本發(fā)明涉及一種涂層，具體的說(shuō)是一種煙氣輪機(jī)葉片用高耐蝕耐磨防垢涂層及其制備工藝。
背景技術(shù)：
石油催化裂化系統(tǒng)中煙氣輪機(jī)葉片采用GH864高溫合金鍛造成型，轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)速度可達(dá)6300r/min，工作溫度高達(dá)750℃。在煙氣輪機(jī)內(nèi)SOx、NOx、CO、CO2、H2O等煙氣的腐蝕、催化劑顆粒沖蝕及催化劑在葉片表面結(jié)垢的作用下，葉片表面容易產(chǎn)生腐蝕、磨損、結(jié)垢現(xiàn)象，導(dǎo)致葉片強(qiáng)度下降，壽命顯著降低，嚴(yán)重情況下甚至影響煙氣輪機(jī)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，造成大量經(jīng)濟(jì)損失。因此，葉片需具備耐高溫、耐沖蝕、耐煙氣腐蝕、防結(jié)垢等綜合性能，目前的高溫合金材料均難以同時(shí)滿足上述要求。在煙氣輪機(jī)葉片表面制備一層厚度可控的高耐蝕耐磨防垢復(fù)合涂層，是提高煙機(jī)葉片使用性能的有效途徑。
現(xiàn)有解決汽輪機(jī)葉片腐蝕磨損結(jié)垢的主要技術(shù)是通過(guò)激光熔覆或氣相沉積技術(shù)在葉片表面制備防護(hù)涂層，同時(shí)通過(guò)添加阻垢劑來(lái)減緩葉片表面的結(jié)垢傾向。如申請(qǐng)?zhí)枮?01310748297.5的發(fā)明專利《一種汽輪機(jī)葉片激光熔覆防水蝕方法》中，采用CO2激光器在汽輪機(jī)末級(jí)葉片表面熔覆沉積了一層司立太合金粉末，提高了葉片耐水蝕性能。申請(qǐng)?zhí)枮?01110274738.3的發(fā)明專利《一種汽輪機(jī)葉片材料表面多層抗點(diǎn)蝕涂層的制備方法》中，采用多弧離子鍍技術(shù)在耐熱鋼表面制備了由純Ti過(guò)渡層、TiN中間層、TiAlN表層組成的復(fù)合涂層，涂層厚度約為2-3μm，顯微硬度約為2500HV0.1，提高了葉片耐點(diǎn)蝕性能；申請(qǐng)?zhí)枮?01210437619.X的發(fā)明專利《一種水泵葉輪表面超音速火焰噴涂納米超硬復(fù)合涂層的制備方法》中，采用超音速火焰噴涂技術(shù)在水泵葉輪表面制備了WC-8Co金屬陶瓷涂層，涂層厚度約為0.6mm，硬度約為60-65HRC,能提高水泵葉輪的抗磨損性能。目前尚未有在煙氣輪機(jī)葉片材料表面噴涂復(fù)合涂層的發(fā)明專利來(lái)解決上述問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種煙氣輪機(jī)葉片用高耐蝕耐磨防垢涂層及其制備工藝，通過(guò)涂層成分復(fù)合優(yōu)化設(shè)計(jì)，方法簡(jiǎn)單，所制備的高耐蝕耐磨防垢涂層可解決煙氣輪機(jī)葉片表面的腐蝕、沖蝕、結(jié)垢等現(xiàn)象，提高葉片的使用壽命。
