鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層及其激光熔覆成型工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層及其激光熔覆成型工藝，該鐵基納米晶復(fù)合涂層中各組分及其所占的質(zhì)量百分比wt.％為：Fe：49.9-62.8，Cr：14.2-20.4，Mo：9.0-16.3，B：2.9-4.1，C：0.6-1.3，Mn：1.0-2.4，W：3.4-8.0，Si：1.0-1.9，RE：0-3.9，其中RE為稀土元素。成型工藝包括：制備鐵基納米晶復(fù)合涂層的合金粉末；對鍋爐尾部受熱面表面進(jìn)行處理；采用同步送粉法和多次激光熔覆法制備鐵基納米晶復(fù)合涂層。形成的鐵基納米晶復(fù)合涂層厚度在1mm以上。本發(fā)明的鐵基納米晶復(fù)合涂層能夠能夠顯著增強鍋爐尾部受熱面的耐磨耐腐蝕性能，降低電廠磨損腐蝕部件的維修費用和對原材料的消耗。
【專利說明】鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層及其激光熔覆成型工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電站鍋爐表面防護(hù)領(lǐng)域，具體是指鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層及其激光熔覆成型工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]我國以煤為主要一次能源的局面長期難以改變，燃煤帶來的污染以及溫室氣體的排放是影響我國可持續(xù)發(fā)展的主要問題之一。我國燃煤種類繁多，包括褐煤、煙煤、貧煤、無煙煤等，煤熱值變化很大，硫含量普遍較高(含硫< I %的占56 %，含硫I % -2 %的占32 %，含硫> 2%的占12%)。因此，煤炭發(fā)電成為燃煤污染物的主要來源。發(fā)展?jié)崈裘喊l(fā)電技術(shù)，提高能源利用率，提高發(fā)電效率，降低污染排放，是我國能源戰(zhàn)略的重要方面。
[0003]燃煤鍋爐的煙氣中含有大量的飛灰顆粒，流動時對鍋爐尾部受熱面管束產(chǎn)生沖刷，使管壁表面受到不同程度的磨損，從而對電站鍋爐的運行可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性構(gòu)成威脅。在燃煤鍋爐運行中，因尾部受熱面發(fā)生磨損泄漏造成的停爐事故占相當(dāng)大的比例。鍋爐制造廠設(shè)計時一般考慮尾部受熱面工作壽命為lOOkh，而許多鍋爐在實際運行5?20kh后，部分受熱面就發(fā)生嚴(yán)重的磨損，發(fā)生泄漏或爆管事故。鍋爐尾部受熱面磨損爆管勢必造成停爐檢修，電廠由此而受到巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此，探索含灰氣流對鍋爐尾部受熱面的沖擊磨損機理，提出有效的防磨措施，對鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運行具有重要意義。
[0004]煙氣流過受熱面時，其中的飛灰顆粒對受熱面管壁將產(chǎn)生沖蝕。當(dāng)灰粒相對管壁表面的沖擊角較小，甚至接近平行時，灰粒主要對管壁產(chǎn)生沖刷磨損。此時灰粒垂直于管壁表面的分力使它楔入被沖擊的管壁，而灰粒與管壁表面相切的分力使灰粒沿管壁表面滑動，兩個分力合成的結(jié)果對管壁表面起到切削作用，使管壁表面金屬顆粒脫離母體而流失。在大量飛灰長期反復(fù)切削作用下，管壁表面將產(chǎn)生磨損。當(dāng)灰粒相對管壁表面的沖擊角度較大，或接近于垂直時，灰粒主要對管壁產(chǎn)生撞擊磨損。飛灰顆粒以一定運動速度撞擊管壁表面，使管壁表面產(chǎn)生微小塑性變形或顯微裂紋，在大量灰粒長期反復(fù)撞擊下，逐漸使塑性變形層脫落而產(chǎn)生磨損。一般在鍋爐受熱面的磨損過程中，飛灰對受熱面的沖擊角度范圍為O?90°，因此鍋爐尾部受熱面的飛灰磨損是沖刷磨損與撞擊磨損的綜合作用結(jié)果。飛灰磨損的速度主要取決于灰粒的煙氣流速(動能)、飛灰濃度、灰粒成份、灰量等等。
