的金屬陶瓷粉混合,得到耐高溫腐蝕涂料。
優選的,所述步驟(1)中高能球磨的時間為3~6h,所述高能球磨的轉速為300~400r/min,所述高能球磨的球料比為(25~35):1。
本發明還提供了一種耐高溫腐蝕涂層的制備方法,包括:將上述技術方案所述的耐高溫腐蝕涂料在基體表面經超音速噴涂得到耐高溫腐蝕涂層。
本發明提供了上述耐高溫腐蝕涂層制備方法得到的耐高溫腐蝕涂層。
優選的,所述耐高溫腐蝕涂層包括以下質量百分含量的組分:鉻45~56%,鎳30~41%,鈦0.8~2.0%,鋁3.0~6.0%,碳化鉻5.0~8.5%和氧化鈰1.0~2.0%。
本發明提供了耐高溫腐蝕涂料,包括鉻、鎳和金屬陶瓷粉,所述金屬陶瓷粉為表面包覆金屬粉的陶瓷粉;所述陶瓷粉包括cr3c2和ceo2,所述金屬粉包括鋁和鈦。本發明以表面包裹鋁和鈦的陶瓷粉,有效降低涂料在熱噴涂過程中cr3c2的分解,并且鈦和鋁熔點低,低熔點鋁和鈦包裹在cr3c2和ceo2表面,在噴涂過程中有助于提高涂層的致密性;cr3c2和ceo2表質硬,有助于提高涂層的耐煙氣沖蝕性能。實施例的結果表明,本發明制備方法得到的耐高溫腐蝕涂層在高溫含硫條件下經1000h長時間腐蝕測試,仍無明顯腐蝕,表面狀態良好,無脫落現象。
進一步的,本發明以粒徑為5~30nm的ceo2與粒徑為0.5~10μm的cr3c2混合,納米ceo2的存在起到了增加表面氧化產物的附著力,同時有助于促進cr3c2顆粒在涂層中的分散均勻性,進而加強陶瓷粉彌散強化效果,提高涂層硬度。
本發明提供了耐高溫腐蝕涂料的制備方法,首先將包括cr3c2和ceo2的陶瓷粉與包括鈦和鋁的金屬粉混合,進行高能球磨,得到金屬陶瓷粉后與鉻、鎳混合,即得到耐高溫腐蝕的涂料。本發明采用高能球磨實現金屬對陶瓷的包覆,進而通過鋁和鈦的包裹,有效降低熱噴涂過程中cr3c2的分解,并且鈦和鋁熔點低,低熔點鋁和鈦包裹在cr3c2和ceo2表面,在噴涂過程中有助于提高涂層的致密性;cr3c2和ceo2表質硬,有助于提高涂層的耐煙氣沖蝕性能。
本發明還提供了耐高溫腐蝕涂層及其耐高溫腐蝕涂層的制備方法。本發明將耐高溫腐蝕涂料在基體表面經超音速噴涂得到耐高溫腐蝕涂層。本發明采用超音速噴涂耐高溫腐蝕涂料,使得到的涂層孔隙率小,有助于提高涂層的致密性,促進涂料耐高溫腐蝕性能的發揮,進而提高涂層的耐腐蝕性。本發明提供的耐高溫腐蝕涂層對高溫含硫的超臨界工況條件下的防護效果良好,有助于延長鍋爐的使用壽命,進而節省生產成本。
另外的,在噴涂耐高溫腐蝕涂層前打底層的噴涂有助于加強耐高溫腐蝕涂層與基體的結合力,結合硬質相ceo2和cr3c2的存在所確保的高結合力及高硬度特性,結合強度不低于50mpa,硬度達到hrc60,進而使得耐高溫腐蝕涂層的耐煤灰沖蝕性能也得到了明顯的提高。
附圖說明
圖1為本發明實施例1制備得到復合涂層的sem形貌圖;
圖2為本發明實施例2制備得到的復合涂層的sem形貌圖;
圖3為本發明實施例3制備得到的復合涂層的sem形貌圖;
圖4為本發明實施例4制備得到的復合涂層的sem形貌圖
圖5為本發明實施例1制備得到的復合涂層經過1000h熱腐蝕后的sem截面形貌;
圖6為本發明實施例2制備得到的復合涂層經過1000h熱腐蝕后的sem截面形貌。
