一种锅炉四管用NiCrBSi-MSi2金属陶瓷粉末、复合涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种锅炉四管用NiCrBSi

【技术实现步骤摘要】
一种锅炉四管用NiCrBSi
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MSi2金属陶瓷粉末、复合涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于金属陶瓷涂层
，具体涉及一种锅炉四管用NiCrBSi
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MSi2金属陶瓷粉末、复合涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着我国经济的快速发展，能源需求不断提高，环境也不断恶化，人们对节能环保的要求日趋增高。生物质/垃圾焚烧电厂是实现节能环保目标的重要途径，但由于生物质，垃圾废料中碱金属(钾、钠等)以及氯元素含量较高，在燃烧过程中形成熔融且腐蚀性很强的碱金属氯化物盐，这些碱氯盐即使在低于盐熔点的温度下，也会破坏材料表面的氧化保护层，对锅炉管道形成剧烈腐蚀。同时飞灰和炉渣也会对锅炉管道产生严重磨损，结果导致炉管失效，严重影响锅炉的正常运行。采用热喷涂技术在关键装备和备件表面沉积高温防护涂层以增强材料耐腐蚀、耐磨损性能成为一种经济实用的方法。超音速火焰喷涂具有焰流速度快，焰流温度高，喷涂材料广泛，涂层结合强度高，涂层致密度高孔隙率低等特点，被广泛应用于高温复杂环境下防护涂层的制备。
[0003]目前发展的超音速火焰喷涂种类有FeCr或NiCr基合金涂层，氧化物陶瓷涂层和碳化物基金属陶瓷涂层。合金涂层具有良好的耐腐蚀性能，但耐磨损性能不足；氧化物陶瓷涂层具有良好的耐磨性能，但是耐腐蚀性能和结合力较差，容易造成涂层断裂；NiCr
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Cr2C3和WC
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Co等碳化物金属陶瓷涂层具有优异的耐磨损性能和结合力，但是耐腐蚀性能不足，且碳化物在高温下容易脱碳，造成其高温性能的下降。因此急需发展新型金属陶瓷涂层来提高锅炉四管的高温耐蚀及耐磨性能。
[0004]MSi2作为一种金属间化合物，由于其良好的耐高温氧化性能和高温力学性能，已被广泛应用于高温耐腐蚀涂层。由于MSi2(Tm＝1490℃)的低熔点可以降低涂层的孔隙率，在高温下形成的氧化铬可以作为“粘结相”来抑制微裂纹的产生和扩散，且MSi2在高温下可以在涂层表面形成致密复合氧化物玻璃层，具有低挥发性和低氧渗透性。近年来常用于制备高温耐腐耐磨涂层。
[0005]专利技术人前期研究发现，NiCrBSi涂层的氧化层主要成分为Cr2O3+SiO2，表现出较好的耐碱氯腐蚀性能，这主要归因于涂层内部的CrSi2合金相在高温下腐蚀形成的不连续等的SiO2氧化层。然而，NiCrBSi涂层中CrSi2含量较低，无法形成致密连续的SiO2氧化层，限制了其抗热腐蚀性能的提高。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于解决高温复杂环境下的锅炉四管关键部件的高温磨损和腐蚀难题的问题，提供一种锅炉四管用NiCrBSi
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MSi2金属陶瓷粉末、复合涂层及其制备方法。
[0007]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现：
[0008]本专利技术提供一种锅炉四管用NiCrBSi
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MSi2金属陶瓷粉末的制备方法，包括以下步
骤：
[0009]1)机械球磨：将NiCrBSi粉末、酒精及磨球按比例加入到球磨罐中，球磨得到含酒精混合粉末溶液A；将MSi2粉末、酒精及磨球按比例加入到球磨罐中，球磨得到含酒精混合粉末溶液B；
[0010]2)粉末蒸干：将含酒精混合粉末溶液A、含酒精混合粉末溶液B分别放置在鼓风恒温干燥箱中，加热烘干；
[0011]3)配置料浆：将干燥后的粉末A、粉末B进行混合，向其中加入粘结剂聚乙烯醇、消泡剂正辛醇及去离子水，搅拌静置得到水基复合料浆；
[0012]4)喷雾造粒：将水基复合料浆不断搅拌并通过恒流泵送入高速离心喷雾干燥机中，雾化形成球型粉末颗粒；
[0013]5)真空烧结：使用真空烧结炉，对喷雾造粒后的粉末颗粒进行真空烧结处理；
[0014]f、过筛分级：将烧结得到的金属陶瓷粉末使用振动筛及超声波振动器进行过筛分级处理，得到NiCrBSi
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MSi2金属陶瓷粉末。
[0015]进一步地，步骤1)中，所述NiCrBSi粉末的粒径为15～45μm，其中元素质量百分比为：
[0016]Ni：65～85％
[0017]Cr：8～18％
[0018]B：1.8～4.5％。
[0019]进一步地，步骤1)中，所述MSi2粉末的粒径为10～70μm，其中M为Co、Cr、Mo、W中的一种，其纯度≥99.5％。
[0020]进一步地，步骤1)中，每100g粉末中酒精加入量为375ml，氧化锆磨球按直径选取15mm、13mm、11mm、9mm、5mm，且按1:2:2:2:3的比例配成混合磨球，使磨球与NiCrBSi粉末质量比为8:1，磨球与MSi2粉末质量比为4:1。
[0021]进一步地，步骤3)中，NiCrBSi与MSi2质量比为6～8:4～2，粘接剂聚乙烯醇的添加量为粉末总质量的4％，消泡剂正辛醇的添加量为粉末总质量的0.4％，去离子水的添加量使得浆料中粉末固含量达到40％。
