專利名稱：一種Fe-Ti和Fe-Al復(fù)相金屬間化合物耐蝕層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種Fe-Ti和Fe-Al復(fù)相金屬間化合物耐蝕層及其制備方法。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)發(fā)電是發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要手段和方式之一。為了提高生物質(zhì)電廠的發(fā)電效率，我國(guó)生產(chǎn)并運(yùn)行了高溫高壓型的生物質(zhì)鍋爐(蒸汽溫度540 °C，蒸汽壓力9.2 MPa)。但隨著蒸汽參數(shù)的提高，出現(xiàn)了生物質(zhì)鍋爐過(guò)熱器管嚴(yán)重腐蝕問(wèn)題。這是由于生物質(zhì)鍋爐燃燒的黃色秸桿和灰色秸桿中含有較高的堿金屬氯化物，在燃燒過(guò)程中釋放出含氯的低熔點(diǎn)的物質(zhì)，造成過(guò)熱器受熱面嚴(yán)重結(jié)渣，在灰渣和煙氣的作用下，使過(guò)熱器管產(chǎn)生嚴(yán)重的高溫堿金屬氯化物腐蝕。對(duì)于過(guò)熱器管嚴(yán)重的高溫腐蝕問(wèn)題，鍋爐制造者通常選用奧氏體耐熱鋼來(lái)制造過(guò)熱器管。盡管選用造價(jià)高的奧氏體耐熱鋼可以在一定程度上提高過(guò)熱器管的耐高溫氯腐蝕性能，但過(guò)熱器管嚴(yán)重高溫腐蝕問(wèn)題還是時(shí)有發(fā)生，甚至有的生物質(zhì)鍋爐運(yùn)行不到15個(gè)月就發(fā)生過(guò)熱器管腐蝕爆管事故(李慶等.發(fā)電設(shè)備，2009 (3):214)。生物質(zhì)鍋爐過(guò)熱器爆管不是因?yàn)檫^(guò)熱器管用鋼的高溫強(qiáng)度不足而是高溫涉氯環(huán)境的高溫腐蝕所致。而奧氏體耐熱鋼的特性是高溫強(qiáng)度較高，高溫抗氧化性較好，但在含氯的氧化環(huán)境中抗高溫腐蝕能力一般。對(duì)珠光體型過(guò)熱器管用鋼進(jìn)行表面改性處理是具有較好經(jīng)濟(jì)性的提高鍋爐過(guò)熱器管耐高溫腐蝕壽命的有效途徑。對(duì)鍋爐管進(jìn)行滲鋁制成的滲鋁管已用于燃煤電站鍋爐水冷壁管和過(guò)熱器管，其很好的抗火側(cè)高溫腐蝕性能取得了較好的效益(蔡志剛，謝濤.熱力發(fā)電，1996，(I): 3)。當(dāng)前滲鋁管中滲鋁層的組織為Fe-Al金屬間化合物，主要為FeAl和Fe2Al5。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述鍋爐過(guò)熱管材料的缺點(diǎn)進(jìn)行了創(chuàng)新性的改進(jìn)，提出了一種Fe-Ti和Fe-Al復(fù)相金屬間化合物耐蝕層及其制備方法。本發(fā)明提供了一種Fe-Ti和Fe-Al復(fù)相金屬間化合物耐蝕層，其中鋁元素與鈦元素的比例為I: I擴(kuò)1:4，該耐蝕層由富鐵的Fe2Ti和Fe3Al復(fù)相金屬間化合物所構(gòu)成。本發(fā)明還涉及上述Fe-Ti和Fe-Al復(fù)相金屬間化合物耐蝕層的制備方法，該方法具體步驟如下將粒度為100目 200目，純度彡99. 5%的鋁粉與鈦粉放入混粉機(jī)內(nèi)混合20分鐘， 其中鋁粉的含量為5 wt% 20 wt%，其余為鈦粉。將混合粉調(diào)制成糊狀，涂覆在除油、除銹的幾何尺寸為100 mmX200 mmX3 mm的20 g珠光體耐熱鋼基體上，將涂覆層烘干后置于熔覆工作臺(tái)上。采用與光纖相連的激光工作頭做水平勻速運(yùn)動(dòng)、工件固定的方法，通過(guò)激光加熱直接將鈦鋁混合粉末與珠光體耐熱鋼基體發(fā)生原位合成反應(yīng)生成富鐵的Fe-Ti和Fe-Al復(fù)相金屬間化合物耐蝕層，該耐蝕層由富鐵的Fe2Ti和Fe3Al復(fù)相金屬間化合物所構(gòu)成。激光工作頭在X軸方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，y軸方向做可調(diào)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。