[发明专利]一种强韧性抗高温蒸汽氧化涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种强韧性抗高温蒸汽氧化涂层的制备方法，将浆状含铝涂层材料均匀涂覆于管道表面，涂覆厚度为0.1～0.5mm，然后风干固化，高温扩散热处理，最后进行后处理，在管道表面形成强韧性抗高温蒸汽氧化涂层，强韧性抗高温蒸汽氧化涂层中铝原子质量含量为6～13％。可通过单次涂覆上述涂层材料，在大气环境下短时、高效制备出满足使役性能的涂层结构，污染小、能耗低、应用范围广、实用性极强。

技术领域

本发明属于材料表面涂层技术领域，具体涉及一种强韧性抗高温蒸汽氧化涂层的制备方法。

背景技术

火电机组锅炉奥氏体钢过/再热器管是超超临界机组中负责回收燃煤烟气能量、加热蒸汽、实现能量转化的关键部件，是锅炉中承受压力最大、温度最高、服役环境罪苛刻的部分。据测算，管外壁温度需达640-680℃时才能使蒸汽参数达到620℃级超超临界二次机组的要求。由于国内外尚无可供600/620/620℃二次再热超超临界机组选用的合金，奥氏体钢仍是机组末级过/再热器的首选材料之一；在更高的温度下，奥氏体钢虽能满足服役期间的各项力学及热物性能，但650℃蒸汽条件下服役的抗氧化性能大大降低，较高的蒸汽氧化速率限制了奥氏体钢在更高温度下服役的可能。

研究表明，表面形成Al₂O₃膜的合金具有优异的抗高温蒸汽氧化性能。如果在奥氏体钢表面制备一定含量的渗铝层，使奥氏体钢表面具备Al₂O₃膜形成的能力，则奥氏体钢的抗高温蒸汽氧化性能将显著提高。基于此，近年来国内外学者开展了大量相关研究，如传统热扩散方法、热浸渗、料浆法渗铝等，但这些方法制备的涂层均不可避免的出现脆性相金属间化合物η-Fe₂Al₅或者FeAl₂；由于η-Fe₂Al₅/FeAl₂相热膨胀系数远高于基体，导致涂层内出现大量贯穿性裂纹，严重影响涂层的综合性能。为了抑制脆性相η-Fe₂Al₅/FeAl₂相的形成、长大，有人尝试采用控制铝活度的策略，采用气氛保护+高活度粉末包埋法的制备工艺控制脆性相的形成，然而在复杂的制备工艺、较低的制备效率以及较大的环境污染代价下，虽能有效减少金属间化合物脆性相层的厚度与含量，但仍无法完全避免η-Fe₂Al₅/FeAl₂相层。

另外，传统的渗铝层制备工艺获得的涂层厚度可控性差、结构复杂，多为双层及多层结构，由于层间析出相、孔洞缺陷以及氧化物杂质的存在导致层间的相容性差、结合力弱，涂层常常出现分层剥落。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种强韧性抗高温蒸汽氧化涂层的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种强韧性抗高温蒸汽氧化涂层的制备方法，包括如下步骤：将浆状含铝涂层材料均匀涂覆于管道表面，涂覆厚度为0.1～0.5mm，然后风干固化，高温扩散热处理，最后进行后处理，在管道表面形成强韧性抗高温蒸汽氧化涂层，强韧性抗高温蒸汽氧化涂层中铝原子质量含量为6～13％。

进一步的，将浆状涂层材料均匀涂覆于管道表面前，将管道表面在100～150℃下烘干20～30min，然后在220～250℃预热15～20min。

进一步的，涂覆采用软管倒退的方式进行，喷涂压力为0.4～1.2MPa，喷嘴出料口径为1.5～3mm，喷嘴行进速率为20～30cm/s。

进一步的，风干固化的具体条件为室温下自然风干12～24h，然后在350～420℃下固化30～60min。

进一步的，高温扩散热处理的具体条件为在大气环境下将管道在950～1080℃下保温10～15min。

进一步的，采用水冷方式进行后处理，水温为20～35℃。