一種煙氣輪機(jī)葉片用高耐蝕耐磨防垢涂層，由內(nèi)層0.1~0.3mm厚的碳化鉻系金屬陶瓷涂層和外層的0.1~0.2mm厚的氧化鋁氧化鈦陶瓷涂層組成，所述碳化鉻系金屬陶瓷涂層的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比含量為：NiCr合金25~50%，Cr3C2陶瓷50~75%；氧化鋁氧化鈦陶瓷涂層的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比含量為：Al2O3 60~93%，TiO2 7~40%。
所述煙氣輪機(jī)葉片用高耐蝕耐磨防垢涂層的制備工藝，包括以下步驟：
（1）表面清洗：先用丙酮，再用無(wú)水乙醇對(duì)葉片表面進(jìn)行清洗，去除油污，確保煙氣輪機(jī)葉片表面潔凈；
（2）遮蔽保護(hù)：對(duì)煙氣輪機(jī)葉片不需要噴涂的部位進(jìn)行遮蔽保護(hù)，防止噴砂和噴涂時(shí)受到污染；
（3）噴砂粗化：將煙氣輪機(jī)葉片用噴砂工裝固定后，采用質(zhì)量比為1:1-3:1的16目和24目的混合棕剛玉砂粒對(duì)表面進(jìn)行噴砂粗化；要求噴砂用壓縮空氣干燥、無(wú)油，氣壓約0.6~0.8MPa，噴射角為90±10°，噴砂距離為0.1~0.2m，噴砂至煙氣輪機(jī)葉片表面露出亞光色新鮮金屬表面為止；
（4）涂層制備：
首先將煙氣輪機(jī)葉片在噴涂工裝上進(jìn)行固定，采用超音速火焰噴涂工藝在葉片表面制備碳化鉻系金屬陶瓷涂層，厚度0.1~0.3mm，燃料為丙烷和空氣，噴涂前葉片表面需預(yù)熱，預(yù)熱后葉片表面溫度應(yīng)大于60℃，噴涂過(guò)程中葉片表面溫度應(yīng)小于200℃，采用多道次噴涂來(lái)防止涂層過(guò)熱；噴涂過(guò)程中要求空氣壓力0.6~0.8Mpa，丙烷壓力0.5~0.7Mpa，送粉速度20-40g/min，噴涂距離150-250 mm，噴涂角度60~90°，噴涂速度250~500 mm/s，噴涂步距2-5 mm；
然后采用高速等離子噴涂工藝在碳化鉻系金屬陶瓷涂層表面制備一層低表面能的氧化鋁氧化鈦陶瓷涂層，厚度0.1~0.2mm，噴涂氣體為氬氣和氫氣，噴涂前葉片表面需預(yù)熱，預(yù)熱后葉片表面溫度應(yīng)大于60℃，噴涂過(guò)程中葉片表面溫度應(yīng)小于200℃，采用多道次噴涂來(lái)防止涂層過(guò)熱；等離子噴涂要求：噴涂電流650~850A，噴涂電壓40~55V，主氣壓力0.5~0.8Mpa，主氣流量50~80L/min，輔氣壓力0.4~0.6Mpa，輔氣流量0.4~0.6L/min。
所述步驟（1）中采用人工清洗或超聲波清洗，去除油污，確保葉片表面潔凈。
步驟（2）中采用葉片噴涂工裝或特種噴涂遮蔽膠帶，對(duì)煙氣輪機(jī)葉片不需要噴涂的部位進(jìn)行遮蔽保護(hù)。
有益效果是：
1、本發(fā)明煙氣輪機(jī)葉片用高耐蝕耐磨防垢涂層可提高催化裂化裝置中煙氣輪機(jī)葉片的耐蝕、耐磨、防垢特性，延長(zhǎng)煙氣輪機(jī)葉片的使用壽命；該制備工藝在煙氣輪機(jī)葉片表面制備均勻致密的高硬度、高耐磨性、高耐蝕性的復(fù)合涂層，涂層厚度為0.2~0.5mm，涂層與葉片的結(jié)合強(qiáng)度為50~70MPa，涂層的顯微硬度為800~1100HV0.1。