專利名稱：：電弧噴涂制備含CrB的微晶和納米晶涂層用粉芯絲材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是一種含CrB的微晶和納米晶電弧噴涂用粉芯絲材，屬于材料加工工程中的熱噴涂領(lǐng)域，該發(fā)明主要應(yīng)用于煉鋼廠轉(zhuǎn)爐"四管"的防護(hù)與修復(fù)，可以起到防腐、防磨等各個工業(yè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速增長，電力需求將越來越大。在電源結(jié)構(gòu)中，我國火力設(shè)備占總裝機(jī)容量的3/4以上，火力比重過大的狀況將持續(xù)一個相當(dāng)長的時期。因此，加快發(fā)展高效率、低污染型火電機(jī)組，加快發(fā)展清潔煤燃燒技術(shù)，是我國火電技術(shù)的發(fā)展方向。根據(jù)我國發(fā)電廠運(yùn)行的分析資料表明，在發(fā)電廠的設(shè)備事故中，鍋爐事故最多。而在鍋爐事故中，"四管"(水冷壁、過熱器、再熱器、省煤器管)爆漏次數(shù)最多。例如，1989年湖南省8家電廠由于磨損、腐蝕導(dǎo)致爆漏占爆管事故的42%。1992年西北某電網(wǎng)共發(fā)生事故121次，其中鍋爐事故69次，占總事故的57%,在鍋爐事故中，"四管"爆漏53次，占鍋爐事故的76.8%。1994年和1995年上半年山西省5家電廠由磨損、腐蝕而導(dǎo)致的事故占"四管"爆漏事故的39%。重慶珞璜電廠在19941996年由磨損、腐蝕而導(dǎo)致的事故占"四管"爆漏事故高達(dá)64%。雖然循環(huán)流化床鍋爐具有燃料適應(yīng)性廣(優(yōu)質(zhì)煤、高硫煤、高灰煤、高灰高硫煤、煤矸石等)、燃燒效率高(97.5%~99.5%)、高效脫硫(>卯％)、NOx排放低、其它污染物排放低、燃燒強(qiáng)度高、爐膛截面積小、給煤點少等優(yōu)點，但是其燃料粒度在312mm之間，比燃煤鍋爐(粒度在0.1mm)大得多，這就造成循環(huán)流化床鍋爐某些金屬件部位磨損較為嚴(yán)重，最嚴(yán)重可達(dá)到5-6mm/1000h。為此，除了合理設(shè)計鍋爐內(nèi)部構(gòu)件之外，通常采用許多表面技術(shù)的方法來延長金屬件的使用壽命，如加防護(hù)板、堆焊、熱噴涂等。隨著熱噴涂技術(shù)的發(fā)展，將熱噴涂技術(shù)應(yīng)用于循環(huán)流化床鍋爐的防護(hù)具有很好的應(yīng)用前景。對于微晶態(tài)和納米晶態(tài)的涂層，是通過利用非晶態(tài)合金的優(yōu)質(zhì)性能，將其進(jìn)行加熱，從而可以控制非晶體晶化相的形核和長大，形成微晶和納米晶狀態(tài)。從熱力學(xué)觀點看，非晶態(tài)是一種亞穩(wěn)態(tài)，具有較高的內(nèi)能，有自發(fā)向其穩(wěn)定態(tài)——晶態(tài)轉(zhuǎn)變的趨勢；非晶態(tài)合金一旦發(fā)生晶化，其優(yōu)異性能有可能將會喪失。因此非晶的晶化研究是非晶應(yīng)用的先決條件。近年來，人們發(fā)現(xiàn)如能恰當(dāng)?shù)目刂破渚Щ^程的工藝參數(shù)，全部或部分地使非晶態(tài)合金晶化，將使材料產(chǎn)生一些更加有益的機(jī)械性能、次性能和催化性能等；同時，通過晶化使材料表層或整體形成納米結(jié)構(gòu),這將是材料表面納米化和制備大塊納米晶材料的一條重要途徑。因此，非晶晶化一直是非晶材料研究的熱點之一。非晶晶化法是一種比較常用的制備納米材料的方法。近兒年納米晶合金大量涌現(xiàn)，但是人們對非晶晶化形成納米晶的機(jī)理仍然缺乏足夠的了解。從已有的文獻(xiàn)資料看，國外材料科學(xué)工作者著重研究了非晶合金在熱處理過程中形成納米晶微觀結(jié)構(gòu)的動態(tài)晶化過程，這些研究結(jié)果使人們對非晶晶化過程有了深入的理解，但是仍然沒有形成統(tǒng)一的理論。經(jīng)研究表明，非晶的晶化溫度在1000。C~1100°C,對非晶進(jìn)行低溫退火時發(fā)生非晶的結(jié)構(gòu)馳豫，使其向理想的非晶態(tài)發(fā)生變化，與淬態(tài)合金相相比，致密度和硬度都有所提高，最佳低溫退火溫度為500°C~600。C。