[发明专利]一种合金表面涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种合金表面涂层。通过表面预处理、渗剂包埋渗处理、碱清洗、高温碳化等步骤，能够在合金表面形成性能稳定的涂层，该涂层能够有效地提升合金的抗结焦和抗渗碳性能，明显延长材料的清焦周期与使用寿命。本发明的涂层及其形成工艺特别适用于高温合金，尤其是用于烃类原料裂解炉管的高温合金。

技术领域

本发明属于材料及材料加工领域，具体涉及一种合金（特别是用于烃类原料裂解炉管的高温合金）表面涂层及其制备方法。

背景技术

碳氢原料（即，烃类原料）裂解是生产乙烯的最主要途径。裂解炉管用高温合金通常含有大量的Fe、Ni元素，而Fe、Ni元素会在烃类原料裂解过程中催化焦的生长，导致结焦速率明显增加，显著增加传热热阻，降低烯烃产量及收率。同时，这些元素也能导致炉管的严重渗碳现象，明显缩短炉管的服役寿命。因而迫切需要对合金材料进行改性处理，提高其抗结焦、抗渗碳等性能。

专利ZL200610028933.7中，含硫、硅化合物的预处理剂通过载气或者原料气加入到裂解炉中，在高温下与炉管表面发生化学反应，使炉管表面的催化活性位点转化为惰性化合物，从而失去活性。专利US7156979中，加拿大NOVA公司采用氢气-水蒸气混合气，高温下在不锈钢表面制备出一层尖晶石保护膜。专利CN101565807A、CN101565808A、CN102719783A中，进一步采用原位氧化方法，以一步或两步反应工艺于高温下在炉管表面制备出一系列尖晶石涂层。专利US6423415中，一定比例的无机物被喷涂在炉管内壁，再经过高温烧结形成陶瓷涂层。专利CN201010286801.0、CN201010286788.9中，炉管材质中加入稀土元素，然后低氧分压氧化的方法制备出陶瓷涂层。

采用上述专利技术制备的尖晶石保护层等涂层虽然不会催化结焦，能起到一定的抑制结焦作用，但是这些氧化物或者尖晶石在长期的高温渗碳环境中会逐渐碳化，从而逐渐失去保护性能，抑制结焦性能会衰减甚至完全丧失，因此，需要一种在高温渗碳环境中稳定性更好、能长期有效抑制合金炉管结焦的惰性涂层。

发明内容

针对现有技术的不足和应用需求，本发明的目的在于提供一种合金表面涂层及其制备方法。通过包埋渗工艺将Si等元素渗入待处理合金表层，然后在含碳气氛中高温碳化，从而在合金表面形成稳定的涂层。该涂层及其形成工艺特别适用于高温合金，尤其是用于烃类原料裂解炉管的高温合金，如HK40、35Cr45Ni、HP40、Incoloy 800、326L等。形成的涂层能够有效地提升合金的抗结焦和抗渗碳性能，明显延长材料的清焦周期与使用寿命。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种在合金表面制备涂层的方法，包含下列步骤：

（1）对合金表面进行除油除锈预处理；

（2）采用包埋渗工艺，用渗剂对合金材料进行处理；

以质量百分比计，所述渗剂的成分为：硅10~50%，铬粉或铬铁粉0~40%，氯化铵1~10%，氟化钠0.2~2%，氧化铈0.1~0.5%，余量为氧化铝；所述渗剂为50~500目的粉末；处理温度为700~1100℃，处理时间为1~10h；

（3）使用碱性溶液对处理后的合金材料表面进行清洗，然后水洗、干燥；

（4）将经过步骤（3）处理的合金材料置于热处理炉内，持续通入由含碳气体和调节气体组成的混合气体，在500~1200℃高温碳化，保温2~20h；

（5）降温冷却至100℃以下，停止通入混合气体。