[发明专利]一种用于电弧喷涂制备铁基耐腐蚀涂层的粉芯丝材及涂层制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料加工工程中的热喷涂领域，是一种利用电弧喷涂工艺制备铁基耐腐蚀涂层的粉芯丝材，该发明主要应用于抗高温氧化和热腐蚀等工业领域。

背景技术

在电厂设备中，锅炉占重要地位，与汽轮机和发电机共称为电厂的“三大主机”。而与此同时，锅炉也是电厂事故多发的设备，火电机组的非计划停机大部分由它引起，其事故占有率为整个机组的40%以上，占所有非计划停机事故的多数。其中，锅炉受热面“四管”故障是造成锅炉强迫停机的首要原因。随着设计和制造技术的提高，耐高温高压材料发展，大型煤电向高参数、大容量、高效率和大电厂发展，运行的安全性和经济性己经成为人们重点关注的问题。

燃煤电站锅炉“四管”在高温服役环境中的热腐蚀是其主要的失效形式之一，由于频繁爆管所带来的材料损耗和非计划停炉造成了高昂的维修成本和巨大的经济损失。通过热喷涂技术在管壁表面制备防护涂层能够显著提高其运行可靠性和使用寿命，降低维修频率，从而体现出较好的经济效益，被认为是锅炉“四管”最为有效的防护技术手段之一。相比于超音速火焰喷涂等技术，电弧喷涂具有工艺设备简单、成本低廉和适于原位大面积施工等优点，因此已被该领域所广泛接受和采用。然而，近年来随着煤质条件的下降以及超超临界锅炉的出现，锅炉“四管”的服役环境更为恶劣，也对涂层材料的综合性能尤其是耐蚀性能提出了更高的要求，设计开发新型涂层材料以改善其防护能力成为该领域研究的热点问题。

本发明利用电弧喷涂工艺制备铁基耐腐蚀涂层，以达到大幅度提高锅炉“四管”的运行可靠性和使用寿命，降低维修频率的目的。为节约材料、降低使用成本、提高经济效益做出贡献。

目前用于锅炉“四管”防护的涂层材料多为镍基合金系涂层，而由于其成本过高，在应用中受到一定限制。经检索，目前未见用于电弧喷涂制备FeCrAlB耐腐蚀涂层的专利报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于电弧喷涂制备铁基耐腐蚀涂层的粉芯丝材及涂层制备方法。用本发明的粉芯丝材制备的涂层耐高温氧化和耐热腐蚀性能强，且涂层结合强度较高，能提高锅炉“四管”的运行可靠性和使用寿命，降低维修频率。

本发明的一种用于电弧喷涂制备铁基耐腐蚀涂层的粉芯丝材，其特征在于：丝材外皮所用带材为不锈钢带；粉芯丝材填充率：32-33%。粉芯丝材包括以下各元素，其原子百分比为：Cr：20-26at.%；B：5-13at.%；Al：4-13at.%。

所述粉芯丝材外皮不锈钢带优选430不锈钢带；

优选所述粉芯丝材包括以下各元素，其原子百分比为：Cr：20-25at.%；B：5-10at.%；Al：4-10at.%。

进一步优选所述粉芯丝材包括以下各元素，其原子百分比为：Cr：23-25at.%；B：7-10at.%；Al：6-10at.%。

进一步优选上述所述的粉芯丝材的元素组成为Cr、B、Al、Fe及不可避免的杂质。

采用本发明上述的粉芯丝材制备一种铁基耐腐蚀涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，对基体表面进行预处理：基体表面经粒度180目砂纸预磨后，利用粒度为60目棕刚玉进行喷砂处理，气压0.5-0.6MPa，时间20s。

步骤2，将粉芯丝材轧制，最终获得直径为2.0mm的粉芯丝材，允许正负公差在0.03mm以内。

步骤3，采用电弧喷涂工艺制备涂层，喷涂工艺参数为：电压25-35V；电流180-220A；喷涂距离200-210mm；压缩空气压力0.4-0.6MPa，制备涂层。

步骤3所述喷涂工艺进行优化，将喷涂工艺参数设定为：电压28-32V；电流190-200A；喷涂距离200mm；压缩空气压力0.5-0.6MPa。

本发明所述方法制备的一种铁基耐腐蚀涂层所具有的耐高温氧化性能和耐腐蚀性能是其自身组分所决定的。

Fe元素：在地壳中占有较高的质量分数，Fe基合金在保持较高的性价比的同时，又可以与基体钢保持较高的结合强度，适合于制备恶劣服役环境中使用的材料表面强化涂层；

Cr元素：涂层中的Cr固溶于Fe中，起到了固溶强化的作用；在高温氧化和热腐蚀条件下，Cr可以与O₂结合形成连续致密的Cr₂O₃氧化层，显著提高涂层的耐高温氧化和耐腐蚀性能，对基体起到保护作用。同时Cr还可以促进Al元素生成保护性Al₂O₃氧化层；