本發(fā)明獲得的高耐蝕耐磨防垢復(fù)合涂層主要用于煙氣輪機(jī)葉片、葉輪盤等特殊部件，可以有效地提高葉片硬度、耐磨性、耐蝕性和防垢性，延長(zhǎng)葉片使用壽命，提高催化裂化裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的穩(wěn)定性，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。與現(xiàn)行葉片相比，具有硬度高、耐蝕性好、耐磨性好、防結(jié)垢性能好特點(diǎn)，能解決現(xiàn)行葉片高溫下易腐蝕與磨損的問(wèn)題，解決煙氣輪機(jī)葉片表面的腐蝕、沖蝕、結(jié)垢等現(xiàn)象，從而提高葉片的使用壽命，降低催化裂化裝置停工檢修頻率。
具體實(shí)施方式
一種煙氣輪機(jī)葉片用高耐蝕耐磨防垢涂層，由內(nèi)層0.1~0.3mm厚的鉻系金屬陶瓷涂層和外層的0.1~0.2mm厚的氧化鋁氧化鈦陶瓷涂層組成，所述鉻系金屬陶瓷涂層的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比含量為：NiCr合金25~50%，Cr3C2陶瓷50~75%；氧化鋁氧化鈦陶瓷涂層的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比含量為：Al2O3 60~93%，TiO2 7~40%。
所述煙氣輪機(jī)葉片用高耐蝕耐磨防垢涂層的制備工藝，包括以下步驟：
（1）表面清洗：先用丙酮，再用無(wú)水乙醇對(duì)葉片表面進(jìn)行清洗，去除油污，確保煙氣輪機(jī)葉片表面潔凈；
（2）遮蔽保護(hù)：對(duì)煙氣輪機(jī)葉片不需要噴涂的部位進(jìn)行遮蔽保護(hù)，防止噴砂和噴涂時(shí)受到污染；
（3）噴砂粗化：將煙氣輪機(jī)葉片用噴砂工裝固定后，采用質(zhì)量比為1:1-3:1的16目和24目的混合棕剛玉砂粒對(duì)表面進(jìn)行噴砂粗化；要求噴砂用壓縮空氣干燥、無(wú)油，氣壓約0.6~0.8MPa，噴射角為90±10°，噴砂距離為0.1~0.2m，噴砂至煙氣輪機(jī)葉片表面露出亞光色新鮮金屬表面為止；
（4）涂層制備：
首先將煙氣輪機(jī)葉片在噴涂工裝上進(jìn)行固定，采用超音速火焰噴涂工藝在葉片表面制備碳化鉻系金屬陶瓷涂層，厚度0.1~0.3mm，燃料為丙烷和空氣，噴涂前葉片表面需預(yù)熱，預(yù)熱后葉片表面溫度應(yīng)大于60℃，噴涂過(guò)程中葉片表面溫度應(yīng)小于200℃，采用多道次噴涂來(lái)防止涂層過(guò)熱；噴涂過(guò)程中要求空氣壓力0.6~0.8Mpa，丙烷壓力0.5~0.7Mpa，送粉速度20-40g/min，噴涂距離150-250 mm，噴涂角度60~90°，噴涂速度250~500 mm/s，噴涂步距2-5 mm；
然后采用高速等離子噴涂工藝在碳化鉻系金屬陶瓷涂層表面制備一層低表面能的氧化鋁氧化鈦陶瓷涂層，厚度0.1~0.2mm，噴涂氣體為氬氣和氫氣，噴涂前葉片表面需預(yù)熱，預(yù)熱后葉片表面溫度應(yīng)大于60℃，噴涂過(guò)程中葉片表面溫度應(yīng)小于200℃，采用多道次噴涂來(lái)防止涂層過(guò)熱；等離子噴涂要求：噴涂電流650~850A，噴涂電壓40~55V，主氣壓力0.5~0.8MPa，主氣流量50~80L/min，輔氣壓力0.4~0.6MPa，輔氣流量0.4~0.6L/min。