[0005]鍋爐管常采用的材料有20G、25MnG、15CrMoG、20MnG、15MoG、12CrlMoVG 等，現(xiàn)有鍋爐管材料具有較高的中高溫強度、含碳量較低、有較好的塑性和韌性、良好冷熱成型和焊接性能，但其耐磨性能較低，無法滿足鍋爐安全運行的要求。為了延長鍋爐管壽命，電廠必須采用成本較高的鎳基合金、表面涂層技術(shù)或爐膛改造(常常會降低燃燒效率)的方法。但現(xiàn)有熱噴涂工藝所制備的耐磨涂層存在涂層與基體結(jié)合強度低(機械結(jié)合)、涂層厚度一般小于500 μ m等局限性，涂層在飛灰沖蝕、交變熱應(yīng)力作用下易脫落，仍無法滿足鍋爐管同時具備耐沖蝕和耐低溫硫酸露點腐蝕的綜合防護(hù)要求，這是嚴(yán)重影響火電廠鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)、長期連續(xù)運行，并制約低溫?zé)煔庥酂峄厥障到y(tǒng)大規(guī)模發(fā)展的重要原因。國家“十二五”期間將大力發(fā)展新一代大容量、高效率超臨界鍋爐，也迫切需要開發(fā)新型耐腐蝕的鍋爐管的關(guān)鍵材料和制備工藝，大幅度提聞省煤器管的服役壽命。
[0006]納米晶合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性，現(xiàn)有熱噴涂法所制備的涂層存在涂層與基體結(jié)合強度低(機械結(jié)合)、涂層厚度一般小于500 μ m等局限性，涂層在飛灰沖蝕、交變熱應(yīng)力作用下易脫落，無法滿足鍋爐管同時具備耐沖蝕和耐低溫硫酸露點腐蝕的綜合防護(hù)要求。本發(fā)明所用的激光熔覆法制備的涂層與基體結(jié)合強度高(冶金結(jié)合)、涂層厚度范圍大，涂層成品率高，組織結(jié)構(gòu)緊密，硬度高，耐沖蝕性能好。)制備非晶耐蝕涂層方面取得較大進(jìn)展，已經(jīng)廣泛用于艦船、鍋爐和海洋石油鉆井的防護(hù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的之一是提供鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層，該鐵基納米晶復(fù)合涂層能夠顯著增強鍋爐尾部受熱面的耐磨耐腐蝕性能，有效減輕余熱利用過程中因鍋爐尾部煙氣溫度低于酸露點后對受熱面造成的低溫磨損腐蝕，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
[0008]本發(fā)明的上述目的通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層，其特征在于:所述鐵基納米晶復(fù)合涂層中各組分及其所占的質(zhì)量百分比 wt.% 為:Fe:49.9-62.8，Cr:14.2-20.4，Mo:9.0-16.3，B:2.9-4.1，C:0.6-1.3，Mn:1.0-2.4，W:3.4-8.0, S1:1.0-1.9，RE:0-3.9，其中 RE 為稀土元素。
[0009]本發(fā)明中，所述稀土元素為Nd、La、Y或Er中的一種或兩種以上的任意組合。
[0010]本發(fā)明中，作為優(yōu)選例，所述鐵基納米晶復(fù)合涂層中各組分及其所占的質(zhì)量百分比 wt.% 為:Fe:53.8-58.0, Cr:15.3-18.8，Mo:12.2-12.5，B:3.4-3.5，C:0.9-1.0, Mn:1.6-1.7，W:5.4-5.5，S1:1.4，RE:1.8，其中 RE 為稀土元素
[0011]本發(fā)明中，鐵基納米晶合金是由鐵元素為主，加入少量的其它元素所構(gòu)成的合金經(jīng)快速凝固工藝所形成的一種非晶態(tài)材料，這種非晶態(tài)材料經(jīng)熱處理后可獲得直徑為10-20nm的微晶，彌散分布在非晶態(tài)的基體上，被稱為微晶、納米晶材料或納米晶材料，納米晶合金具有更好的耐蝕性。
