一种强韧性抗高温蒸汽氧化涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种强韧性抗高温蒸汽氧化涂层的制备方法，将浆状含铝涂层材料均匀涂覆于管道表面，涂覆厚度为0.1～0.5mm，然后风干固化，高温扩散热处理，最后进行后处理，在管道表面形成强韧性抗高温蒸汽氧化涂层，强韧性抗高温蒸汽氧化涂层中铝原子质量含量为6～13％。可通过单次涂覆上述涂层材料，在大气环境下短时、高效制备出满足使役性能的涂层结构，污染小、能耗低、应用范围广、实用性极强。实用性极强。实用性极强。

【技术实现步骤摘要】
一种强韧性抗高温蒸汽氧化涂层的制备方法


[0001]本专利技术属于材料表面涂层
，具体涉及一种强韧性抗高温蒸汽氧化涂层的制备方法。

技术介绍

[0002]火电机组锅炉奥氏体钢过/再热器管是超超临界机组中负责回收燃煤烟气能量、加热蒸汽、实现能量转化的关键部件，是锅炉中承受压力最大、温度最高、服役环境罪苛刻的部分。据测算，管外壁温度需达640
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680℃时才能使蒸汽参数达到620℃级超超临界二次机组的要求。由于国内外尚无可供600/620/620℃二次再热超超临界机组选用的合金，奥氏体钢仍是机组末级过/再热器的首选材料之一；在更高的温度下，奥氏体钢虽能满足服役期间的各项力学及热物性能，但650℃蒸汽条件下服役的抗氧化性能大大降低，较高的蒸汽氧化速率限制了奥氏体钢在更高温度下服役的可能。
[0003]研究表明，表面形成Al2O3膜的合金具有优异的抗高温蒸汽氧化性能。如果在奥氏体钢表面制备一定含量的渗铝层，使奥氏体钢表面具备Al2O3膜形成的能力，则奥氏体钢的抗高温蒸汽氧化性能将显著提高。基于此，近年来国内外学者开展了大量相关研究，如传统热扩散方法、热浸渗、料浆法渗铝等，但这些方法制备的涂层均不可避免的出现脆性相金属间化合物η
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Fe2Al5或者FeAl2；由于η
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Fe2Al5/FeAl2相热膨胀系数远高于基体，导致涂层内出现大量贯穿性裂纹，严重影响涂层的综合性能。为了抑制脆性相η
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Fe2Al5/FeAl2相的形成、长大，有人尝试采用控制铝活度的策略，采用气氛保护+高活度粉末包埋法的制备工艺控制脆性相的形成，然而在复杂的制备工艺、较低的制备效率以及较大的环境污染代价下，虽能有效减少金属间化合物脆性相层的厚度与含量，但仍无法完全避免η
‑
Fe2Al5/FeAl2相层。
[0004]另外，传统的渗铝层制备工艺获得的涂层厚度可控性差、结构复杂，多为双层及多层结构，由于层间析出相、孔洞缺陷以及氧化物杂质的存在导致层间的相容性差、结合力弱，涂层常常出现分层剥落。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种强韧性抗高温蒸汽氧化涂层的制备方法。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种强韧性抗高温蒸汽氧化涂层的制备方法，包括如下步骤：将浆状含铝涂层材料均匀涂覆于管道表面，涂覆厚度为0.1～0.5mm，然后风干固化，高温扩散热处理，最后进行后处理，在管道表面形成强韧性抗高温蒸汽氧化涂层，强韧性抗高温蒸汽氧化涂层中铝原子质量含量为6～13％。
[0008]进一步的，将浆状涂层材料均匀涂覆于管道表面前，将管道表面在100～150℃下烘干20～30min，然后在220～250℃预热15～20min。
[0009]进一步的，涂覆采用软管倒退的方式进行，喷涂压力为0.4～1.2MPa，喷嘴出料口
径为1.5～3mm，喷嘴行进速率为20～30cm/s。
[0010]进一步的，风干固化的具体条件为室温下自然风干12～24h，然后在350～420℃下固化30～60min。
[0011]进一步的，高温扩散热处理的具体条件为在大气环境下将管道在950～1080℃下保温10～15min。
[0012]进一步的，采用水冷方式进行后处理，水温为20～35℃。
[0013]进一步的，强韧性抗高温蒸汽氧化涂层为单层结构。
[0014]进一步的，强韧性抗高温蒸汽氧化涂层厚度为33～41μm。
[0015]进一步的，浆状涂层材料的制备方法如下：
[0016]1)按质量百分比计，将55～65％的铝粉、10～20％的硅粉、20～30％的氧化铝粉以及0.5～2％的溴化铵，混合后球磨，得到固相组分；
[0017]2)将三氧化铬和氧化镁加入到80℃的磷酸二氢铝溶液中并不断搅拌，直至溶解后，加入水玻璃，搅拌后过滤，获得液相组分；