圖7為本發明實施例3制備得到的復合涂層經過1000h熱腐蝕后的sem截面形貌。
圖8為本發明實施例4制備得到的復合涂層經過1000h熱腐蝕后的sem截面形貌。
具體實施方式
本發明提供了耐高溫腐蝕涂料,包括鉻、鎳和金屬陶瓷粉,所述金屬陶瓷粉為表面包覆金屬粉的陶瓷粉;所述陶瓷粉包括cr3c2和ceo2,所述金屬粉包括鋁和鈦。
在本發明中,所述金屬陶瓷粉為表面包覆金屬粉的陶瓷粉。在本發明中,所述金屬粉包括鋁和鈦。在本發明中,所述金屬陶瓷粉包括表面包覆鈦的陶瓷粉、表面包覆鋁的陶瓷粉和表面同時包覆鈦和鋁的陶瓷粉。
在本發明中,所述陶瓷粉和金屬粉的質量比優選為(1~2):1,進一步優選為(1.2~1.8):1,更優選為1.5:1。
在本發明中,所述陶瓷粉優選包括cr3c2和ceo2;所述陶瓷粉中cr3c2和ceo2的質量比優選為(3~5):1,進一步優選為(3.5~4.5):1,更優選為4:1;所述cr3c2的粒徑優選為0.5~10μm,進一步優選為1~8μm,更優選為2~5μm;所述ceo2的粒徑優選為5~30nm,進一步優選為6~25nm,更優選為7~20nm,最優選為10nm。本發明對所述cr3c2和ceo2的來源沒有特殊要求,采用本領域技術人員所熟知的即可。
在本發明中,所述金屬粉包括鋁和鈦;所述金屬粉中鋁和鈦的質量比優選為(2~4):1,進一步優選為(2.5~3.5):1,更優選為3:1;所述鋁的粒徑優選為1~3μm,進一步優選為1.5~2.5μm,更優選為2μm;所述鈦的粒徑優選為1~3μm,進一步優選為1.5~2.5μm,更優選為2μm。本發明對所述鋁和鈦的來源沒有特殊要求,采用本領域技術人員所熟知的即可。
在本發明中,所述鉻、鎳和金屬陶瓷粉的質量比優選為(45~56):(30~41):(12~18),進一步優選為(50~56):(32~41):(12~18),更優選為(52~53):(35~40):(15~16)。
本發明還提供了上述技術方案所述的耐高溫腐蝕涂料的制備方法,包括以下步驟:
(1)將陶瓷粉與金屬粉混合,進行高能球磨,得到金屬陶瓷粉;
(2)將鉻、鎳和所述步驟(1)得到的金屬陶瓷粉混合,得到耐高溫腐蝕涂料。
本發明將陶瓷粉與金屬混合,進行高能球磨,得到金屬陶瓷粉。本發明對所述陶瓷粉與金屬混合的方式沒有特殊要求,采用本領域技術人員所熟知的物料混合方式即可。在本發明的實施例中,所述陶瓷粉與金屬混合具體為攪拌混合;所述攪拌混合的轉速優選為100~300r/min,進一步優選為150~200r/min;所述攪拌混合的時間優選為5~60min,進一步優選為10~20min。
本發明對所述陶瓷粉和金屬的混合物進行高能球磨。在本發明中,所述高能球磨的時間優選為3~6h,進一步優選為3.5~5.5h,更優選為4~5h,最優選為4.5h。在本發明中,所述高能球磨優選在保護氣氛下進行;所述保護氣氛優選為氮氣氣氛或氬氣氣氛。在本發明中,所述高能球磨的轉速優選為300~400r/min,進一步優選為320~380r/min,更優選為350r/min。在本發明中,所述高能球磨的球料比優選為(25~30):1,進一步優選為(26~28):1,更優選為26.5:1;本發明對所述高能球磨用磨球的材質沒有特殊要求,采用本領域技術人員所熟知的磨球即可。在本發明中,所述鋁和鈦性質柔軟,陶瓷粉性質較脆,所述高能球磨過程中質軟的鋁和鈦被打壓成薄片狀,包覆在質較脆易于進一步粉化的陶瓷粉表面;所述高能球磨處理后得到表面包覆鈦和/或鋁的陶瓷,即所述高能球磨處理后,得到的表面包覆鈦的陶瓷、表面包覆鋁的陶瓷和表面同時包覆鈦和鋁的陶瓷。