[0022]进一步地，步骤5)中，真空烧结采用梯度升温烧结方式，粉末由室温经45min加热到300℃，再由300℃经30min加热到600℃，保温2h；最后经40min加热至1000℃，保温6h，停止加热，粉末随炉冷却至室温。
[0023]本专利技术还提供一种锅炉四管用NiCrBSi
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MSi2金属陶瓷粉末，由上述的制备方法制得，该金属陶瓷粉末的粒径为15～45μm，松装密度为1.57～1.62g/cm2，流动性为80.9～110.3s/50g。
[0024]本专利技术还提供一种锅炉四管用NiCrBSi
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MSi2复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0025]S1：制备如上所述的NiCrBSi
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MSi2金属陶瓷粉末；
[0026]S2：在喷涂前，对锅炉钢基体表面进行除油净化处理，然后对表面进行喷砂处理，并对喷砂处理后的基体进行预热处理；
[0027]S3：使用航空煤油为燃料的超音速火焰喷涂技术，氧气作为助燃剂，煤油作为燃料，氮气作为送粉载气，循环去离子水作为冷却介质，将步骤S1中得到的金属陶瓷粉末喷涂
[0042]图5为实施例1
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3中NiCrBSi
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CrSi2复合涂层热腐蚀后表面XRD图谱：(a)NiCrBSi
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20 CrSi2；(b)NiCrBSi
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30 CrSi2；(c)NiCrBSi
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40 CrSi2；
[0043]图6为实施例1
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3中NiCrBSi
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CrSi2复合涂层与NiCrBSi涂层热腐蚀增重和热腐蚀动力学常数对比图；
[0044]图7为实施例1
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3中NiCrBSi
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CrSi2复合涂层磨痕拉曼图：(a)NiCrBSi
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锅炉四管用NiCrBSi
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MSi2金属陶瓷粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)机械球磨：将NiCrBSi粉末、酒精及磨球按比例加入到球磨罐中，球磨得到含酒精混合粉末溶液A；将MSi2粉末、酒精及磨球按比例加入到球磨罐中，球磨得到含酒精混合粉末溶液B；2)粉末蒸干：将含酒精混合粉末溶液A、含酒精混合粉末溶液B分别放置在鼓风恒温干燥箱中，加热烘干；3)配置料浆：将干燥后的粉末A、粉末B进行混合，向其中加入粘结剂聚乙烯醇、消泡剂正辛醇及去离子水，搅拌静置得到水基复合料浆；4)喷雾造粒：将水基复合料浆不断搅拌并通过恒流泵送入高速离心喷雾干燥机中，雾化形成球型粉末颗粒；5)真空烧结：使用真空烧结炉，对喷雾造粒后的粉末颗粒进行真空烧结处理；f、过筛分级：将烧结得到的金属陶瓷粉末使用振动筛及超声波振动器进行过筛分级处理，得到NiCrBSi
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MSi2金属陶瓷粉末。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述NiCrBSi粉末的粒径为15～45μm，其中元素质量百分比为：Ni：65～85％Cr：8～18％B：1.8～4.5％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述MSi2粉末的粒径为10～70μm，其中M为Co、Cr、Mo、W中的一种，其纯度≥99.5％。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，NiCrBSi与MSi2质量比为6～8:4～2，粘接剂聚乙烯醇的添加量为粉末总质量的4％，消泡剂正辛醇的添加量为粉末总质量的0.4％，去离子水的添加量使得浆料中粉末固含量达到40％。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤5)中，真空烧结采用梯度升温烧结方式，粉末由室温经45min加热到300℃，再由300℃经30min加热到600℃，保温2h；最后经40min加热至1000℃，保温6h，停止加热，粉末随炉冷却至室...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘侠，何陶，张世宏，王志强，常诚，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：