CN101497977A - 一种高铬铝型高耐磨电弧喷涂粉芯丝材 - Google Patents
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Abstract
一种高硬度高耐磨金属复合电弧喷涂粉芯丝材，属于一种金属材料表面防护用抗耐磨电弧喷涂粉芯丝材。本发明属于材料加工工程中的热喷涂领域，主要用于电厂锅炉受热面防蚀耐磨，成本低。本发明的抗高硬度高耐磨电弧喷涂粉芯丝材，其特征在于，所属的粉芯成分质量百分含量范围如下：金属铬：28～30％；金属铝：5.0～10％；硅：0.5－1.5％；碳：1.0～3.0％；稀土：0.5～2.0％；余量：金属铁。用该发明制备出的金属复合涂层中含有致密的氧化铬膜。具有良好的抗高温氧化及耐蚀和耐磨损性能，导热性好、结合强度高、工作温度可达870℃，显微硬度范围为：HV0.1500－550，结合强度＞50MPa。其制备方法采用现有技术：将低碳冷轧钢带先轧成U形，再向U型槽中加入占喷涂丝总重的30－40％的粉芯粉末；将U型槽合口，使粉芯包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减轻，直径达到3.0mm。经过本产品制备的电弧喷涂涂层抗高温氧化性能好，硬度高，可以满足锅炉运行的工矿要求。
Description
技术领域
一种高硬度高耐磨金属复合电弧喷涂粉芯丝材，属于一种金属材料表面防护用抗耐磨电弧喷涂粉芯丝材。本发明属于材料加工工程中的热喷涂领域，主要用于电厂锅炉受热面防蚀耐磨，成本低。
背景技术
热能和石化工业的许多设备系统运行时，其内部由于有高温气流的存在，使设备内不仅含有大量的H2S、SO2等腐蚀介质，而且气流中还携带大量的细微颗粒(如催化剂、煤粉等)。这类腐蚀气体和颗粒的混合物在高温下以很高的速度通过设备系统时，会对许多零部件产生严重的冲蚀磨损。
在热能发电工程中，锅炉水冷壁管高温腐蚀和磨损一直是电力系统普遍存在的严重问题，直接危害有2个方面：
(1)使管壁减薄，据统计一般每年减薄量约为1mm，严重的可达5～6mm/a，形成安全运行的严重隐患，增加了电厂的临时性检查和大修工作量，给电厂造成很大的经济损失。
(2)发生水冷壁突发性爆管事故，造成紧急停炉抢修，不仅打乱了电厂的正常发电秩序，减少发电产值，而且增加了工人劳动强度和额外的检修费用，直接影响企业效益，同时也干扰了地区电网的正常调度，影响当地工农业生产，由此也造成了很大的社会影响。锅炉运行过程中，由于燃烧煤中硫及其它有害杂质的存在，在高温下对水冷壁构成腐蚀。这种现象在各个燃煤锅炉中普遍存在，只是程度不同而已。宜宾发电总厂豆坝电厂，由于其燃煤含硫量大，水冷壁遭受的高温腐蚀特别严重，由此带来的爆管、换管损失惨重。因此，需要寻求一种提高水冷壁减磨抗蚀的技术方法，以延长水冷壁的使用寿命。
Fe-Al复合金属是一种具有间化合物性质的材料。这类材料的比重小、比强度高、耐磨性能、抗高温氧化和耐腐蚀性能好，由于这种材料的主要原材料是铁和铝两种工业中常用的基本工业元素技术，故其成本低廉，非常适合工程应用，因此作为未来的高温结构材料具有一系列潜在的性能优势。
80年代中期以来，国内外材料科学工作者先后采用合金化、热机械处理和表面处理技术，成功地改善了Fe-Al复合金属的室温塑性，从而大大推动了其实用化进程。除此之外，在Fe-Al合金中添加金属铬，还可以在原有复合金属的基础上增强材料的耐磨耐腐蚀性能，使材料更加适应锅炉水冷壁等一系列工业用设备的工作环境，减轻工业维修负担，提高工程效率。
发明内容
本发明所要解决的问题是：用本发明制备的电弧喷涂涂层耐磨损、抗高温氧化、抗腐蚀性能与未喷涂本产品的管壁表面相比，其性能有明显提高，解决电厂锅炉受热面高温氧化腐蚀和颗粒冲蚀磨损问题，确保炼电厂锅炉的安全运行。
