專利名稱：一種耐蝕涂層用的超合金粉末及其制造耐蝕合金涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于在金屬表面，特別是在碳鋼和低合金鋼表面燒結(jié)合金涂層所用合金粉末材料的合金化成份組成以及制造耐蝕涂層的方法，屬于用加熱法處理金屬表面涂覆層領(lǐng)域，國際專利分類號為C23C24/08和C23C24/10。
眾所周知，金屬和合金粉末絕大多數(shù)是被用做粉末冶金、熱噴涂、等離子噴涂、等離子濺射、工件的釬焊等行業(yè)的主要原材料，這些粉末的制造大部分是采用機械粉碎法或者熔融合金的霧化制粉法，粉末的成份組成主要是通過合金化或者是單金屬粉末的混合或者是以上兩種方法的混合來達到的。由于現(xiàn)有的金屬和合金粉末的成份和制造涂層方法的限制，用含有鐵、鎳、鈷、鉻、硅、鋁等元素的金屬和合金粉末材料，采用熱噴涂、等離子噴涂等工藝方法在金屬表面制造的涂層不夠致密，因而用于較強的低溫硫酸露點腐蝕環(huán)境受到了限制，目前主要用于金屬表面耐磨層及磨損部位的修補，中國專利CN88105681.2是在一種耐火材料模具表面燒結(jié)熔融耐磨涂層工藝，表面涂層材料為含WC的鎳基、鐵基、鈷基，自熔合金粉末，其目的是解決耐磨問題。國外也在研究采用自潤濕燒結(jié)方法在金屬表面制備耐蝕合金涂層，但目前所制備的涂層仍然存在不致密的缺陷，為了解決這個問題，國外采用在保護氣氛下再將燒結(jié)的合金涂層附加壓制變形的辦法來軋合涂層的針孔，但這種方法工藝復(fù)雜，成本昂貴，甚至有許多工件是無法實施的，所以還不能解決強腐蝕環(huán)境的低溫硫酸露點腐蝕問題。
本發(fā)明的目的是為了解決金屬構(gòu)件用于很強的低溫硫酸露點腐蝕問題，本發(fā)明提供一種耐蝕合金涂層用的超合金粉末及其制造耐蝕合金涂層的方法，尤其是在碳鋼和低合金鋼表面燒結(jié)形成一層光亮、致密，而又耐很強的低溫硫酸露點腐蝕的合金涂層。
本發(fā)明是根據(jù)冶金學的合金化與合金重熔原理及粉末冶金與凝固理論原理研究配制出耐蝕合金涂層用的超合金粉末，本發(fā)明提供的合金粉末是以磷的共晶組織為主體的合金狀態(tài)粉末，其重量組成為磷8到15％，銅1.5到5％，鉻6到15％，鉬少于或等于1％，硼少于或等于1％，鐵少于或等于2％，硅少于或等于1％，余下部分為鎳，利用合金化方法在中頻感應(yīng)爐內(nèi)冶煉，采用氮氣保護，將成份配比合格的熔融合金液用氮氣霧化冷卻制粉，冷卻速度要大于600℃/秒，霧化粉末經(jīng)篩選顆粒度為-150目，合金粉末要嚴格控制碳和氧等有害元素的含量，燒結(jié)過程中應(yīng)確保氣氛露點溫度在-40℃以下。
本發(fā)明提供的耐蝕合金涂層所用的超合金粉末是合金狀態(tài)的粉末，而不是單質(zhì)元素的混合粉末，經(jīng)重熔燒結(jié)以后形成一層光亮致密而且很薄的合金層，其組織是以磷的共晶組織為主體熔點低于1000℃，該合金組織有利于降低合金粉末的熔點和燒結(jié)溫度，提高熱潤濕性以及燒結(jié)過程中減少工件的變形量。
本發(fā)明提供制造耐蝕涂層的方法包括以下五個步驟1.在金屬構(gòu)件表面除油除銹，2.在清潔的金屬構(gòu)件表面上先涂覆一層粘結(jié)劑，而后涂覆合金粉末，合金粉末的重量組成為磷8-15％，銅1.5-5％，鉻6-15％，鉬≤1％，硼≤1％，鐵≤2％，硅≤1％，余下部分為鎳，3.在溫度為20-150℃條件下固化烘干，4.在燒結(jié)爐膛內(nèi)燒結(jié)溫度為1030-1100℃，并通有還原性保護氣氛，燒結(jié)時間為20-30分鐘，保護氣氛露點溫度不高于-40℃，5.金屬構(gòu)件出爐溫度不高于300℃。