本發明將鉻、鎳和所述得到的金屬陶瓷粉混合,得到耐高溫腐蝕涂料。本發明對所述鉻、鎳和金屬陶瓷粉混合方式沒有特殊要求,采用本領域技術人員所熟知的物料混合的方式即可。在本發明中,所述鉻、鎳和金屬陶瓷粉混合優選為攪拌混合;所述攪拌混合的轉速優選為150~500r/min,進一步優選為200~400r/min,更優選為250~300r/min;所述攪拌混合的時間優選為30~60min,進一步優選為40~55min,更優選為50min。
得到包括鉻、鎳和金屬陶瓷粉的混合物料后,本發明優選對所述混合物料進行烘干。在本發明中,所述烘干的溫度優選為100~150℃,進一步優選為110~140℃,更優選為120~130℃;所述烘干的時間優選為20~60min,進一步優選為30~50min,更優選為40min。在本發明中,所述烘干能夠實現混合物料中水分的去除,避免在噴涂過程中水分的蒸發形成孔隙,提高涂層的致密性。
本發明提供了一種耐高溫腐蝕涂層的制備方法,將上述技術方案所述的耐高溫腐蝕涂料在基體表面經超音速噴涂得到耐高溫腐蝕涂層。
本發明將包括所述耐高溫腐蝕涂料在基體表面經超音速噴涂得到耐高溫腐蝕涂層。在本發明中,所述超音速噴涂的燃料氣體優選為有機燃料,進一步優選為丙烷、甲醇、乙醇和二甲醚中的一種或多種;所述燃料氣體的壓力優選為0.3~0.4mpa,進一步優選為0.32~0.38mpa,更優選為0.35mpa。在本發明中,所述超音速噴涂的助燃氣體優選為氧氣,所述助燃氣體的流量優選為1600~1750scfh,進一步優選為1650~1700scfh。在本發明中,所述超音速噴涂的煤油流量優選為5~6gph,進一步優選為5.2~5.8gph,更優選為5.5gph。
在本發明中,所述超音速噴涂的載氣流量優選為20~25scfh,進一步優選為22~24scfh。在本發明中,所述超音速噴涂的送粉速率優選為50~60g/min,進一步優選為52~58g/min,更優選為55g/min。在本發明中,所述超音速噴涂的槍距優選為300~400mm,進一步優選為320~380mm,更優選為350~360mm。在本發明中,所述超音速噴涂的線速度優選為400~500mm/s,進一步優選為420~480mm/s,更優選為450mm/s。
在本發明中,所述超音速噴涂優選為超音速火焰噴涂或超音速等離子噴涂;本發明對所述超音速火焰噴涂和超音速等離子噴涂的具體實施手段沒有特殊限制,采用本領域技術人員所熟知的超音速火焰噴涂和超音速等離子噴涂的具體實施手段即可。
在本發明中,所述超音速噴涂得到的涂層孔隙率小,有助于提高涂層的致密性,有效避免腐蝕介質侵入涂層,進而提高涂層的耐腐蝕性。
在本發明中,所述用于超音速噴涂的基體優選為金屬;本發明對所述金屬的組分沒有特殊要求,任何需要提高耐高溫腐蝕性的金屬材料均可。在本發明中,所述基體優選為金屬材料,進一步優選為碳鋼或合金鋼;所述碳鋼優選為20號碳鋼、45號碳鋼或含碳量為60%的碳鋼;本發明對所述合金鋼中合金組分沒有特殊要求。