本发明所提供的耐磨损、抗高温氧化电弧喷涂粉芯丝材，其特征在于，所述的粉芯丝材外皮为低碳冷轧钢带，所述的粉芯丝材药粉成分质量百分含量范围如下：
金属铬：28～30％；金属铝：5.0～10％；硅：0.5-1.5％；碳：1.0～3.0％；稀土：0.5～2.0％；余量：金属铁。
其中各组分作用如下：
金属铬：增加涂层的耐蚀性，生成Cr2O3保护涂层，Cr2O3的生成既能降低盐中的活度，抑制氧化镍碱性熔融，又不致于发生酸性熔融。
金属铝：具有很好的耐腐蚀性能，同时可以提高涂层的硬度和耐磨损性能，同时可以和金属铁形成金属间化合物，起到固熔强化的作用。
硅：高温条件下生成SiO2，脱氧作用，有效避免氧的侵入。
碳：与其他金属形成碳化物，提高涂层的硬度和耐磨性能。
稀土：可以提高涂层的耐磨、耐腐蚀、抗氧化性能和热振性能。
金属铁：可以作为塑性相起粘结硬质相的作用，同时也可以和其他金属形成金属间化合物起到强化涂层的作用。
本发明的制备方法采用现有技术，包括以下步骤：
1、将低碳冷轧钢带轧成U形，再向U形槽中加入占本发明喷涂丝总重的39～45％的本发明粉芯粉末；
2、将U形槽合口，使粉芯包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到3.0mm得到最终产品。
使用本发明在经过喷砂粗化后的金属基体上按照现有技术中的电弧喷涂时的工艺参数进行喷涂，制备得到的电弧喷涂涂层具有良好的抗高温氧化、抗高温腐蚀-磨蚀性能。采用电弧喷涂技术在锅炉受热面腐蚀磨损严重的地方喷涂本发明制备的涂层，运行一年停炉小修，管道无损伤，解决了工程使用中高温氧化腐蚀和颗粒冲击磨损的问题。
附图说明
图1：药芯焊丝成形工艺示意图。
图2：喷涂层抗高温氧化性能
具体实施方式
所有实施例喷涂丝材采用粉芯丝材成型机制备：
1.选用10×0.3mm(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的低碳冷轧钢带。先将其轧成U形。取金属铬粉末280克、金属铝粉末50克、硅5克、碳10克、稀土5克、金属铁650克。将所取各种粉末放入混粉机内混合10分钟，然后将混合粉末加入U形的低碳冷轧钢带槽中，填充率为30％。将U形槽合口，使药粉包裹其中，再经过拉丝模逐渐减径使其直径达到3.0mm。在经过喷砂粗化后的金属基体上制备电弧喷涂涂层，喷涂电流150～180A、喷涂电压30～32V、喷涂气压0.55MP、喷涂距离150mm。喷涂层抗高温氧化性见图2、显微硬度相对耐磨性见表1。
2.选用10×0.3mm(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的低碳冷轧钢带。先将其轧成U形。取金属铬粉末290克、金属铝粉末60克、硅10克、碳20克、稀土10克、金属铁610克。将所取各种粉末放入混粉机内混合10分钟，然后将混合粉末加入U形的低碳冷轧钢带槽中，填充率为35％。将U形槽合口，使药粉包裹其中，再经过拉丝模逐渐减径使其直径达到3.0mm。在经过喷砂粗化后的金属基体上制备电弧喷涂涂层，喷涂电流150～180A、喷涂电压30～32V、喷涂气压0.6MP、喷涂距离100mm。喷涂层抗高温氧化性见图2、显微硬度相对耐磨性见表1。
3.选用10×0.3mm(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的低碳冷轧钢带。先将其轧成U形。取金属铬粉末290克、金属铝粉末70克、硅15克、碳20克、稀土15克、金属铁590克。将所取各种粉末放入混粉机内混合10分钟，然后将混合粉末加入U形的低碳冷轧钢带槽中，填充率为40％。将U形槽合口，使药粉包裹其中，再经过拉丝模逐渐减径使其直径达到3.0mm。在经过喷砂粗化后的金属基体上制备电弧喷涂涂层，喷涂电流150～180A、喷涂电压30～32V、喷涂气压0.55MP、喷涂距离200mm。喷涂层抗高温氧化性见图2、显微硬度相对耐磨性见表1。