[0012]本發(fā)明中，鐵(Fe)作為基體元素，可溶入具有耐蝕特性的鉻(Cr)、鑰(Mo)等合金元素，鉻是提高鐵基熔覆層材料在氧化性腐蝕介質(zhì)中耐腐蝕性和抗點蝕能力的基本元素，隨著鉻含量的提高，還可使熔覆層的抗沖蝕能力增強，同時為了防止鉻的碳化物的析出，選擇16〈Cr〈19 ;鑰的作用是增加合金的鈍化能力，使熔覆層材料的鈍態(tài)穩(wěn)定性和抗點蝕能力大大提高，顯著提高熔覆層材料的耐局部腐蝕和耐氯化物晶間腐蝕的性能。
[0013]合金中含有大量碳(C)、硅(Si)、硼(B)等小尺寸半徑原子，提高了復(fù)雜多元鐵基合金體系的混亂度，有利于提高微觀組織結(jié)構(gòu)的形成能力，從而提高涂層的致密程度；鎢(W)的作用是與熔覆層中的碳元素形成碳化物，通過形成細(xì)小形式的碳化物取代鉻的碳化物，從而避免晶界鉻的碳化物形成帶來的鉻貧化，提高熔覆層材料的抗晶間腐蝕性能，熔覆層中細(xì)小的碳化物還可以提高熔覆層的抗沖蝕性能。
[0014]另外，添加鎢、錳(Mn)等元素能夠增強涂層的硬度和耐磨性能。稀土金屬及其合金在激光熔覆過程中起到細(xì)化晶粒的作用，從而改善金屬的加工性能，提高強度、韌性、耐腐蝕性和抗氧化性等。
[0015]本發(fā)明的目的之二是提供鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層的激光熔覆成型工藝，該成型工藝操作簡單，對施工條件要求低，可以大氣氛圍下進(jìn)行，無需額外的冷卻系統(tǒng)，并且能夠成型鐵基納米晶復(fù)合涂層，所成型的鐵基納米晶復(fù)合涂層能夠顯著增強鍋爐尾部受熱面的耐磨耐腐蝕性能。
[0016]本發(fā)明的上述目的通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層的激光熔覆成型工藝，其特征在于:該工藝包括如下步驟:
[0017](I)通過制粉技術(shù)制備鐵基納米晶復(fù)合涂層的合金粉末，合金粉末的粒徑為50-400目，所述合金粉末中各組分及其所占的質(zhì)量百分比wt.%S:Fe:49.9-62.8，Cr:14.2-20.4，Mo:9.0-16.3，B:2.9-4.1，C:0.6-1.3，Mn:1.0-2.4，W:3.4-8.0, S1:1.0-1.9，RE:0-3.9，其中RE為稀土元素；
[0018](2)對需要防護(hù)的鍋爐尾部受熱面表面進(jìn)行噴砂除銹處理，直至露出新鮮的金屬表面，該新鮮的金屬表面作為基材表面；
[0019](3)在步驟(2)獲得的基材表面上采用同步送粉法和多次激光熔覆法制備鐵基納米晶復(fù)合涂層，其中，同步送粉法送入的粉末為步驟(I)獲得的合金粉末，多次激光熔覆后形成的鐵基納米晶復(fù)合涂層厚度在Imm以上，硬度大于600HV，所述鐵基納米晶復(fù)合涂層與基材為冶金結(jié)合，能夠顯著增強鍋爐尾部受熱面的耐磨耐腐蝕性能。
[0020]本發(fā)明中，所述步驟⑴中的稀土元素為Nd、La、Y或Er中的一種或兩種以上的任意組合。
[0021]本發(fā)明中，作為優(yōu)選例，所述步驟(I)中，所述合金粉末中各組分及其所占的質(zhì)量百分比 wt.0Z0 為:Fe:53.8-58.0, Cr:15.3-18.8，Mo:12.2-12.5，B:3.4-3.5，C:0.9-1.0,Mn:1.6-1.7，W:5.4-5.5，S1:1.4，RE:1.8，其中 RE 為稀土元素
[0022]本發(fā)明中，所述步驟(I)中制備鐵基納米晶復(fù)合涂層的合金粉末所采用的制粉技術(shù)為水霧化或氣霧化制粉技術(shù)，所制備的合金粉末在使用前需在110°C進(jìn)行24小時烘干處理。
[0023]本發(fā)明中，所述步驟(2)中噴砂除銹處理中噴砂的砂料為白剛玉或石英砂。