激光加熱的具體熔覆參數(shù)為激光器輸出功率500 W，光斑直徑3 mm，激光頻率10 Hz，脈寬3.2 ms，激光束掃描速度4 mm/s，搭接率50%，保護(hù)氣體為氬氣，保護(hù)氣體流量為10 ml/s。制得的耐蝕層厚度為300U m 400 u mD有益效果本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)一種富鐵的Fe-Ti和Fe-Al復(fù)相金屬間化合物耐蝕層，該耐蝕層由富鐵的Fe2Ti和Fe3Al復(fù)相金屬間化合物所構(gòu)成。一方面相對(duì)于富招的Fe-Al金屬間化合物耐蝕層，在高溫涉氯的氧化環(huán)境中，其耐高溫腐蝕性能有了顯著提高，另一方面為解決鍋爐過(guò)熱管嚴(yán)重高溫腐蝕問(wèn)題，提供了一種更加有效的耐生物質(zhì)灰渣高溫腐蝕的耐蝕層。


圖Ia 圖Ie分別是在600 °〇時(shí)實(shí)施例f實(shí)施例5與FeAl-Fe2Al5的氧化動(dòng)力學(xué)曲線對(duì)比圖。圖2是實(shí)施例I制備的耐蝕層的截面背散射電子成分像，其中左側(cè)為基體，右側(cè)為表面改性層。圖3是實(shí)施例2制備的耐蝕層的XRD圖譜。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種Fe-Ti和Fe-Al復(fù)相金屬間化合物耐蝕層及其制備方法，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例I稱取鋁粉(粒度為100目 200目，純度彡99. 5%)5克，鈦粉(粒度為100目 200目，純度> 99. 5%)95克，放入混粉機(jī)內(nèi)混合20分鐘。將混合粉調(diào)制成糊狀，涂敷在除油、除銹的幾何尺寸為100 mmX200 mmX3 mm的20 g珠光體耐熱鋼基體上，控制涂覆層厚約0. 5_，將涂覆層烘干后置于熔覆工作臺(tái)上。采用與光纖相連的激光工作頭做水平勻速運(yùn)動(dòng)、工件固定的方法，通過(guò)激光加熱直接將鈦鋁混合粉末與珠光體耐熱鋼基體發(fā)生原位合成反應(yīng)生成富鐵的Fe-Ti和Fe-Al復(fù)相金屬間化合物耐蝕層，該耐蝕層由富鐵的Fe2Ti和Fe3Al復(fù)相金屬間化合物所構(gòu)成。激光工作頭在X軸方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，y軸方向做可調(diào)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。激光加熱的具體熔覆參數(shù)為激光器輸出功率500 W，光斑直徑3 mm，激光頻率10 Hz,脈寬3. 2 ms，激光束掃描速度4 mm/s，搭接率50%，保護(hù)氣體為氬氣，保護(hù)氣體流量為10 ml/S。制得的耐蝕層厚度為300 u m^400 ym，見圖2。埋在生物質(zhì)灰渣中于600 1高溫氧化腐蝕214 h后，其耐蝕性是FeAl-Fe2Al5耐蝕層的3. 7倍，見圖la。實(shí)施例2稱取鋁粉(粒度為100目 200目，純度彡99. 5%) 10克，鈦粉(粒度為100目 200目，純度> 99. 5%)90克，放入混粉機(jī)內(nèi)混合20分鐘。將混合粉調(diào)制成糊狀，涂敷在除油、除銹的幾何尺寸為100 mmX200 mmX3 mm的20 g珠光體耐熱鋼基體上，控制涂覆層厚約0. 5_，將涂覆層烘干后置于熔覆工作臺(tái)上。采用與光纖相連的激光工作頭做水平勻速運(yùn)動(dòng)、工件固定的方法，通過(guò)激光加熱直接將鈦鋁混合粉末與珠光體耐熱鋼基體發(fā)生原位合成反應(yīng)、生成富鐵的Fe-Ti和Fe-Al復(fù)相金屬間化合物耐蝕層，該耐蝕層由富鐵的Fe2Ti和Fe3Al復(fù)相金屬間化合物所構(gòu)成。激光工作頭在X軸方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，y軸方向做可調(diào)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。激光加熱的具體熔覆參數(shù)為激光器輸出功率500 W，光斑直徑3 mm，激光頻率10 Hz,脈寬3. 2 ms，激光束掃描速度4 mm/s，搭接率50%，保護(hù)氣體為氬氣，保護(hù)氣體流量為10 ml/S。