本發明在基體表面進行所述超音速噴涂前,優選對所述基體進行預處理。所述預處理優選依次包括除油和噴砂。
本發明對所述除油處理的方式沒有特殊要求,以能去除待噴涂基體表面的油污為準。
本發明對所述噴砂處理的具體實施方式沒有特殊要求,采用本領域技術人員所熟知的噴砂處理的實施方式即可。在本發明中,所述噴砂用沙粒的粒徑優選根據噴砂后的粗糙度決定,噴砂后的基體表面粗糙度優選為0.4~3.2ra,進一步優選為1.0~2.0ra。
本發明優選對所述預處理后的基體表面噴涂打底層。在本發明中,所述打底層優選為鎳基打底層,進一步優選為nial打底層或nicraly打底層。在本發明中,所述打底層的厚度優選為100~150μm,進一步優選為110~120μm。在本發明中,所述打底層有助于提高耐高溫腐蝕涂層與基體的結合力。
本發明對所述打底層的噴涂方式沒有特殊要求,采用本領域技術人員所熟知的涂層的噴涂方式即可。在本發明中,所述打底層的噴涂優選為超音速噴涂,進一步優選為超音速火焰噴涂或超音速等離子噴涂。
在本發明中所述的用于打底層噴涂的超音速噴涂的所述超音速噴涂的燃料氣體優選為有機燃料,進一步優選為丙烷、甲醇、乙醇和二甲醚中的一種或多種;所述燃料氣體的壓力優選為0.4~0.6mpa,進一步優選為0.45~0.55mpa,更優選為0.5mpa。在本發明中,所述超音速噴涂的助燃氣體優選為氧氣,所述助燃氣體的流量優選為1600~1900scfh,進一步優選為1650~1850scfh,更優選為1800scfh。在本發明中,所述超音速噴涂的煤油流量優選為5~8gph,進一步優選為5.2~7.8gph,更優選為7gph。
在本發明中,所述超音速噴涂的載氣流量優選為20~30scfh,進一步優選為22~28scfh,更優選為26scfh。在本發明中,所述超音速噴涂的送粉速率優選為50~60g/min,進一步優選為52~58g/min,更優選為55g/min。在本發明中,所述超音速噴涂的槍距優選為200~500mm,進一步優選為220~480mm,更優選為300~350mm。在本發明中,所述超音速噴涂的線速度優選為400~500mm/s,進一步優選為420~480mm/s,更優選為450mm/s。
本發明優選噴涂打底層后進行耐高溫腐蝕涂層的噴涂時,所述打底層的噴涂與耐高溫腐蝕涂層的噴涂的間隔時間不超過2h,進一步優選為10~90min,更優選為30~40min。
本發明還提供了上述技術方案所述制備方法得到的耐高溫腐蝕涂層。在本發明中,所述耐高溫腐蝕涂層優選包括以下質量百分含量的組分:鉻45~56%,鎳30~41%,鈦2.8~3.2%,鋁5~8%,碳化鉻4.5~6.8%和氧化鈰1~1.5%。
在本發明中,以質量百分含量計,所述耐高溫腐蝕涂層包括45~56%的鉻,優選為50~56%,進一步優選為52~53%。在本發明中,所述以質量百分含量計,所述耐高溫腐蝕涂層包括30~41%的鎳,優選為32~41%,進一步優選為35~36%。在本發明中,以質量百分含量計,所述耐高溫腐蝕涂層包括2.8~3.2%的鈦,優選為2.9~3.15%,更優選為3.0~3.1%。在本發明中,以質量百分含量計,所述耐高溫腐蝕涂層包括5~8%的鋁,優選為5.5~7.5%,進一步優選為6~7%,最優選為6.5%。在本發明中,以質量百分含量計,所述耐高溫腐蝕涂層包括4.5~6.8%的碳化鉻,優選為5~6.5%,進一步優選為5.5~6%。在本發明中,以質量百分含量計,所述耐高溫腐蝕涂層包括氧化鈰1~1.5%,優選為1.1~1.4%,更優選為1.2~1.3%。