[0024]本發(fā)明中，所述步驟(3)中，激光熔覆法所采用的設(shè)備為功率在400W以上的Nd:YAG或半導(dǎo)體激光，Nd =YAG即是摻釹釔鋁石榴石激光，激光以與水平面之間的夾角為85度角入射，合金粉末以送粉口與水平面之間的夾角為45度角送入激光光斑附近，激光光斑直徑為l_3mm，焦距(即激光器透鏡中心到光聚集之焦點的距離)為200-400mm，每次激光熔覆厚度為0.2-0.3mm，重復(fù)三次以上，使得熔覆層厚度達(dá)到Imm以上，多次激光熔覆是連續(xù)進(jìn)行的。
[0025]上述的重復(fù)三次以上，可能是4次也可能是5次，如果每次熔覆厚度為0.2mm則為5次，如果每次平均0.25mm則為4次。只要達(dá)到熔覆層厚度為大于等于Imm的目的就行。每次激光熔覆是連續(xù)進(jìn)行的，在基體上一層一層依次連續(xù)進(jìn)行熔覆。
[0026]本發(fā)明的鐵基納米晶復(fù)合涂層，該涂層厚度大于1mm，內(nèi)部為納米晶復(fù)合結(jié)構(gòu)，熔覆層的顯微硬度大于600HV。使用特制的合金成分，先采用氮氣保護(hù)的氣霧化法制粉，然后采用同步送粉工藝，通過多次激光熔覆，在20號鋼材質(zhì)的鍋爐尾部受熱面局部極易磨損腐蝕部位表面制備大厚度的鐵基納米晶復(fù)合涂層，該涂層與基體為冶金結(jié)合，界面發(fā)生元素擴(kuò)散，熱影響區(qū)小于0.1mm,內(nèi)部空隙和裂紋含量較少，并且熔覆層之間的搭接區(qū)不存在明顯的分層和界面缺陷。由此，該鍋爐尾部受熱面系統(tǒng)通過激光熔覆大厚度鐵基納米晶復(fù)合涂層進(jìn)行表面局部防護(hù)，防止了腐蝕磨損的轉(zhuǎn)移，從而顯著增強鍋爐尾部受熱面的耐磨耐腐蝕性能，并減輕煙氣余熱利用中受熱面磨損腐蝕問題，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
[0027]本發(fā)明的鐵基納米晶復(fù)合涂層，大幅度提聞鍋爐管服役壽命；提聞熱交換效率，促進(jìn)低溫?zé)煔庥酂岬脑倩厥绽?；降低電廠磨損腐蝕部件的維修費用和對原材料的消耗，為電廠的節(jié)能型降耗開辟新途徑。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著效果:
[0029]1、本發(fā)明采用多次激光熔覆法在鍋爐尾部受熱面制備大厚度鐵基納米晶復(fù)合涂層，熱影響區(qū)淺，防止了管材或板材的熱變形，還能避免裂紋和空隙的產(chǎn)生，有利于應(yīng)力的釋放。
[0030]2、本發(fā)明激光熔覆鐵基納米晶復(fù)合涂層具有加工成本低，耐磨耐蝕綜合性能好等優(yōu)點，適合電廠煙氣余熱回收系統(tǒng)的工況最惡劣部位的強化防護(hù)。
[0031]3、本發(fā)明涂層為納米晶復(fù)合結(jié)構(gòu)，對施工條件要求低，可以大氣氛圍下進(jìn)行，無需額外的冷卻系統(tǒng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0033]圖1為本發(fā)明實施例一中鐵基納米晶復(fù)合涂層的X射線衍射圖，圖中，橫坐標(biāo):為衍射角2 Θ，是衍射譜儀掃描的角度，單位為度(° );縱坐標(biāo):為衍射峰的強度，單位:原子單位(a.u.)；
[0034]圖2為本發(fā)明實施例一中鐵基納米晶復(fù)合涂層的掃描電鏡圖；
[0035]圖3為本發(fā)明實施例一中鐵基納米晶復(fù)合涂層的硬度曲線圖，圖中，橫坐標(biāo):表示距離基體與涂層接觸面的距離，單位為微米(ym);縱坐標(biāo):為顯微硬度，單位:維氏硬度(HV)。

【具體實施方式】
[0036]實施例一
[0037]—種鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層，該鐵基納米晶復(fù)合涂層中各組分及其所占的質(zhì)量百分比 wt.0A為:Fe:55.4，Cr:17.5，Mo:12.4，B:3.4，C:1.0, Mn:1.6，W:5.5，Si:1.4，RE:1.8，其中 RE 代表 Nd。
[0038]上述鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層的激光熔覆成型工藝，包括如下步驟:
[0039](I)通過已有的氣霧化制粉技術(shù),制備合金粉末,合金粉末粒徑為50-400目；該合金粉末中各組分及其所占的質(zhì)量百分比wt.%為:Fe:55.4, Cr:17.5，Mo:12.4，B:3.4，C:1.0，Mn:1.6, W:5.5，S1:1.4，RE:1.8，其中RE代表Nd,粉末使用前需在110°C進(jìn)行24小時的烘干處理；
[0040](2)激光熔覆前對需要防護(hù)的鍋爐尾部受熱面表面進(jìn)行噴砂除銹處理，直至露出新鮮的金屬表面，該新鮮的金屬表面作為基材表面，鍋爐尾部受熱面的基體為20G鋼管，對鍋爐尾部受熱面表面進(jìn)行嚴(yán)格的表面處理，目的是為了保證噴涂涂層和基體表面的良好結(jié)合良好；噴砂處理中的砂料為白剛玉，目的是去除鋼管表面的鐵銹，且在基體鋼管表面產(chǎn)生足夠大且多的毛刺，以使涂層能牢固結(jié)合；然后用丙酮擦拭20G鋼管外表面，去除表面的油月旨;
[0041](3)在步驟(2)獲得的基材表面上采用同步送粉法和四次激光熔覆法制備鐵基納米晶復(fù)合涂層，其中，同步送粉法送入的粉末為步驟(I)獲得的合金粉末，四次激光熔覆后形成的鐵基納米晶復(fù)合涂層厚度為1mm，硬度大于600HV，鐵基納米晶復(fù)合涂層與基材為冶金結(jié)合，能夠顯著增強鍋爐尾部受熱面的耐磨耐腐蝕性能。其中，激光熔覆法所采用的設(shè)備為功率為400W的摻釹釔鋁石榴石激光，激光以與水平面之間的夾角為85度角入射，合金粉末以送粉口與水平面之間的夾角為45度角送入激光光斑附近，激光光斑直徑為2mm，焦距為250mm，每次激光熔覆厚度為0.25mm，重復(fù)四次，使得熔覆層厚度達(dá)到1mm，多次激光熔覆是連續(xù)進(jìn)行的
[0042]上述鐵基納米晶復(fù)合涂層成型后，還需要進(jìn)行硬度、厚度和裂紋檢驗；并且在熔覆完畢后，將各部件按照設(shè)計圖紙組裝成煙氣余熱回收系統(tǒng)即可。
[0043]作為本實施例的變換，所述稀土元素為Nd也可以用諸如La、Y或Er來替代，即稀土元素為Nd、La、Y或Er中的一種，也可以采用Nd、La、Y或Er中兩種以上的任意組合，組合中各組分的配比可任意而定。
[0044]作為本實施例的變換，激光熔覆成型工藝的步驟(2)中噴砂除銹處理中噴砂的砂料也可以選用石英砂。
[0045]作為本實施例的變換，激光熔覆成型工藝的步驟(3)中，激光熔覆法所采用的設(shè)備也可以選用半導(dǎo)體激光，選用摻釹釔鋁石榴石激光或半導(dǎo)體激光時功率大于等于400W即可，激光光斑直徑在l_3mm范圍內(nèi)均可，焦距在200-400mm范圍內(nèi)均可，每次激光熔覆厚度為0.2-0.3mm,重復(fù)三次以上，使得熔覆層厚度達(dá)到Imm以上即可，多次激光熔覆是連續(xù)進(jìn)行的。重復(fù)次數(shù)可能是4次也可能是5次，如果每次熔覆厚度為0.2mm則為5次，如果每次平均0.25mm則為4次。只要達(dá)到熔覆層厚度為大于等于Imm的目的就行。多次激光熔覆基體表面上一層一層依次連續(xù)進(jìn)行熔覆。
[0046]本實施例獲得的鐵基納米晶復(fù)合涂層的X射線衍射圖如圖1所示，掃描電鏡圖如圖2所示，硬度曲線圖如圖3所示，由圖1至圖3可以看出，鐵基納米晶復(fù)合涂層微觀結(jié)構(gòu)致密，且具有良好的強度和硬度，具有較好的耐磨耐腐蝕性能。經(jīng)實踐證明，該鐵基納米晶復(fù)合涂層在實際使用中，能夠有效減輕余熱利用過程中因鍋爐尾部煙氣溫度低于酸露點后對受熱面造成的低溫磨損腐蝕，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
[0047]實施例二
[0048]一種鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層，該鐵基納米晶復(fù)合涂層中各組分及其所占的質(zhì)量百分比 wt.0A為:Fe:53.8，Cr:18.8，Mo:12.5，B:3.5，C:1.0，Mn:1.7，W:5.5，Si:1.4，RE:1.8，其中 RE 代表 Nd。
