專利名稱：高溫合金的抗腐蝕強(qiáng)度的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種保護(hù)含鐵、鎳和鉻的高溫合金不受由滲碳或金屬粉塵引起的高溫腐蝕的方法。
在許多工業(yè)方法中一個主要的問題是一般用作結(jié)構(gòu)材料的高溫合金當(dāng)暴露在高溫下易受氧化或滲碳或金屬粉塵的腐蝕變成具有高碳的氣體。在石油化學(xué)工業(yè)可觀察到滲碳現(xiàn)象，其中在熱解熔爐內(nèi)在溫度高達(dá)1100℃下在烴蒸汽混合物內(nèi)通過烴熱裂解產(chǎn)生乙烯。在此裂解過程中，在裂解管的內(nèi)壁上發(fā)生焦沉積。在蒸汽重整爐內(nèi)，使天然氣或其它烴類氣體通過在鎳催化劑上的催化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CO和H2。在過熱或過量碳活化之后可觀察到管壁的滲碳現(xiàn)象。在用于鋼的熱處理或滲碳作用的工業(yè)熔爐內(nèi)，爐柵和熔爐壁上也出現(xiàn)滲碳。用CO2冷卻的核反應(yīng)器的組分可由CO2引起滲碳，和用氦冷卻的反應(yīng)器的熱交換器可由氦中所含的雜質(zhì)如CO和CH4引起滲碳。在煤氣化反應(yīng)中和在廢物焚燒廠內(nèi)，可能引起滲碳反應(yīng)，但是由氯引起的硫化反應(yīng)和腐蝕更為嚴(yán)峻。蒸汽重整爐的下游，回收熱的裝置易受稱之為‘金屬粉塵’的腐蝕。這使含鐵、鎳和鈷的合金遭受摧毀性的滲碳過程，導(dǎo)致合金分解成由碳、碳化物、金屬和氧化物的顆粒組成的‘粉塵’。結(jié)果導(dǎo)致合金表面的磨損。與上述滲碳作用相反，在溫度低至約450℃時出現(xiàn)金屬粉塵。大量研究的結(jié)果證明所有高溫合金都易于出現(xiàn)金屬粉塵。已顯示出氣體中添加H2S可防止?jié)B碳作用和金屬粉塵。然而，由于人們不期望的效果，例如催化劑中毒，在許多情況下不能使用。通常合適的用于保護(hù)這種合金不受高溫腐蝕的有效裝置現(xiàn)在仍未加以改進(jìn)。
通常保護(hù)高溫合金不受腐蝕是依靠外層形成的氧化鉻。然而，在大多數(shù)實(shí)際情況下，這種氧化物層不具有長期保護(hù)的能力，這是因為氧化物層易于形成裂縫和由于與下層合金粘合的缺乏可發(fā)生剝落。當(dāng)采用可保護(hù)的混合氧化物層來涂覆合金表面以進(jìn)行相似的保護(hù)時，風(fēng)險同樣存在。
本發(fā)明的方法不存在這種風(fēng)險，這是因為它不需要生成與合金的熱性能和機(jī)械性能大不相同的表面氧化物層。
按照本發(fā)明，提供一種保護(hù)由含鐵、鎳和鉻的高溫合金制成的工廠部件和組件，例如容器、管、套筒等不受滲碳或金屬粉塵腐蝕的方法。該方法包括(a)清洗合金表面，(b)在表面上況積貴金屬或第Ⅳ主族元素(例如Sn和Pb)或第Ⅴ主族元素(Sb和Bi)的薄層，和(c)在惰性氣氛下加熱表面到預(yù)定溫度范圍的時間以在需保護(hù)的表面內(nèi)外均勻分布貴金屬。
可通過包括物理或化學(xué)蒸汽沉積或浸漬、噴霧或電鍍的常規(guī)方法沉積上述金屬。
實(shí)施例如下實(shí)施例旨在詳細(xì)描述制備和使用上述發(fā)明的方式。