在本發明中,所述耐高溫腐蝕涂層的厚度優選為0.3~0.5mm,進一步優選為0.31~0.48mm,更優選為0.35~0.45mm,最優選為0.40mm。
為了進一步說明本發明,下面結合實施例對本發明提供的耐高溫腐蝕涂料及其制備方法以及耐高溫腐蝕涂層及其制備方法進行詳細地描述,但不能將它們理解為對本發明保護范圍的限定。
實施例1:
(1)將粒徑為0.5微米的cr3c2粉末與粒徑為5納米的球狀ceo2粉末按質量比為4:1比例混合,制成混合均勻的陶瓷粉,將粒徑為3μm的鋁和粒徑為3μm的鈦按照質量比3:1混合,得到金屬粉;將陶瓷粉和金屬粉按照1:1的質量比例混合,在氬氣保護下進行高能球磨5小時,其中高能球磨的球磨的時間為4.5h,轉速350r/min,球料比30:1制成鈦和/或鋁包裹的陶瓷粉。按照質量百分比為鉻50%,鎳36%,包裹金屬的陶瓷粉14%的比例混合均勻,得到熱噴涂粉末,即耐高溫腐蝕涂料。
(2)以規格為60×18×6mm的20號碳鋼作為基材工件,對其表面進行除油、噴砂處理,得到表面粗糙度為1.5ra的基體材料;
(3)采用烘箱對步驟(1)得到的熱噴涂粉末進行烘干,去除水分,其中烘干溫度為100℃;
(4)采用超音速火焰熱噴涂對工件表面噴涂nial打底層,工藝參數為:燃料氣體丙烷的壓力為0.40mpa,助燃氣體氧氣的流量為1750scfh,煤油的流量為6gph,載氣的流量為25scfh,送粉速度為55g/min,槍距為300mm,線速度為500mm/s,噴涂厚度100μm;
(5)將所述步驟(3)得到的熱噴涂粉末采用超音速火焰噴涂方法在打底層表面進行噴涂,工藝參數為;燃料氣體丙烷的壓力為0.4mpa;助燃氣體氧氣的流量為1600scfh;煤油的流量為5gph;載氣的流量為22scfh;送粉速度為50g/min;槍距為300mm;線速度為400mm/s;噴涂厚度為310um;
(6)將噴涂后帶涂層的機件進行冷卻處理,采用空冷自然冷卻,得到ni-cr-al-ti-cr3c2-ceo2復合涂層,其中涂層各組分的質量分數為ni:36%,al:4.7%,ti:1.6%,cr3c2:6.2%,ceo2:1.6%,余量的cr,涂層截面sem圖如圖1所示;
(7)將制備得到的復合涂層連同基體材料試樣在750℃、1%so2氣氛環境中進行1000h腐蝕測試,腐蝕測試結束后試樣截面圖如圖5所示,對比圖1和圖5可知,試樣表面涂層的腐蝕產物層很薄,無明顯腐蝕,表面狀態良好,無脫落;
并對涂有復合涂層的試樣的結合強度以及表面硬度進行測試,其中測得結合強度為60mpa,硬度可達hrc66。
實施例2