[0049]上述鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層的激光熔覆成型工藝，包括如下步驟:
[0050](I)通過已有的氣霧化制粉技術(shù),制備合金粉末,合金粉末粒徑為50-400目；該合金粉末中各組分及其所占的質(zhì)量百分比wt.%%:Fe:53.8, Cr:18.8，Mo:12.5，B:3.5，C:1.0，Mn:1.7，W:5.5，S1:1.4，RE:1.8，其中RE代表Nd,粉末使用前需在110°C進(jìn)行24小時的烘干處理；
[0051](2)激光熔覆前對需要防護(hù)的鍋爐尾部受熱面表面進(jìn)行噴砂除銹處理，直至露出新鮮的金屬表面，該新鮮的金屬表面作為基材表面，鍋爐尾部受熱面的基體為20G鋼管，對鍋爐尾部受熱面表面進(jìn)行嚴(yán)格的表面處理，目的是為了保證噴涂涂層和基體表面的良好結(jié)合良好；噴砂處理中的砂料為白剛玉，目的是去除鋼管表面的鐵銹，且在基體鋼管表面產(chǎn)生足夠大且多的毛刺，以使涂層能牢固結(jié)合；然后用丙酮擦拭20G鋼管外表面，去除表面的油月旨;
[0052](3)在步驟(2)獲得的基材表面上采用同步送粉法和四次激光熔覆法制備鐵基納米晶復(fù)合涂層，其中，同步送粉法送入的粉末為步驟(I)獲得的合金粉末，四次激光熔覆后形成的鐵基納米晶復(fù)合涂層厚度為1mm，硬度大于600HV，鐵基納米晶復(fù)合涂層與基材為冶金結(jié)合，能夠顯著增強鍋爐尾部受熱面的耐磨耐腐蝕性能。其中，激光熔覆法所采用的設(shè)備為功率為400W的摻釹釔鋁石榴石激光，激光以與水平面之間的夾角為85度角入射，合金粉末以送粉口與水平面之間的夾角為45度角送入激光光斑附近，激光光斑直徑為2mm，焦距為250mm，每次激光熔覆厚度為0.25mm，重復(fù)四次，使得熔覆層厚度達(dá)到1mm，多次激光熔覆是連續(xù)進(jìn)行的
[0053]上述鐵基納米晶復(fù)合涂層成型后，還需要進(jìn)行硬度、厚度和裂紋檢驗；并且在熔覆完畢后，將各部件按照設(shè)計圖紙組裝成煙氣余熱回收系統(tǒng)即可。
[0054]作為本實施例的變換，所述稀土元素為Nd也可以用諸如La、Y或Er來替代，即稀土元素為Nd、La、Y或Er中的一種，也可以采用Nd、La、Y或Er中兩種以上的任意組合，組合中各組分的配比可任意而定。
[0055]作為本實施例的變換，激光熔覆成型工藝的步驟(2)中噴砂除銹處理中噴砂的砂料也可以選用石英砂。
[0056]作為本實施例的變換，激光熔覆成型工藝的步驟(3)中，激光熔覆法所采用的設(shè)備也可以選用半導(dǎo)體激光，選用摻釹釔鋁石榴石激光或半導(dǎo)體激光時功率大于等于400W即可，激光光斑直徑在l_3mm范圍內(nèi)均可，焦距在200-400mm范圍內(nèi)均可，每次激光熔覆厚度為0.2-0.3mm，重復(fù)三次以上，使得熔覆層厚度達(dá)到Imm以上即可，多次激光熔覆是連續(xù)進(jìn)行的。重復(fù)次數(shù)可能是4次也可能是5次，如果每次熔覆厚度為0.2mm則為5次，如果每次平均0.25mm則為4次。只要達(dá)到熔覆層厚度為大于等于Imm的目的就行。多次激光熔覆基體表面上一層一層依次連續(xù)進(jìn)行熔覆。
[0057]實施例三
[0058]一種鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層，該鐵基納米晶復(fù)合涂層中各組分及其所占的質(zhì)量百分比 wt.0A為:Fe:58.0, Cr:15.3，Mo:12.2，B:3.4，C:0.9，Mn:1.6，W:5.4，Si:1.4，RE:1.8，其中 RE 代表 Nd。
[0059]上述鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層的激光熔覆成型工藝，包括如下步驟:
[0060](I)通過已有的氣霧化制粉技術(shù),制備合金粉末,合金粉末粒徑為50-400目；該合金粉末中各組分及其所占的質(zhì)量百分比wt.%%:Fe:58.0, Cr:15.3，Mo:12.2，B:3.4，C:0.9，Mn:1.6，W:5.4，S1:1.4，RE:1.8，其中RE代表Nd，粉末使用前需在110°C進(jìn)行24小時的烘干處理；
[0061](2)激光熔覆前對需要防護(hù)的鍋爐尾部受熱面表面進(jìn)行噴砂除銹處理，直至露出新鮮的金屬表面，該新鮮的金屬表面作為基材表面，鍋爐尾部受熱面的基體為20G鋼管，對鍋爐尾部受熱面表面進(jìn)行嚴(yán)格的表面處理，目的是為了保證噴涂涂層和基體表面的良好結(jié)合良好；噴砂處理中的砂料為白剛玉，目的是去除鋼管表面的鐵銹，且在基體鋼管表面產(chǎn)生足夠大且多的毛刺，以使涂層能牢固結(jié)合；然后用丙酮擦拭20G鋼管外表面，去除表面的油月旨;
[0062](3)在步驟(2)獲得的基材表面上采用同步送粉法和三次激光熔覆法制備鐵基納米晶復(fù)合涂層，其中，同步送粉法送入的粉末為步驟(I)獲得的合金粉末，三次激光熔覆后形成的鐵基納米晶復(fù)合涂層厚度為1mm，硬度大于600HV，鐵基納米晶復(fù)合涂層與基材為冶金結(jié)合，能夠顯著增強鍋爐尾部受熱面的耐磨耐腐蝕性能。其中，激光熔覆法所采用的設(shè)備為功率為400W的摻釹釔鋁石榴石激光，激光以與水平面之間的夾角為85度角入射，合金粉末以送粉口與水平面之間的夾角為45度角送入激光光斑附近，激光光斑直徑為3mm，焦距為400mm，每次激光熔覆厚度為0.35mm，重復(fù)三次，使得熔覆層厚度達(dá)到1mm，多次激光熔覆是連續(xù)進(jìn)行的
[0063]上述鐵基納米晶復(fù)合涂層成型后，還需要進(jìn)行硬度、厚度和裂紋檢驗；并且在熔覆完畢后，將各部件按照設(shè)計圖紙組裝成煙氣余熱回收系統(tǒng)即可。
[0064]作為本實施例的變換，所述稀土元素為Nd也可以用諸如La、Y或Er來替代，即稀土元素為Nd、La、Y或Er中的一種，也可以采用Nd、La、Y或Er中兩種以上的任意組合，組合中各組分的配比可任意而定。
[0065]作為本實施例的變換，激光熔覆成型工藝的步驟(2)中噴砂除銹處理中噴砂的砂料也可以選用石英砂。
[0066]作為本實施例的變換，激光熔覆成型工藝的步驟(3)中，激光熔覆法所采用的設(shè)備也可以選用半導(dǎo)體激光，選用摻釹釔鋁石榴石激光或半導(dǎo)體激光時功率大于等于400W即可，激光光斑直徑在l_3mm范圍內(nèi)均可，焦距在200-400mm范圍內(nèi)均可，每次激光熔覆厚度為0.2-0.3mm，重復(fù)三次以上，使得熔覆層厚度達(dá)到Imm以上即可，多次激光熔覆是連續(xù)進(jìn)行的。重復(fù)次數(shù)可能是4次也可能是5次，如果每次熔覆厚度為0.2mm則為5次，如果每次平均0.25mm則為4次。只要達(dá)到熔覆層厚度為大于等于Imm的目的就行。多次激光熔覆基體表面上一層一層依次連續(xù)進(jìn)行熔覆。
[0067]本發(fā)明的上述實施例并不是對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定，本發(fā)明的實施方式不限于此，根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，對本發(fā)明上述結(jié)構(gòu)做出的其它多種形式的修改、替換或變更，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層，其特征在于:所述鐵基納米晶復(fù)合涂層中各組分及其所占的質(zhì)量百分比被.%%:？6:49.9-62.8,0:14.2-20.4,10:9.0-16.3，8:2.9-4.1，0:0.6-1.3，胞:1.0-2.4，1:3.4-8.0，81:1.0-1.9，詘:0-3.9，其中詘為稀土元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層，其特征在于:所述稀土元素為制、匕、V或此中的一種或兩種以上的任意組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層，其特征在于:所述鐵基納米晶復(fù)合涂層中各組分及其所占的質(zhì)量百分比被.%為:？6:53.8-58.0，0:15.3-18.8，10:12.2—12.5，8:3.4-3.5，0:0.9-1.0，胞:1.6-1.7，1:5.4-5.5，81:1.4，詘:1.8，其中詘為稀土元素。