所述步驟（1）中采用人工清洗或超聲波清洗，去除油污，確保葉片表面潔凈。
步驟（2）中采用葉片噴涂工裝或特種噴涂遮蔽膠帶，對(duì)煙氣輪機(jī)葉片不需要噴涂的部位進(jìn)行遮蔽保護(hù)。
實(shí)施例1：
葉片經(jīng)工裝夾持后，首先將葉片用噴砂工裝進(jìn)行固定，采用比例為3:1的16目和24目混合棕剛玉進(jìn)行噴砂，壓力0.7MPa，噴射角90°，噴砂距離0.15m；金屬陶瓷涂層所用材料成分為NiCr 25%、Cr3C275%的混合粉末，制備工藝為空氣壓力0.8MPa，丙烷壓力0.7MPa，送粉速度20g/min，噴涂距離為200mm，噴涂角度90°，噴涂速度500mm/s，步距3mm，基體溫度小于150℃；然后噴涂陶瓷涂層所用材料成分為Al2O387%，TiO213%,制備工藝為噴涂電壓50V，電流700A，主氣壓力0.6MPa，主氣流量60L/min，輔氣壓力0.5MPa，輔氣流量6L/min，載氣流量5L/min，送粉速度40g/min，噴涂距離為100mm，噴涂角度90°，噴涂速度250mm/s，步距3mm，基體溫度小于150℃。制備的復(fù)合涂層結(jié)合強(qiáng)度65MPa，顯微硬度大于900HV0.1。
實(shí)施例2：
葉片經(jīng)工裝夾持后，首先將葉片用噴砂工裝進(jìn)行固定，采用比例為3:1的16目和24目混合棕剛玉進(jìn)行噴砂，壓力0.7MPa，噴射角90°，噴砂距離0.15m；金屬陶瓷涂層所用材料成分為NiCr40%、Cr3C260%的混合粉末，制備工藝為空氣壓力0.7MPa，丙烷壓力0.55MPa，送粉速度20g/min，噴涂距離為200mm，噴涂角度90°，噴涂速度500mm/s，步距3mm，基體溫度小于150℃；然后噴涂陶瓷涂層所用材料成分為Al2O392%，TiO28%,制備工藝為噴涂電壓55V，電流650A，主氣壓力0.6MPa，主氣流量60L/min，輔氣壓力0.5MPa，輔氣流量6L/min，載氣流量5L/min，送粉速度40g/min，噴涂距離為100mm，噴涂角度90°，噴涂速度250mm/s，步距3mm，基體溫度小于150℃。制備的復(fù)合涂層結(jié)合強(qiáng)度62MPa，顯微硬度大于900HV0.1。
實(shí)施例3
一種煙氣輪機(jī)葉片用高耐蝕耐磨防垢涂層，由內(nèi)層0.1mm厚的碳化鉻系金屬陶瓷涂層和外層的0.1mm厚的氧化鋁氧化鈦陶瓷涂層組成，所述碳化鉻系金屬陶瓷涂層的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比含量為：NiCr合金25%，Cr3C2陶瓷75%；氧化鋁氧化鈦陶瓷涂層的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比含量為：Al2O3 60%，TiO2 40%。
所述煙氣輪機(jī)葉片用高耐蝕耐磨防垢涂層的制備工藝，其特征在于：包括以下步驟：
（1）表面清洗：先用丙酮，再用無(wú)水乙醇對(duì)葉片表面采用人工清洗，去除油污，確保煙氣輪機(jī)葉片表面潔凈；