(1)將粒徑為10微米的cr3c2粉末與粒徑為30納米的球狀ceo2粉末按質量比為3:1比例、按照轉速150r/min機械混合10min,得到陶瓷粉;將粒徑為1μm鋁和粒徑為1μm的鈦按照質量比為2.2:1配置,以150r/min機械混合10min,得到金屬粉末;將陶瓷粉和金屬粉按照質量比1:1的比例混合,在氬氣保護下進行高能球磨5小時,其中轉速320r/min,球料比25:1,得到鈦和/或鋁包裹的陶瓷粉。按照質量百分比為鉻54%,鎳33%,鈦和/或鋁包裹的陶瓷粉含量13%,將三種粉末以150r/min機械混合10min,混合均勻制備成熱噴涂粉末,即耐高溫腐蝕涂料。
(2)用規格為60×18×6mm的20號碳試樣作為基體工件,對其表面進行除油、噴砂處理,得到表面粗糙度為2.0ra的基體材料;
(3)用烘箱將步驟(1)制備得到的熱噴涂粉末用140℃烘干,去除混合噴涂粉末中的水分;
(4)采用超音速火焰噴涂技術在工件表面噴涂打底層,打底層粉末為工業用nial噴涂粉末,噴涂參數:燃料氣體丙烷的壓力為0.50mpa,助燃氣體氧氣的流量為1800scfh,煤油的流量為6.5gph,載氣的流量為28scfh,送粉速度為55g/min,槍距為400mm,線速度為500mm/s,噴涂厚度110um;
(5)采用超音速火焰噴涂技術噴涂步驟(3)處理后的熱噴涂粉末,工藝參數為:燃料氣體丙烷的壓力為0.35mpa,助燃氣體氧氣的流量為1700scfh,煤油的流量為6gph,載氣的流量為24scfh,送粉速度為55g/min,槍距為400mm,線速度為450mm/s,噴涂厚度為330um;
(6)噴涂后帶涂層的機件采用空冷自然冷卻方式冷卻后得到ni-cr-al-ti-cr3c2-ceo2復合涂層,其中涂層組分質量分數為ni:33%,al:4.0%,ti:1.8%,cr3c2:5.4%,ceo2:1.8%和余量的cr,涂層截面sem圖如圖2所示;
(7)將制備得到的復合涂層連同基體材料試樣在800℃、1%so2氣氛環境中進行1000h腐蝕測試,腐蝕測試結束后試樣截面圖如圖6所示。對比圖2和圖6可知,試樣表面涂層的腐蝕產物層很薄,表面狀態良好,無脫落;
并對涂有復合涂層的試樣的結合強度以及表面硬度進行測試,其中測得結合強度為58mpa,硬度可達hrc65。
實施例3
(1)將粒徑為5微米cr3c2粉末與粒徑為6納米的球狀ceo2粉末按質量比為5:1比例混合,制成混合均勻的陶瓷粉,將粒徑為1.5μm的鋁和粒徑為1.5μm的鈦按照質量比4:1混合,得到金屬粉;將陶瓷粉和金屬粉按照2:1的質量比例混合,在氬氣保護下進行高能球磨6小時,其中轉速380r/min,球料比27:1,制成鈦和/或鋁包裹的陶瓷粉。按照質量百分比為鉻51%,鎳35%,包裹金屬的陶瓷粉14%的比例混合均勻,得到熱噴涂粉末,即耐高溫腐蝕涂料。
(2)以規格為60×18×6mm的20號碳鋼作為基材工件,對其表面進行除油、噴砂處理,得到表面粗糙度為1.8ra的基體材料;
(3)采用烘箱對步驟(1)得到的熱噴涂粉末進行烘干,去除水分,其中烘干溫度為100℃;
(4)采用超音速火焰噴涂技術在工件表面噴涂打底層,打底層粉末為工業用nicraly噴涂粉末,噴涂參數:燃料氣體丙烷的壓力為0.55mpa,助燃氣體氧氣的流量為1850scfh,煤油的流量為7gph,載氣的流量為28scfh,送粉速度為60g/min,槍距為500mm,線速度為500mm/s,噴涂厚度120um;