耐蝕層厚度為300 u m"400 U m，耐蝕層的相組成見圖3，埋在生物質(zhì)灰渣中于600 °〇高溫氧化腐蝕214 h后，其耐蝕性是FeAl-Fe2Al5耐蝕層的4. 0倍，見圖lb。實(shí)施例3稱取鋁粉(粒度為100目 200目，純度彡99. 5%)20克，鈦粉(粒度為100目 200目，純度> 99. 5%)80克，放入混粉機(jī)內(nèi)混合20分鐘。將混合粉調(diào)制成糊狀，涂敷在除油、除銹的幾何尺寸為100 mmX200 mmX3mm的20 g珠光體耐熱鋼基體上，控制涂覆層厚約0. 5_，將涂覆層烘干后置于熔覆工作臺(tái)上。采用與光纖相連的激光工作頭做水平勻速運(yùn)動(dòng)、工件固定的方法，通過(guò)激光加熱直接將鈦鋁混合粉末與珠光體耐熱鋼基體發(fā)生原位合成反應(yīng)生成富鐵的Fe-Ti和Fe-Al復(fù)相金屬間化合物耐蝕層，該耐蝕層由富鐵的Fe2Ti和Fe3Al復(fù)相金屬間化合物所構(gòu)成。激光工作頭在X軸方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，y軸方向做可調(diào)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。激光加熱的具體熔覆參數(shù)為激光器輸出功率500 W，光斑直徑3 mm，激光頻率10 Hz,脈寬3. 2 ms，激光束掃描速度4 mm/s，搭接率50%，保護(hù)氣體為氬氣，保護(hù)氣體流量為10 ml/S。耐蝕層厚度為300 u m^400 y m，埋在生物質(zhì)灰渣中于600 °C高溫氧化腐蝕214 h后，其耐蝕性是FeAl-Fe2Al5耐蝕層的3. 9倍，見圖Ic。實(shí)施例4稱取鋁粉(粒度為100目 200目，純度彡99. 5%)15克，鈦粉(粒度為100目 200目，純度> 99. 5%)85克，放入混粉機(jī)內(nèi)混合20分鐘。將混合粉調(diào)制成糊狀，涂敷在除油、除銹的幾何尺寸為100 mmX200 mmX3 mm的20 g珠光體耐熱鋼基體上，控制涂覆層厚約0. 5_，將涂覆層烘干后置于熔覆工作臺(tái)上。采用與光纖相連的激光工作頭做水平勻速運(yùn)動(dòng)、工件固定的方法，通過(guò)激光加熱直接將鈦鋁混合粉末與珠光體耐熱鋼基體發(fā)生原位合成反應(yīng)生成富鐵的Fe-Ti和Fe-Al復(fù)相金屬間化合物耐蝕層，該耐蝕層由富鐵的Fe2Ti和Fe3Al復(fù)相金屬間化合物所構(gòu)成。激光工作頭在X軸方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，y軸方向做可調(diào)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。激光加熱的具體熔覆參數(shù)為激光器輸出功率500 W，光斑直徑3 mm，激光頻率10 Hz,脈寬3. 2 ms，激光束掃描速度4 mm/s，搭接率50%，保護(hù)氣體為氬氣，保護(hù)氣體流量為10 ml/
S。耐蝕層厚度為300 u m^400 y m，埋在生物質(zhì)灰渣中于600 °C高溫氧化腐蝕214 h后，其耐蝕性是FeAl-Fe2Al5耐蝕層的4. 2倍，見圖Id。實(shí)施例5稱取鋁粉(粒度為100目 200目，純度彡99. 5%)12克，鈦粉(粒度為100目 200目，純度> 99. 5%)88克，放入混粉機(jī)內(nèi)混合20分鐘。將混合粉調(diào)制成糊狀，涂敷在除油、除銹的幾何尺寸為100 mmX200 mmX3 mm的20 g珠光體耐熱鋼基體上，控制涂覆層厚約0. 5 _，將涂覆層烘干后置于熔覆工作臺(tái)上。采用與光纖相連的激光工作頭做水平勻速運(yùn)動(dòng)、工件固定的方法，通過(guò)激光加熱直接將鈦鋁混合粉末與珠光體耐熱鋼基體發(fā)生原位合成反應(yīng)生成富鐵的Fe-Ti和Fe-Al復(fù)相金屬間化合物耐蝕層，該耐蝕層由富鐵的Fe2Ti和Fe3Al復(fù)相金屬間化合物所構(gòu)成。激光工作頭在X軸方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，y軸方向做可調(diào)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。激光加熱的具體熔覆參數(shù)為激光器輸出功率500 W，光斑直徑3 mm，激光頻率10 Hz,脈寬3. 2 ms，激光束掃描速度4 mm/s，搭接率50%，保護(hù)氣體為氬氣，保護(hù)氣體流量為10 ml/S。耐蝕層厚度為300 u m^400 y m，埋在生物質(zhì)灰渣中于600 °C高溫氧化腐蝕214 h后，其耐蝕性是FeAl+Fe2Al5耐蝕層的4. 2倍，見圖Ie。權(quán)利要求
