[发明专利]用于高温热电偶保护管表面熔覆的粉心焊丝及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，特别涉及一种用于高温热电偶保护管表面熔覆的粉心焊丝及制备方法，适于制备Mo-Si-Ni-A1系熔覆层的粉芯焊丝。

技术领域

水泥企业生产线都要对分解炉中部、窑尾烟、窑头罩等进行温度测量，一些测点要求保护管在1000-1300℃的温度变化范围和冲蚀条件下长寿命工作。目前已在水泥工业上应用的热电偶保护套管材料主要有高温合金保护管和陶瓷保护管两大类。高温合金保护管的优点是强度高、耐腐蚀性能与导热性能好。但在1000℃及以上的温度下，高温合金保护管的强度、耐磨性急剧下降，这使得高温合金管的寿命短，需频繁更换保护管，无法满足水泥企业正常生产的要求。

陶瓷保护管的常用材料有石英、高温陶瓷、氧化镁、氧化铝、MoSi₂(二硅化钼)等。虽然陶瓷保护管具有高的高温耐磨性，但与金属材料比，陶瓷保护管存在导热率差、可加工性差、热响应敏感性差和抗热震性能差等缺点。由于陶瓷保护管抗热震性能差，在使用过程中存在因冲击和热震而导致保护管脆裂的问题。

在陶瓷保护管的候选材料中，MoSi₂材料具有高的耐高温氧化性而备受关注。MoSi₂的熔点高达2030℃，其原子结合方式为共价键与金属键的混合，它具有陶瓷和金属的综合性能，具有优异的抗高温氧化能力，具有在多数酸、碱、盐等介质条件下耐腐蚀的功能(氧化性酸和盐除外)，还具有良好的导电性、高的热稳定性及抵抗钠、锡、铅、锂、铋等熔融金属液浸蚀的能力。但MoSi₂零部件常采用粉末冶金方法生产，该方法使MoSi₂制品尺寸和形状受到很大的限制。如采用粉末冶金方法生产MoSi₂保护管，还存在如下缺点：(1)保护管在室温下具有陶瓷的脆性而难以加工或焊接；(2)在400～700℃温度区间内MoSi₂会产生严重粉化失效问题；(3)生产成本高，使MoSi₂保护管难以大范围推广应用。

如选用高温合金作为保护管的基体材料，并在基体材料上制备MoSi₂类耐高温涂覆层，就可避免上述缺点，使保护管在室温-中温具有基体材料的韧性；在高温时，保护管的高温强度由所选基体材料决定，而MoSi₂涂覆层承担抗高温氧化、耐磨的功能。

如仅采用MoSi₂作为抗高温氧化、耐磨涂覆层材料，存在如下缺点：(1)由于MoSi₂与基体合金材料的热膨胀系数不匹配，在快速凝固的过程中产生很大的热应力和组织应力，使涂层在冷却收缩的过程产生大量的横向裂纹，这将严重影响涂覆层的抗高温氧化、耐磨性能；(2)在400～700℃中温区间，MoSi₂表面还无法形成均匀致密的SiO₂保护膜，导致O沿晶界快速扩散，发生灾难性的“粉化”现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高温热电偶保护管表面熔覆的粉心焊丝及制备方法，提出了一种形成Mo-Si-Ni-Al系耐高温氧化、耐磨熔覆层的方法和用于高温热电偶保护管表面熔覆的粉心焊丝，利用氩弧熔覆法在耐高温合金保护管基体上制备Mo-Si-Ni-Al系耐高温、耐磨熔覆层。该保护管兼顾了金属和陶瓷的优点，具有导热性好、抗热震性强、耐热、耐磨等优点。

本发明的粉芯焊丝中的混合粉末由Mo、Si、Al、Ni、ZrO₂组成，各组份重量的范围为：Mo：30-44.1wt.％，Si：17.6-26％，Al：14.5-22％，ZrO₂：0-2％，Ni：余量；以上粉末中，Mo与Si的重量比在1.69-1.71范围；利用镍箔包裹上述复合粉末形成粉芯丝。

复合粉末在粉芯丝中所占的重量百分比为85-86％，利用氩弧焊枪将粉芯焊丝熔覆在保护管基体材料外表面。

本发明的制备工艺包括以下步骤：

1、选用在保护管外表面制备高温耐磨熔覆层用的粉芯焊丝。