使用直徑約為18mm和厚度為6mm，由具有如下成份(重量％)的合金800H制成的作為實(shí)驗樣品的圓盤進(jìn)行大量的金屬粉塵腐蝕實(shí)驗0.05-0.1C，至多1.0Si，至多1.5Mn，至多0.015S,30.0-35.0Ni,20.0Cr,45Fe,0.15-0.6Ti,0.15-0.6Al，至多0.75Cu。
實(shí)施例1在如下條件下測試用于金屬粉塵腐蝕的實(shí)驗樣品氣體壓力34巴氣體組分49.3％H2,15.6％ CO,5.6％CO2,29.5％H2O氣體的速度最大10m/s樣品的溫度650℃持續(xù)時間200h在不經(jīng)表面處理之后和在許多不同的包括拋光和清潔表面的常規(guī)預(yù)處理、機(jī)械處理和表面的氧化之后進(jìn)行實(shí)驗。所使用的機(jī)械處理方法是噴沙法和噴射硬化。在所有這些情況下，實(shí)驗之后可觀察到嚴(yán)重的金屬粉塵侵害，即形成碳、銹斑和材料的損失。然而，當(dāng)按照本發(fā)明預(yù)先處理實(shí)驗樣品時，在上述金屬粉塵腐蝕實(shí)驗之后在預(yù)處理的表面上沒有看見腐蝕的跡象。
使用如下預(yù)處理方式拋光和清潔表面。采用物理蒸氣噴鍍法使大約1μm厚的金層沉積在需保護(hù)的表面上。最終，使樣品在氦氣流中在900℃下保持30分鐘。
實(shí)施例2在如下條件下測試具有上述成分的800H合金實(shí)驗樣品氣體壓力34巴氣體組分39.4％H2,37.2％CO,1.7％CO2,21.7％H2O
氣體的速度最大10m/s樣品的溫度653℃持續(xù)時間100h在實(shí)驗之前采用如下預(yù)處理方式拋光和清潔表面。采用電化學(xué)法在表面上沉積大約3μm厚的錫層。使樣品在氦氣流中在800℃下保持30分鐘。
在金屬粉塵腐蝕實(shí)驗之后沒有在預(yù)處理的表面上看到腐蝕的跡象。
權(quán)利要求
1．一種增強(qiáng)含有鐵、鎳和鉻的高溫合金抵抗由滲碳或金屬粉塵引起的高溫腐蝕的保護(hù)方法，包括(a)在需保護(hù)表面上沉積厚度在0.01至10μm范圍內(nèi)的選自一種或幾種貴金屬、元素周期表中第Ⅳ主族和第Ⅴ主族的元素和它們的混合物的金屬薄層。(b)在惰性氣氛中在預(yù)定溫度下和足夠時間內(nèi)退火處理的表面。
2．按照權(quán)利要求1的金屬，其中第Ⅳ主族的金屬是Sn和/或Pb。
3．按照權(quán)利要求1的金屬，其中第Ⅴ主族的金屬是Sb和/或Bi。
全文摘要
一種增強(qiáng)含有鐵、鎳和鉻的高溫合金抵抗由滲碳或金屬粉塵引起的高溫腐蝕的保護(hù)方法,包括:(a)在需保護(hù)表面上沉積厚度在0.01至10μm范圍內(nèi)的選自一種或幾種貴金屬、元素周期表中第Ⅳ主族和第Ⅴ主族的元素和它們的混合物的金屬薄層。(b)在惰性氣氛中在預(yù)定溫度下和足夠時間內(nèi)退火處理的表面。
文檔編號C23C26/00GK1219607SQ9812061
公開日1999年6月16日 申請日期1998年9月18日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月19日
發(fā)明者I·阿爾斯特魯普, I·喬爾肯多爾夫 申請人:赫多特普索化工設(shè)備公司