（2）遮蔽保護(hù)：采用葉片噴涂工裝對(duì)煙氣輪機(jī)葉片不需要噴涂的部位進(jìn)行遮蔽保護(hù)，防止噴砂和噴涂時(shí)受到污染；
（3）噴砂粗化：將煙氣輪機(jī)葉片用噴砂工裝固定后，采用質(zhì)量比為1:1的16目和24目的混合棕剛玉砂粒對(duì)表面進(jìn)行噴砂粗化；要求噴砂用壓縮空氣干燥、無(wú)油，氣壓約0.6MPa，噴射角為80°，噴砂距離為0.1m，噴砂至煙氣輪機(jī)葉片表面露出亞光色新鮮金屬表面為止；
（4）涂層制備：
首先將煙氣輪機(jī)葉片在噴涂工裝上進(jìn)行固定，采用超音速火焰噴涂工藝在葉片表面制備碳化鉻系金屬陶瓷涂層，厚度0.1mm，燃料為丙烷和空氣，噴涂前葉片表面需預(yù)熱，預(yù)熱后葉片表面溫度應(yīng)大于60℃，噴涂過(guò)程中葉片表面溫度應(yīng)小于200℃，采用多道次噴涂來(lái)防止涂層過(guò)熱；噴涂過(guò)程中要求空氣壓力0.6MPa， 丙烷壓力0.5MPa， 送粉速度20g/min，噴涂距離150mm，噴涂角度60°，噴涂速度250 mm/s，噴涂步距2mm；
然后采用高速等離子噴涂工藝在碳化鉻系金屬陶瓷涂層表面制備一層低表面能的氧化鋁氧化鈦陶瓷涂層，厚度0.1mm，噴涂氣體為氬氣和氫氣，噴涂前葉片表面需預(yù)熱，預(yù)熱后葉片表面溫度應(yīng)大于60℃，噴涂過(guò)程中葉片表面溫度應(yīng)小于200℃，采用多道次噴涂來(lái)防止涂層過(guò)熱；等離子噴涂要求：噴涂電流650A，噴涂電壓40V，主氣壓力0.5MPa， 主氣流量50L/min，輔氣壓力0.4MPa，輔氣流量0.4L/min。
實(shí)施例4
一種煙氣輪機(jī)葉片用高耐蝕耐磨防垢涂層，由內(nèi)層0.1~0.3mm厚的碳化鉻系金屬陶瓷涂層和外層的0.1~0.2mm厚的氧化鋁氧化鈦陶瓷涂層組成，所述碳化鉻系金屬陶瓷涂層的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比含量為：NiCr合金50%，Cr3C2陶瓷50%；氧化鋁氧化鈦陶瓷涂層的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比含量為：Al2O3 93%，TiO2 7%。
所述煙氣輪機(jī)葉片用高耐蝕耐磨防垢涂層的制備工藝，包括以下步驟：
（1）表面清洗：先用丙酮，再用無(wú)水乙醇對(duì)葉片表面進(jìn)行超聲波清洗，去除油污，確保煙氣輪機(jī)葉片表面潔凈；
（2）遮蔽保護(hù)：采用特種噴涂遮蔽膠帶對(duì)煙氣輪機(jī)葉片對(duì)不需要噴涂的部位進(jìn)行遮蔽保護(hù)，防止噴砂和噴涂時(shí)受到污染；
（3）噴砂粗化：將煙氣輪機(jī)葉片用噴砂工裝固定后，采用質(zhì)量比為3:1的16目和24目的混合棕剛玉砂粒對(duì)表面進(jìn)行噴砂粗化；要求噴砂用壓縮空氣干燥、無(wú)油，氣壓約0.8MPa，噴射角為100°，噴砂距離為0.2m，噴砂至煙氣輪機(jī)葉片表面露出亞光色新鮮金屬表面為止；
（4）涂層制備：