4.鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層的激光熔覆成型工藝，其特征在于:該工藝包括如下步驟: (1)通過制粉技術(shù)制備鐵基納米晶復(fù)合涂層的合金粉末，合金粉末的粒徑為50-400目，所述合金粉末中各組分及其所占的質(zhì)量百分比被.%為:？6:49.9-62.8，0:14.2-20.4，10:9.0-16.3，8:2.9-4.1，0:0.6-1.3，胞:1.0-2.4，1:3.4-8.0，81:1.0-1.9，詘:0-3.9，其中詘為稀土元素； (2)對需要防護(hù)的鍋爐尾部受熱面表面進(jìn)行噴砂除銹處理，直至露出新鮮的金屬表面，該新鮮的金屬表面作為基材表面； (3)在步驟(2)獲得的基材表面上采用同步送粉法和多次激光熔覆法制備鐵基納米晶復(fù)合涂層，其中，同步送粉法送入的粉末為步驟(1)獲得的合金粉末，多次激光熔覆后形成的鐵基納米晶復(fù)合涂層厚度在11^以上，硬度大于600取，所述鐵基納米晶復(fù)合涂層與基材為冶金結(jié)合，能夠顯著增強鍋爐尾部受熱面的耐磨耐腐蝕性能。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層的激光熔覆成型工藝，其特征在于:所述步驟(1)中的稀土元素為制、匕、1或此中的一種或兩種以上的任意組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層的激光熔覆成型工藝，其特征在于:所述步驟(1)中，所述合金粉末中各組分及其所占的質(zhì)量百分比被.% 為:？6:53.8-58.0，0:15.3—18.8，1。:12.2—12.5，8:3.4-3.5，0:0.9-1.0，胞:1.6-1.7，1:5.4-5.5，81:1.4，詘:1.8，其中詘為稀土元素。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層的激光熔覆成型工藝，其特征在于:所述步驟(1)中制備鐵基納米晶復(fù)合涂層的合金粉末所采用的制粉技術(shù)為水霧化或氣霧化制粉技術(shù)，所制備的合金粉末在使用前需在1101進(jìn)行24小時烘干處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層的激光熔覆成型工藝，其特征在于:所述步驟(2)中噴砂除銹處理中噴砂的砂料為白剛玉或石英砂。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鍋爐尾部受熱面防護(hù)用鐵基納米晶復(fù)合涂層的激光熔覆成型工藝，其特征在于:所述步驟(3)中，激光熔覆法所采用的設(shè)備為功率在4001以上的摻釹釔鋁石榴石激光或半導(dǎo)體激光，激光以與水平面之間的夾角為85度角入射，合金粉末以送粉口與水平面之間的夾角為45度角送入激光光斑附近，激光光斑直徑為1-3！^，焦距為200-400111111,每次激光熔覆厚度為0.2-0.3臟，重復(fù)三次以上，使得熔覆層厚度達(dá)到1臟以上，多次激光熔覆是連續(xù)進(jìn)行的。
【文檔編號】C22C30/00GK104357748SQ201410609071
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】宋景慧, 侯勇, 徐齊勝, 王永田, 湛志鋼, 徐鋼 申請人:廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院, 華北電力大學(xué)