4.选用10×0.3mm(宽度为10mm，厚度为0.3mm)的低碳冷轧钢带。先将其轧成U形。取金属铬粉末300克、金属铝粉末80克、硅10克、碳25克、稀土15克、金属铁570克。将所取各种粉末放入混粉机内混合10分钟，然后将混合粉末加入U形的低碳冷轧钢带槽中，填充率为40％。将U形槽合口，使药粉包裹其中，再经过拉丝模逐渐减径使其直径达到3.0mm。在经过喷砂粗化后的金属基体上制备电弧喷涂涂层，喷涂电流150～180A、喷涂电压30～32V、喷涂气压0.6MP、喷涂距离200mm。喷涂层抗高温氧化性见图2、显微硬度相对耐磨性见表1。
表1所打硬度均采用HXD—1000数字式显微硬度计，载荷为100g，加载时间15s，对喷涂层取十点打硬度，最后得到该涂层的平均显微硬度值。
冲蚀实验采用试制的常温冲蚀实验机进行，每个实施例的试样尺寸为57×57×6mm，实验采用压缩空气作加速气体。喷嘴直径为10mm，喷嘴口到试样表面中心的距离为100mm。压缩空气压力为0.6MPa，流量为800～850g/min，冲蚀时间为6min。16目的棕刚玉砂为冲蚀磨料，冲蚀角度可在30°到90°间变化，涂层的冲蚀磨损性能用冲蚀率来表示。冲蚀率是指经单位磨料冲蚀后试样所损失的质量，实验时用Q235钢作为对比，对比件失重量与测量件失重量之比作为该复合涂层的相对耐磨性。相对耐冲蚀磨损性：
涂层抗高温氧化试验试样基体为Q235钢，尺寸为20mm×Φ10mm的圆柱形试样，先对试样的各个表面进行清洗和喷砂处理，然后进行喷涂，涂层厚度0.4～0.5mm。取一些坩埚在800℃退气处理后，将其和原始试件一起称重，记录该值。然后将坩埚和试件放置在锅炉内，在650℃加热400个小时，每搁一段时间将试样取出，冷却到室温之后测量记录下试样和坩锅的质量，并计算试样单位表面积的增重，质量测量采用的是北京塞多利斯仪器公司生产的BS224S电子天平，精确到0.0001g。
如表1与图1所示，所研制的电弧喷涂涂层抗高温氧化性能好，硬度高，可以满足转炉烟罩运行的工矿要求。
表1
| 涂层序号 | 硬度(HV0.1) | 相对耐磨性(ε) |
| 1 | 1655 | 5.3 |
| 2 | 1736 | 6.5 |
| 3 | 1778 | 7.2 |
| 4 | 1794 | 7.8 |
| Q235 | 230.5 | 1 |
Claims (1)
1、一种高硬度高耐磨金属复合电弧喷涂粉芯丝材，其特征在于，应用本产品所得到的涂层中含有致密的氧化铬膜，具有很好的抗腐蚀性能。所述的粉芯丝材外皮为低碳冷轧钢带钢带，所述的粉芯丝材药粉成分质量百分含量范围如下：
金属铬：28～30％；金属铝：5.0～10％；硅：0.5-1.5％；碳：1.0～3.0％；稀土：0.5～2.0％；余量：金属铁。
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2008
- 2008-01-31 CN CNA2008100066605A patent/CN101497977A/zh active Pending
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| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20090805 |