[发明专利]一种粉芯丝材及其制备方法和应用

说明书

技术领域    

       本发明涉及材料加工工程中的热喷涂领域，具体涉及一种粉芯丝材及其制备方法和应用。

背景技术

循环硫化床锅炉大量使用杂质含量高的劣质煤，使锅炉管道处于高温、硫化、飞灰、熔渣等恶劣环境中。由于高温氧化、热腐蚀以及高温冲蚀造成的诸如爆管等锅炉管道故障一直是电力行业亟待解决的一个技术与经济难题。这类事故不但严重影响了电厂的安全运行，而且造成了巨大的经济损失。 

随着热喷涂技术的发展以及在电厂锅炉上的广泛应用，采用热喷涂技术对锅炉管道进行腐蚀防护与快速修复已经成为一种延长锅炉使用寿命的有效途径。采用高Cr含量的涂层材料可以促使材料表面在高温下形成连续致密的保护性氧化膜，从而提高材料的抗高温氧化以及硫化腐蚀性能。高速电弧喷涂技术由于喷涂效率高、成本低、涂层性能优异、结合强度高等优点，在电站锅炉管道防腐防磨上有非常广泛的应用前景。美国TAFA 公司研制的45CT（NiCrTi）电弧喷涂涂层具有工作温度高，抗氧化、硫化和热腐蚀性能好、结合强度高等特点，在锅炉管道上的使用寿命长达7-8年，是目前各国公认的抗高温腐蚀性能最好的材料。但是由于Ni基材料价格昂贵，极大的限制了其工业应用。为了寻找开发一种价格低廉，性能优异，适合我国国情的电弧喷涂材料来替代Ni基合金，科学家们做了大量的工作并取得了一系列的成果。Fe-Cr合金涂层由于性能优异，成本低廉而得到了广泛的关注。 

纳米材料由于具有高强度、高硬度及优异的抗高温氧化性能一直是研究的热点。D.J. Branagan等曾经报道一种Fe基纳米材料硬度可高达15 GPa（Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2002, 33(6), p. 855-859）。而且对于含Cr合金来说，晶界与材料表面的交叉点通常作为形核点促进Cr₂O₃的优先形成。随着晶粒尺寸的减小，Cr₂O₃在晶界上的形核点之间的距离将不断减小，因此生成连续致密的Cr₂O₃保护膜需要的时间也越短。晶界为Cr元素从材料内部扩散到材料表面提供了快速通道。材料纳米化导致抗高温氧化性能提高的原因主要有两个：第一，提高了Cr元素通过晶界的扩散系数；第二，降低了在材料表面形成连续致密的保护膜所需要的Cr元素的临界浓度。此外，材料纳米化还可以使得材料表面形成的保护膜抵抗开裂与剥落的性能大大提高（Surface and Coatings Technology, 2013, 217（25）:162-171.）。但是，由于纳米材料的制备困难，且通过大机械变形（如轧制等）的方法得到的纳米晶由于存在很大的内应力，从而导致在回复与再结晶过程中晶粒快速长大而导致材料性能下降。因此纳米材料很难在工业上广泛应用。