(5)將所述步驟(3)得到的熱噴涂粉末采用超音速火焰噴涂方法在打底層表面進行噴涂,工藝參數為;燃料氣體丙烷的壓力為0.6mpa;助燃氣體氧氣的流量為1650scfh;煤油的流量為10gph;載氣的流量為23scfh;送粉速度為50g/min;槍距為300mm;線速度為400mm/s;噴涂厚度為300um;
(6)將噴涂后帶涂層的機件進行冷卻處理,采用空冷自然冷卻,得到ni-cr-al-ti-cr3c2-ceo2復合涂層,其中涂層組分百分含量為ni:35%,al:3.3%,ti:0.8%,cr3c2:8.2%,ceo2:1.6%和余量的cr,涂層截面sem圖如圖3所示;
(7)將制備得到的復合涂層連同基體材料試樣在750℃、1%so2氣氛中進行1000h腐蝕測試,腐蝕測試結束后試樣截面圖如圖7所示,由圖7可知,試樣表面涂層的腐蝕產物層較薄,無明顯腐蝕,表面狀態良好,無脫落;
并對涂有復合涂層的試樣的結合強度以及表面硬度進行測試,其中測得結合強度為55mpa,硬度可達hrc60。
實施例4
(1)將粒徑為8微米cr3c2粉末與粒徑為20納米的球狀ceo2粉末按質量比為5:1比例混合,制成混合均勻的陶瓷粉,將粒徑為1.5μm的鋁和粒徑為1.5μm的鈦按照質量比4:1混合,得到金屬粉;將陶瓷粉和金屬粉按照2:1的質量比例混合,在氬氣保護下進行高能球磨6小時,其中轉速380r/min,球料比27:1,制成鈦和/或鋁包裹的陶瓷粉。按照質量百分比為鉻51%,鎳35%,包裹金屬的陶瓷粉14%的比例混合均勻,得到熱噴涂粉末,即耐高溫腐蝕涂料。
(2)以規格為60×18×6mm的20號碳鋼作為基材工件,對其表面進行除油、噴砂處理,得到表面粗糙度為2.0ra的基體材料;
(3)采用烘箱對步驟(1)得到的熱噴涂粉末進行烘干,去除水分,其中烘干溫度為100℃;
(4)將所述步驟(3)得到的熱噴涂粉末采用超音速火焰噴涂方法在打底層表面進行噴涂,工藝參數為;燃料氣體丙烷的壓力為0.6mpa;助燃氣體氧氣的流量為1650scfh;煤油的流量為10gph;載氣的流量為23scfh;送粉速度為50g/min;槍距為300mm;線速度為400mm/s;噴涂厚度為300um;
(5)將噴涂后帶涂層的機件進行冷卻處理,采用空冷自然冷卻,得到ni-cr-al-ti-cr3c2-ceo2復合涂層,其中涂層組分百分含量為ni:35%,al:3.5%,ti:0.8%,cr3c2:7.5%,ceo2:1.6%和余量的cr,涂層截面sem圖如圖4所示;
(6)將制備得到的復合涂層連同基體材料試樣在750℃、1%so2氣氛環境中進行1000h腐蝕測試,腐蝕測試結束后試樣截面圖如圖8所示,由圖8可知,試樣表面涂層的腐蝕產物層很薄,無明顯腐蝕,表面狀態良好,無脫落;
并對涂有復合涂層的試樣的結合強度以及表面硬度進行測試,其中測得結合強度為52mpa,硬度可達hrc60。
由以上實施例腐蝕測試結果可知,本發明提供的耐高溫腐蝕涂層,具有良好的耐高溫腐蝕性。
以上所述僅是本發明的優選實施方式,應當指出,對于本技術領域的普通技術人員來說,在不脫離本發明原理的前提下,還可以做出若干改進和潤飾,這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。