首先將煙氣輪機(jī)葉片在噴涂工裝上進(jìn)行固定，采用超音速火焰噴涂工藝在葉片表面制備碳化鉻系金屬陶瓷涂層，厚度0.3mm，燃料為丙烷和空氣，噴涂前葉片表面需預(yù)熱，預(yù)熱后葉片表面溫度應(yīng)大于60℃，噴涂過(guò)程中葉片表面溫度應(yīng)小于200℃，采用多道次噴涂來(lái)防止涂層過(guò)熱；噴涂過(guò)程中要求空氣壓力0.8MPa， 丙烷壓力0.7MPa， 送粉速度40g/min，噴涂距離250 mm，噴涂角度90°，噴涂速度500 mm/s，噴涂步距5 mm；
然后采用高速等離子噴涂工藝在鉻系金屬陶瓷涂層表面制備一層低表面能的氧化鋁氧化鈦陶瓷涂層，厚度0.2mm，噴涂氣體為氬氣和氫氣，噴涂前葉片表面需預(yù)熱，預(yù)熱后葉片表面溫度應(yīng)大于60℃，噴涂過(guò)程中葉片表面溫度應(yīng)小于200℃，采用多道次噴涂來(lái)防止涂層過(guò)熱；等離子噴涂要求：噴涂電流850A，噴涂電壓55V，主氣壓力0.8MPa，主氣流量80L/min，輔氣壓力0.6MPa，輔氣流量0.6L/min。
實(shí)施例5
一種煙氣輪機(jī)葉片用高耐蝕耐磨防垢涂層，由內(nèi)層0.2mm厚的碳化鉻系金屬陶瓷涂層和外層的0.15mm厚的氧化鋁氧化鈦陶瓷涂層組成，所述碳化鉻系金屬陶瓷涂層的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比含量為：NiCr合金40%，Cr3C2陶瓷55%；氧化鋁氧化鈦陶瓷涂層的化學(xué)成分及質(zhì)量百分比含量為：Al2O375%，TiO2 35%。
所述煙氣輪機(jī)葉片用高耐蝕耐磨防垢涂層的制備工藝，包括以下步驟：
（1）表面清洗：先用丙酮，再用無(wú)水乙醇對(duì)葉片表面進(jìn)行清洗，去除油污，確保煙氣輪機(jī)葉片表面潔凈；
（2）遮蔽保護(hù)：對(duì)煙氣輪機(jī)葉片不需要噴涂的部位進(jìn)行遮蔽保護(hù)，防止噴砂和噴涂時(shí)受到污染；
（3）噴砂粗化：將煙氣輪機(jī)葉片用噴砂工裝固定后，采用質(zhì)量比為1:1-3:1的16目和24目的混合棕剛玉砂粒對(duì)表面進(jìn)行噴砂粗化；要求噴砂用壓縮空氣干燥、無(wú)油，氣壓約0.7MPa，噴射角為95°，噴砂距離為0.15m，噴砂至煙氣輪機(jī)葉片表面露出亞光色新鮮金屬表面為止；
（4）涂層制備：
首先將煙氣輪機(jī)葉片在噴涂工裝上進(jìn)行固定，采用超音速火焰噴涂工藝在葉片表面制備碳化鉻系金屬陶瓷涂層，厚度0.2mm，燃料為丙烷和空氣，噴涂前葉片表面需預(yù)熱，預(yù)熱后葉片表面溫度應(yīng)大于60℃，噴涂過(guò)程中葉片表面溫度應(yīng)小于200℃，采用多道次噴涂來(lái)防止涂層過(guò)熱；噴涂過(guò)程中要求空氣壓力0.7MPa， 丙烷壓力0.6MPa， 送粉速度30g/min，噴涂距離200mm，噴涂角度80°，噴涂速度300mm/s，噴涂步距3mm；
然后采用高速等離子噴涂工藝在碳化鉻系金屬陶瓷涂層表面制備一層低表面能的氧化鋁氧化鈦陶瓷涂層，厚度0.15mm，噴涂氣體為氬氣和氫氣，噴涂前葉片表面需預(yù)熱，預(yù)熱后葉片表面溫度應(yīng)大于60℃，噴涂過(guò)程中葉片表面溫度應(yīng)小于200℃，采用多道次噴涂來(lái)防止涂層過(guò)熱；等離子噴涂要求：噴涂電流700A，噴涂電壓50V，主氣壓力0.7MPa，主氣流量70L/min，輔氣壓力0.5MPa，輔氣流量0.5L/min。