1.一種Fe-Ti和Fe-Al復(fù)相金屬間化合物耐蝕層，其特征在于該耐蝕層由富鐵的Fe-Ti和Fe-Al復(fù)相金屬間化合物所構(gòu)成，其中鋁元素與鈦元素的比例為1:19 1:4。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的Fe-Ti和Fe-Al復(fù)相金屬間化合物耐蝕層，其特征在于該耐蝕層由富鐵的Fe2Ti和Fe3Al復(fù)相金屬間化合物所構(gòu)成。
3.一種權(quán)利要求I所述的Fe-Ti和Fe-Al復(fù)相金屬間化合物耐蝕層的制備方法，其特征在于該方法具體步驟如下 將粒度為100目 200目，純度> 95%的鋁粉與鈦粉放入混粉機(jī)內(nèi)混合20分鐘，其中鈦鋁混合粉末中鋁粉的含量為5 wt% 20 wt%，其余為鈦粉，將混合粉調(diào)制成糊狀，涂覆在除油、除銹的珠光體耐熱鋼基體上，將涂覆層烘干后置于熔覆工作臺(tái)上，通過(guò)激光加熱直接將鈦鋁混合粉末與珠光體耐熱鋼基體發(fā)生原位合成反應(yīng)生成富鐵的Fe-Ti和Fe-Al復(fù)相金屬間化合物耐蝕層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的Fe-Ti和Fe-Al復(fù)相金屬間化合物耐蝕層的制備方法，其特征在于所述激光加熱過(guò)程采用與光纖相連的激光工作頭做水平勻速運(yùn)動(dòng)、工件固定的方法制備耐蝕層，激光工作頭在X軸方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)，Y軸方向做可調(diào)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的Fe-Ti和Fe-Al復(fù)相金屬間化合物耐蝕層的制備方法，其特征在于所述激光加熱的具體熔覆參數(shù)為激光器輸出功率500 W，光斑直徑3 _，激光頻率10 Hz，脈寬3.2 ms，激光束掃描速度4 mm/s，搭接率50%，保護(hù)氣體為氬氣，保護(hù)氣體流量為 10 ml/s。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的Fe-Ti和Fe-Al復(fù)相金屬間化合物耐蝕層的制備方法，其特征在于所述耐蝕層厚度為300 μπΓ400 μ m0
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于表面工程領(lǐng)域的一種Fe-Ti和Fe-Al復(fù)相金屬間化合物耐蝕層及其制備方法。該耐蝕層為在珠光體耐熱鋼上采用激光處理技術(shù)原位生成的含有富鐵的Fe-Ti和Fe-Al相的復(fù)相金屬間化合物耐蝕層。該耐蝕層是通過(guò)先對(duì)珠光體耐熱鋼基體進(jìn)行除油和除銹處理，再采用激光將鈦鋁混合粉末在珠光體耐熱鋼基體上原位形成富鐵的Fe2Ti和Fe3Al相的復(fù)相金屬間化合物的方法制備而成的。本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)一種富鐵的Fe-Ti和Fe-Al復(fù)相金屬間化合物耐蝕層，一方面相對(duì)于富鋁的Fe-Al金屬間化合物耐蝕層，在高溫涉氯的氧化環(huán)境中，其耐高溫腐蝕性能有了顯著提高，另一方面為解決鍋爐過(guò)熱管嚴(yán)重高溫腐蝕問(wèn)題，提供了一種更加有效的耐生物質(zhì)灰渣高溫腐蝕的耐蝕層。
文檔編號(hào)C23C24/10GK102634790SQ20121013563
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月3日
發(fā)明者侯世香, 劉東雨, 劉菲燕, 劉靜靜, 袁曉娜 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)