[0018]3)按照固相组分与液相组分比为10g：4～6mL，将固相组分与液相组分混合、搅拌、球磨，浆状涂层材料。
[0019]进一步的，磷酸二氢铝溶液、水玻璃、三氧化铬和氧化镁的比为：100mL：12～25mL：20～25g：5～12g，磷酸二氢铝溶液质量浓度为37.5％。
[0020]与现有的技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0021]本专利技术所述的一种强韧性抗高温蒸汽氧化涂层为单层结构，厚度适中，与合金基体通过原子扩散呈冶金结合，无剥落风险；涂层中易形成η
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Fe2Al5或FeAl2脆性相的Al原子含量得到控制(6～13wt.％)，形成了以强韧性FeAl相为主的铝化物涂层，涂层结构完整，无裂纹、微孔等制造缺陷；既保证了涂层的高抗蒸汽氧化性能，又解决了脆性相的形成和涂层开裂问题。本专利技术所述的一种强韧性抗高温蒸汽氧化涂层的制备方法，可一次性完成合金表面喷涂全覆盖，在常规大气环境下即可完成原子的高效率扩散和涂层制备，无需气氛保护或真空环境，扩散时间短、制备效率高、无损母材组织，综合性能优异。本专利技术的制备方法能耗低、污染小，可适用于各类奥氏体钢、镍基/镍铁基高温合金以及特种耐热钢等材质部件，对服役于高温高压环境中部件表面的抗氧化性能更佳；同时，对异形件、复杂工件、超大件等部件的表面涂层制备适用性强，应用范围更广。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例1参数下制备的强韧性抗高温蒸汽氧化涂层截面形貌照片；
[0023]图2为本专利技术实施例6参数下制备的强韧性抗高温蒸汽氧化涂层截面形貌照片；
[0024]图3为本专利技术实施例8参数下制备的强韧性抗高温蒸汽氧化涂层截面形貌照片；
[0025]图4为本专利技术实施例8参数下制备的强韧性抗高温蒸汽氧化涂层铝元素分布。
具体实施方式
[0026]下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述。
[0027]本专利技术以奥氏体钢TP347HFG所制备的大型锅炉管道为例，在其表面开展强韧性抗高温蒸汽氧化涂层的制备，管道规格均为外径60mm、壁厚4mm、长度6000mm。
[0028]浆状含铝涂层材料制备方法如下：
[0029]1)固相组分制备：按质量百分比计，称取55～65％的渗源铝粉、10～20％的缓释剂硅粉、20～30％的填充剂氧化铝粉以及0.5～2％的活化剂溴化铵，充分混合后在行星式球磨机球磨6～12h，取出即得固相组分；
[0030]2)液相组分制备：首先，分别量取100mL质量浓度为37.5％的粘结剂磷酸二氢铝溶液和12～25mL的增稠剂水玻璃，称量20～25g酸性抑制剂三氧化铬和5～12g的固化剂氧化镁；然后，将三氧化铬和氧化镁依次缓慢加入到80℃水浴的磷酸二氢铝溶液(上海太洋科技有限责任公司)中并不断搅拌，直至完全溶解；最后，加入水玻璃充分搅拌后过滤残渣，获得液相组分；
[0031]3)涂层材料的制备：按照固、液比为10g：4～6本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强韧性抗高温蒸汽氧化涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将浆状含铝涂层材料均匀涂覆于管道表面，涂覆厚度为0.1～0.5mm，然后风干固化，高温扩散热处理，最后进行后处理，在管道表面形成强韧性抗高温蒸汽氧化涂层，强韧性抗高温蒸汽氧化涂层中铝原子质量含量为6～13％。2.根据权利要求1所述的一种强韧性抗高温蒸汽氧化涂层的制备方法，其特征在于，将浆状涂层材料均匀涂覆于管道表面前，将管道表面在100～150℃下烘干20～30min，然后在220～250℃预热15～20min。3.根据权利要求1所述的一种强韧性抗高温蒸汽氧化涂层的制备方法，其特征在于，涂覆采用软管倒退的方式进行，喷涂压力为0.4～1.2MPa，喷嘴出料口径为1.5～3mm，喷嘴行进速率为20～30cm/s。4.根据权利要求1所述的一种强韧性抗高温蒸汽氧化涂层的制备方法，其特征在于，风干固化的具体条件为室温下自然风干12～24h，然后在350～420℃下固化30～60min。5.根据权利要求1所述的一种强韧性抗高温蒸汽氧化涂层的制备方法，其特征在于，高温扩散热处理的具体条件为在大气环境下将管道在950～1080℃下保温10～15min。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄锦阳，鲁金涛，张醒兴，党莹樱，周永莉，杨珍，李沛，刘鹏，张鹏，尹宏飞，袁勇，谷月峰，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：