[发明专利]一种用于锅炉水冷壁的耐高温抗磨损涂层材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于锅炉水冷壁的耐高温抗磨损涂层材料及其制备方法和施工工艺，按质量百分比计，包括组分：耐高温粘结剂20～50％，纳米材料1～40％，耐火骨料5～30％，水0～50％，能够解决现有的热喷涂合金涂层材料耐磨性较差和短期腐蚀后附着力偏弱的问题，该涂层材料不仅具有极高的硬度，优良的耐颗粒物冲蚀磨损性能，并且对金属基材具有良好的粘结附着。另外，该涂层材料的施工方法简便快速，能够大幅度的降低工程造价。

技术领域

本发明涉及涂层材料技术领域，尤其涉及一种用于锅炉水冷壁的耐高温抗磨损涂层材料及其制备方法。

背景技术

现代社会对电能的依赖越来越严重，因此人们对电厂的安全运行重视程度越来越高。电厂的锅炉“四管”安全性也备受关注，所谓的电厂锅炉“四管”是指锅炉中过热器、水冷壁、省煤器和再热器，保证电厂锅炉正常工作的主要方面是防止锅炉“四管”泄漏，由于锅炉“四管”覆盖了电厂锅炉的全部受热和受压面，而且也是锅炉工作的核心部位，在工作时它们内部承受着工质的巨大压力和一些化学成分的作用，外部承受着煤燃烧的高温、侵蚀和磨损的环境，同时忍受着水蒸气与火之间进行的内外作用，是锅炉所有部件中最重要和最易损坏的部位，所以很容易发生失效和泄漏问题。根据历年的不完全统计，其结果显示锅炉“四管”爆漏占火力发电机组各类非计划停运原因之首。锅炉在运行过程中，一旦发生“四管”爆漏，势必增加非计划停运损失，增大检修工作量，有时还可能酿成事故，严重影响火力发电厂安全、经济运行。

爆漏最常发生的区域为锅炉的水冷壁，造成爆漏的主要原因为磨损和腐蚀。磨损主要为未燃净的煤粉颗粒物以及燃净的粉煤灰长期对水冷壁管冲刷导致其减薄甚至爆裂。锅炉内部的腐蚀情况较为复杂，总体来说为硫化物为主的酸性气氛腐蚀和还原性气氛腐蚀。

目前，耐磨防腐涂层按成膜物质可主要分为有机涂层和无机涂层。有机涂层主要通过添加较大颗粒的耐磨骨料的方式提升有机涂层的耐磨性能，如专利CN 105400372 B，就是应用该技术方法制备的耐磨涂层，但其应用锅炉四管时，其耐热性能成为最大的障碍；而专利CN 108384380 A中虽无添加大颗粒耐磨骨料，其通过使用硬度较高的聚硅氧烷(专利中甲基三甲氧基硅烷熟化后即为聚硅氧烷)树脂作为粘结剂，从而达到涂层的高耐磨性能。而针对锅炉“四管”，尤其是锅炉水冷壁管的高温腐蚀和冲蚀磨损的防护和修补措施主要是采用热喷涂制备常规粗晶涂层，如FeAlCr涂层和Cr₂C₃-NiCr涂层等。但粗晶涂层在兼顾硬度(即耐磨性)和断裂韧性(即附着力)方面存在着难以克服的矛盾——合金涂层的硬度提高往往意味着断裂韧性的降低，从而造成涂层脆性增加、结合强度下降，在随后的使用过程中易发生硬质相脱落和涂层开裂等现象，严重降低其使用性能，另外热喷涂合金涂层的多孔性，也会严重影响防腐蚀性，因涂层下的腐蚀蔓延导致涂层脱落，失去防腐防磨效果，正如专利CN 105543765B所揭示的，必须封孔才可，但该专利也是采用有机组份为成膜物质，耐热性能不足，影响其使用。

纳米陶瓷涂层的出现则有望很好地解决这一矛盾。只要喷涂工艺参数设置合理，制备的纳米陶瓷涂层比粗晶涂层具有更加优异的综合性能，可广泛应用于工业生产部门，如航空航天业、电站锅炉管道以及各种油气管道等，在实际生产中具有十分诱人的前景。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于锅炉水冷壁的耐高温抗磨损涂层材料及其制备方法，旨在解决现有的热喷涂合金涂层材料耐磨性较差和附着力偏弱的问题。该涂层材料不仅具有极高的硬度，优良的耐颗粒物冲蚀磨损性能，并且对金属基材具有良好的粘结附着力。另外，该涂层材料的施工方法简便快速，能够大幅度的降低工程造价。本发明还提供一种用于锅炉水冷壁的耐高温抗磨损涂层材料的制备方法，制备方法简单，便于推广应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于锅炉四管的耐高温抗磨损涂层材料，按质量百分比计，包括组分：