將非晶態(tài)涂層經(jīng)過加熱處理后，形成的納米尺寸晶態(tài)涂層的性能優(yōu)越，可以起到防腐、防磨等作用。但在實際應(yīng)用中，直至目前，非晶態(tài)合金仍沒有大范圍推廣應(yīng)用，其主要因素是其制備過程難以控制，在實際中很難制備大塊非晶合金，其應(yīng)用主要限制在薄帶、細(xì)絲、粉末等低維度形狀上。這種經(jīng)過制備、熱處理的涂層性能十分適應(yīng)于電廠鍋爐的防護(hù)工作，具體表現(xiàn)在，當(dāng)涂層噴涂完畢后，通過鍋爐的高溫運(yùn)轉(zhuǎn)，涂層表面會在高溫作用下形成晶化的轉(zhuǎn)變，晶化生成微晶和納米晶晶相，這樣的轉(zhuǎn)化可以堅固涂層表面的性能，使涂層的硬度和耐磨性都有所增加。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要達(dá)到的最終目的是用本發(fā)明的一種含CrB的微晶和納米晶電弧噴涂用粉芯絲材制備電弧噴涂涂層，使涂層具有抗高溫氧化、抗高溫腐蝕-磨蝕性能良好，解決轉(zhuǎn)爐煙罩管壁產(chǎn)生高溫氧化腐蝕和沖蝕磨損問題，確保煉鋼廠轉(zhuǎn)爐的安全運(yùn)行。本發(fā)明可以提高金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件和裝置部件在嚴(yán)酷的腐蝕磨損環(huán)境中的使用性能、延長服役壽命。本發(fā)明所提供的抗高溫氧化電弧噴涂粉芯絲材，其特征在于，所述的粉芯絲材外皮為304L不銹鋼帶,所述的粉芯絲材藥粉成分質(zhì)量百分含量范圍如下硼鉻50~70%:Mo:10~25%;TiC:10~15%;Fe粉余量本發(fā)明的制備方法采用現(xiàn)有技術(shù)，包括以下步驟1、將304L不銹鋼帶軋成U形，再向U形槽中加入占本發(fā)明噴涂絲總重的3035X的本發(fā)明粉芯粉末；2、將U形槽合口，使粉芯包裹其中，通過拉絲模，逐道拉拔、減徑，最后使其直徑達(dá)到2.0mm得到最終產(chǎn)品。使用本發(fā)明在經(jīng)過噴砂粗化后的金屬基體上按照現(xiàn)有技術(shù)中的電弧噴涂時的工藝參數(shù)進(jìn)行噴涂，制備得到的電弧噴涂涂層中含有大量的微晶和納米晶，涂層均勻、硬度高，具有良好的抗高溫氧化、抗高溫腐蝕-磨蝕性能。HV(u>ll%;耐磨性好，其相對耐磨性可達(dá)到Q235鋼的15.8倍。對制備好的涂層進(jìn)行熱差分析，觀察其在不同溫度下(0-1200°C)的晶向變化，可以明顯發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，微晶納米晶的數(shù)量有所增加。圖l:涂層熱處理后XRD圖譜圖2:涂層差熱分析曲線具體實施例方式所有實施例噴涂絲材采用粉芯絲材成型機(jī)制備1.選用10x0.3mm(寬度為10mm,厚度為0.3mm)的304L不銹鋼鋼帶。先將其軋成U形。取硼鉻粉末600克、Mo粉末200克、TiC粉末100克、鐵粉100克。將所取各種粉末放入混粉機(jī)內(nèi)混合10分鐘，然后將混合粉末加入U形的304L不銹鋼鋼帶槽中，填充率為30%。將U形槽合口，使藥粉包裹其中，再經(jīng)過拉絲模逐漸減徑使其直徑達(dá)到2.0mm。在經(jīng)過噴砂粗化后的金屬基體上制備電弧噴涂涂層，噴涂電流150180A、噴涂電壓3032V、噴涂氣壓0.55MP、噴涂距離150mm。噴涂后將涂層在1000°C~1100°C溫度下進(jìn)行熱處理，處理后的涂層硬度、相對耐磨性等性能見表1。將制備好的涂層進(jìn)行熱差分析試驗，隨溫度變化，DTA變化見表2。2.選用10x0.3mm(寬度為10mm,厚度為0.3mm)的304L不銹鋼鋼帶。先將其軋成U形。取硼鉻粉末650克、Mo粉末150克、TiC粉末100克、鐵粉100克。將所取各種粉末放入混粉機(jī)內(nèi)混合10分鐘，然后將混合粉末加入U形的304L不銹鋼鋼帶槽中，填充率為32%。將U形槽合口，使藥粉包裹其中，再經(jīng)過拉絲模逐漸減徑使其直徑達(dá)到2.0mm。在經(jīng)過噴砂粗化后的金屬基體上制備電弧噴涂涂層，噴涂電流150180A、噴涂電壓3032V、噴涂氣壓0.6MP、噴涂距離100mm。噴涂后將涂層在1000°C~1100°C溫度下進(jìn)行熱處理，處理后的涂層硬度、相對耐磨性等性能見表1。將制備好的涂層進(jìn)行熱差分析試驗，隨溫度變化，DTA變化見表2。3.