金屬構(gòu)件在燒結(jié)爐內(nèi)采用還原性氣氛保護，例如用NH3分解保護氣氛進行高溫燒結(jié)，經(jīng)燒結(jié)的金屬構(gòu)件表面就形成一層25-35μm光亮、致密，而又耐很強的低溫硫酸露點腐蝕的合金涂層。
與本發(fā)明相配套的粘結(jié)劑是由重量組成為≤2％酚醛樹脂，≤5％異丙醇，6-15％聚乙烯醇縮丁醛，余下的為乙醇，經(jīng)過充分攪拌而制備的。
本發(fā)明達到的效果是解決了金屬構(gòu)件在很強的低溫硫酸露點腐蝕環(huán)境的腐蝕問題，工業(yè)加熱爐和鍋爐的熱量回收系統(tǒng)以及環(huán)保系統(tǒng)中的設(shè)備與構(gòu)件的表面采用本發(fā)明的耐蝕合金涂層就能達到抵抗很強的低溫硫酸露點腐蝕的目的，金屬構(gòu)件表面采用本發(fā)明制造的燒結(jié)耐蝕合金涂層，在各種條件下的耐硫酸露點腐蝕性能有顯著提高如表-1為部分試樣浸泡腐蝕對比試驗數(shù)據(jù)，表-2為模擬試驗臺架腐蝕試驗結(jié)果，表-3為現(xiàn)場裝置中試對比試驗結(jié)果。
實施例1基體材料采用20#鋼管，其外壁螺旋纏繞上20#鋼翅片，翅片形狀是直翅片或L型翅片，將纏繞好的翅片兩端與基體鋼管外壁表面點焊固定，然后對整個翅片管按如下步驟進行耐蝕合金涂層的燒結(jié)處理1.對整個翅片管進行除油除銹處理，2.在經(jīng)除油除銹的清潔翅片管上涂覆一層粘結(jié)劑，粘結(jié)劑是由重量組成88％乙醇，1.0％酚醛樹脂，5.0％異丙醇和6.0％聚乙烯醇縮丁醛混合攪拌而制得的，而后涂覆由重量組成為8％磷，1.5％銅，0.2％鐵，6％鉻，余下部分是鎳合金粉末，其顆粒度為-150目，3.在溫度為150℃固化烘干，4.將涂覆固化好的翅片管置入燒結(jié)爐內(nèi)，并通入NH3分解保護氣氛，氣氛露點溫度控制在-40℃以下，爐膛燒結(jié)溫度控制為1040℃，燒結(jié)時間為30分鐘，5.翅片管出爐溫度為250℃。
經(jīng)以上步驟在翅片管外表面就燒結(jié)形成一層光亮、致密、而又耐很強的低溫硫酸露點腐蝕的合金涂層，涂層厚度約為35μm，并且本發(fā)明的優(yōu)越性是將纏繞式翅片管的翅片釬焊和整個翅片管的外表面合金燒結(jié)涂層的制備，在燒結(jié)過程中只需一道工序就能全部完成。
實施例2基體材料選用A3鋼管耐蝕合金涂層的燒結(jié)按以下步驟進行1.對A3鋼管表面除油除銹，2.在經(jīng)除油除銹的清潔A3鋼管表面上先涂覆粘結(jié)劑，粘結(jié)劑是由重量組成85.5％乙醇，1.5％酚醛樹脂，2.5％異丙醇和10.5％聚乙烯醇縮丁醛混合攪拌而制得的，涂覆粘結(jié)劑后馬上涂覆合金粉末，合金粉末重量組成為磷11.5％，銅3％，鉻11％，鐵1％，硼0.3％，鉬0.2％，硅0.3％，余下部分是鎳，合金粉末的顆粒度為-150目，3.涂覆合金粉末后馬上在溫度為100℃的條件下固化烘干，4.將涂覆烘干后的A3鋼管在燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1100℃，爐膛內(nèi)通入NH3分解氣體保護氣氛，氣氛露點溫度不高于-40℃，燒結(jié)時間為20分鐘，
5.構(gòu)件出爐溫度為250℃，在出爐的A3鋼管外表面就燒結(jié)形成一層光亮、致密而又耐很強低溫硫酸露點腐蝕的合金涂層，涂層厚度為30μm左右。