選用10x0.3mm(寬度為10mm，厚度為0.3mm)的304L不銹鋼鋼帶。先將其軋成U形。取硼鉻粉末700克、Mo粉末100克、TiC粉末50克、鐵粉150克。將所取各種粉末放入混粉機(jī)內(nèi)混合10分鐘，然后將混合粉末加入U形的304L不銹鋼鋼帶槽中，填充率為34%。將U形槽合口，使藥粉包裹其中，再經(jīng)過拉絲模逐漸減徑使其直徑達(dá)到2.0mm。在經(jīng)過噴砂粗化后的金屬基體上制備電弧噴涂涂層，噴涂電流150180A、噴涂電壓3032V、噴涂氣壓0.55MP、噴涂距離200mm。噴涂后將涂層在1000°C~1100°C溫度下進(jìn)行熱處理，處理后的涂層硬度、相對耐磨性等性能見表1。將制備好的涂層進(jìn)行熱差分析試驗，隨溫度變化，DTA變化見表2。4.選用10x0.3mm(寬度為10mm,厚度為0.3mm)的304L不銹鋼鋼帶。先將其軋成U形。取硼鉻粉末800克、Mo粉末50克、TiC粉末50克、鐵粉100克。將所取各種粉末放入混粉機(jī)內(nèi)混合10分鐘，然后將混合粉末加入U形的304L不銹鋼鋼帶槽中，填充率為35%。將U形槽合口，使藥粉包裹其中，再經(jīng)過拉絲模逐漸減徑使其直徑達(dá)到2.0mm。在經(jīng)過噴砂粗化后的金屬基體上制備電弧噴涂涂層，噴涂電流150180A、噴涂電壓3032V、噴涂氣壓0.6MP、噴涂距離200mm。噴涂后將涂層在1000°C~1100'C溫度下進(jìn)行熱處理，處理后的涂層硬度、相對耐磨性等性能見表1。將制備好的涂層進(jìn)行熱差分析試驗，隨溫度變化，DTA變化見表2。表1所打硬度均采用HXD—1000數(shù)字式顯微硬度計，載荷為IOOg,加載時間15s，對噴涂層取十點打硬度，最后得到該涂層的平均顯微硬度值。采用MLS-225型濕式橡膠輪磨粒磨損試驗機(jī)進(jìn)行磨損實驗。實驗參數(shù)如下橡膠輪轉(zhuǎn)速240轉(zhuǎn)/分、橡膠輪直徑178mm、橡膠輪硬度60(邵爾硬度)、載荷10Kg、橡膠輪轉(zhuǎn)數(shù)預(yù)磨1000轉(zhuǎn)、正式磨2000轉(zhuǎn)、磨料40-70目的石英砂。材料的耐磨性能用磨損的失重量來衡量。在實驗前、后，將試件放入盛有丙酮溶液的燒杯中，在超聲波清洗儀中清洗35分鐘，實驗時用Q235鋼作為對比，對比件失重量與測量件失重量之比作為該配方的相對耐磨性。標(biāo)準(zhǔn)辦失重量"、pL-乂+^ff^曰-如表1所示，所研制的電弧噴涂涂層硬度高，HV(n>1100,耐磨性好，其相對耐磨性可達(dá)到Q235鋼的15.8倍，涂層硬度高、耐磨性能好，能提肓金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件和裝置部件在嚴(yán)酷的腐蝕磨損環(huán)境中的使用性能、延長服役壽命。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1、一種含CrB的微晶和納米晶電弧噴涂用粉芯絲材，其特征在于，所述的粉芯絲材外皮為304L不銹鋼帶，所述的粉芯絲材藥粉成分質(zhì)量百分含量范圍如下硼鉻50～70％；Mo10～25％；TiC10～15％；Fe粉余量。全文摘要一種含CrB的微晶和納米晶電弧噴涂用粉芯絲材，屬于材料加工工程中的熱噴涂領(lǐng)域，主要應(yīng)用于防腐、耐磨等各個工業(yè)領(lǐng)域。微晶和納米晶晶態(tài)合金是非晶狀態(tài)下的材料經(jīng)過高溫內(nèi)部結(jié)構(gòu)重組而形成的晶粒細(xì)小的晶態(tài)材料。其為高強(qiáng)度、硬度、韌性、耐磨性與耐腐蝕性的結(jié)合體，但國內(nèi)外尚未見有微晶和納米晶粉芯絲材的專利報道。本發(fā)明為一種含CrB的微晶和納米晶電弧噴涂用粉芯絲材，其特征在于，所述的粉芯成分質(zhì)量百分含量范圍如下硼鉻50～70％；Mo10～25％；TiC10～15％；Fe粉余量用本發(fā)明研制的粉芯絲材制備的涂層，在高溫噴涂過程中可以分解產(chǎn)生微晶和納米晶，涂層組織均勻、硬度高，HV_0.1＞1100；耐磨性好，其相對耐磨性可達(dá)到Q235鋼的15.8倍。文檔編號C23C4/04GK101386969SQ200710153819公開日2009年3月18日申請日期2007年9月12日優(yōu)先權(quán)日2007年9月12日發(fā)明者胡為峰,爽葛申請人:北京賽億表面工程技術(shù)有限公司