實施例3選20#鋼管為基體材料，耐蝕合金涂層的燒結(jié)按以下步驟進行1.鋼管外表面除油除銹，2.在經(jīng)除油除銹的清潔20#鋼管外表面上先涂覆粘結(jié)劑，粘結(jié)劑重量組成是85％乙醇，0.5％酚醛樹脂，0.5％異丙醇和14％聚乙烯醇縮丁醛，經(jīng)涂覆粘結(jié)劑的20#鋼管馬上涂覆合金粉末，合金粉末的重量組成為磷13％，銅4％，鐵2％，鉻14％，硼0.5％，硅0.5％，鉬0.5％，余下部分為鎳，合金粉末顆粒度為-150目，3.經(jīng)涂覆合金粉末后馬上在30℃下固化烘干，4.固化烘干后的20#鋼管置于燒結(jié)爐內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制為1070℃，爐膛內(nèi)通入NH3分解保護氣氛，氣氛露點溫度控制在-40℃以下，燒結(jié)時間為25分鐘，5.工件出爐溫度為300℃，出爐后的20#鋼管外表面就燒結(jié)而形成一層光亮、致密而又耐很強低溫硫酸露點腐蝕的合金涂層，涂層厚度為3μm左右。
浸泡腐蝕對比試驗結(jié)果 表-1
<p>模擬試驗臺架腐蝕試驗結(jié)果表-2
現(xiàn)場裝置中試對比試驗結(jié)果 表-權(quán)利要求
1.一種耐蝕涂層用的超合金粉末，其特征在于合金粉末是以磷的共晶組織為主體的合金狀態(tài)粉末，其重量組成為磷8-15％，銅1.5-5％，鉻6-15％，余下部分為鎳，合金粉末的顆粒度為-150目。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超合金粉末，其中還包括重量組成含有少于或等于1％的鉬，少于或等于2％的鐵，少于或等于1％的硅，以及小于或等于1％的硼。
3.一種制造耐蝕合金涂層的方法，其特征在于(1)在金屬構(gòu)件表面除油除銹，(2)在清潔的金屬構(gòu)件表面上先涂覆一層粘結(jié)劑，而后涂覆合金粉末，該粉末是以磷的共晶組織為主體的合金狀態(tài)粉末，重量組成為磷8-15％，銅1.5-5％，鉻6-15％和少于或等于1％鉬，少于或等于2％鐵，少于或等于1％硅，少于或等于1％的硼，余下部分為鎳，(3)在溫度為20-150℃條件下固化烘干，(4)在燒結(jié)爐膛內(nèi)燒結(jié)溫度為1030-1100℃，并通有還原性保護氣氛，燒結(jié)時間20-30分鐘，保護氣氛露點溫度不高于-40℃，(5)金屬構(gòu)件出爐溫度不高于300℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于其中所述的還原性保護氣氛為NH3分解氣氛。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于其中所述的粘結(jié)劑是由重量組成為6-15％聚乙烯醇縮丁醛，≤2％酚醛樹脂，≤5％異丙醇，余下的為乙醇，經(jīng)過充分攪拌而制備的。
全文摘要
一種耐蝕超合金粉末，其特征在于合金粉末是以磷的共晶組織為主體的合金狀態(tài)粉末，最大的特點是耐蝕，其重量組成如下磷8到15％，銅1.5到5％，鉻6到15％，余下部分為鎳，其顆粒度為-150目和熔點不高于1000℃，在金屬基體表面上先涂覆粘結(jié)劑，然后涂覆合金粉末，在溫度為20-150℃固化烘干，在燒結(jié)爐內(nèi)溫度為1030-1100℃，并通有還原性保護氣氛，燒結(jié)時間為20-30分鐘，保護氣氛露點溫度不高于-40℃，金屬構(gòu)件出爐溫度不高于300℃，經(jīng)燒結(jié)的金屬構(gòu)件表面就形成一層厚度為25-35μm的光亮，致密而又能經(jīng)受很強的低溫硫酸露點腐蝕的合金涂層。
文檔編號C23C24/00GK1138072SQ9510634
公開日1996年12月18日 申請日期1995年6月13日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月13日
發(fā)明者崔思賢, 王維宗, 陳旭霞, 梁潔 申請人:中國石油化工總公司, 中國石化洛陽石油化工工程公司