一种耐高温氧化和抗硫、氯腐蚀的合金涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种耐高温氧化和抗硫、氯腐蚀的合金涂层及其制备方法，所述合金涂层的成分是CoNiMoCrAlSiY，其中，Ni：25 wt%～35 wt%，Mo：10 wt%～30 wt%，Cr：15 wt%～25 wt%，Al：3wt%～9 wt%，Si：1 wt%～4 wt%，Y：0.1 wt%～0.5 wt%，Co：余量。

An alloy coating with high temperature resistance, oxidation resistance, sulfur resistance and chlorine corrosion and its preparation method

The present invention relates to an alloy coating resistant to high temperature oxidation, sulfur and chlorine corrosion and its preparation method. The alloy coating is composed of CoNiMoCrAlSiY, in which Ni: 25 wt%~35 wt%, Mo: 10 wt%~30 wt%, Cr: 15 wt%~25 wt%, Al: 3wt%~9 wt%, Si: 1 wt%~4 wt%, Y: 0.1 wt%~0.5 wt%, Co: Remainder.

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温氧化和抗硫、氯腐蚀的合金涂层及其制备方法
本专利技术涉及一种耐高温氧化和抗硫、氯腐蚀的合金涂层及其制备方法，属于热喷涂合金涂层

技术介绍
焦炉是能量转换装置中效率较高的热工炉窑，焦炉热量的散失由4部分组成：红焦带出热约占焦炉热损失的37％，已通过干熄焦技术得以回收利用；焦炉烟道废气带出的热约占17％，通过煤调湿或热管技术已回收利用；炉体表面热损失约占10％，通过炉体保温来减少；只有带出约占36％热损失的荒煤气(未经净化处理的煤气)，其余热尚未完全实现回收。荒煤气是煤炼焦过程中产生的气体，伴随着炼焦过程的进行从炭化室经上升管流出。荒煤气的余热回收对节能减排意义重大，是焦化厂提高资源利用率的有效途径之一，也是改善环境，建设绿色焦化厂的需要。上升管内壁材料的耐温、抗蚀性能是荒煤气余热回收的技术瓶颈之一。内壁直接与高温(650℃～850℃)荒煤气接触，而荒煤气中含有氧气、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、氮氧化物、氢气、甲烷、水汽、氯化氢及芳香烃类化合物等，普通碳钢在此温度及环境下，高温烧蚀严重，无法满足工况要求。若提高内筒材质，则只有采用耐高温腐蚀的特殊合金钢，如哈氏120级别以上钢材，但其价格就急剧上升。上升管与碳化室相连通，一旦上升管因局部热应力集中，导致内壁破裂，造成换热介质泄露，很容易进入碳化室，直接影响炼焦工艺，严重时还会造成生产事故。另外，焦炉运行一定时间后会在上升管道内壁上会出现结焦现象(煤焦油和石墨附着聚集)。结焦增加荒煤气在管道内的运动阻力，严重时会堵塞气道无法抽吸荒煤气。在工程结构材料基体表面制备涂层，可以赋予工程材料基体各种功能表面。热喷涂技术以其喷涂材料适用范围广泛、适合内孔喷涂、涂层厚度可控且范围宽(几微米至几毫米)、工艺稳定性好、涂层质量可靠等优势成为制备涂层的有效工艺方法，并已在航天、航空、汽车、机械、能源、冶金、石化、船舶等方面获得了广泛的应用。热喷涂是节约贵重材料、节约能源、提高产品质量、延长产品使用寿命、降低成本、提高功效的重要手段。上升管内壁涂层必需具备耐高温氧化和抗腐蚀的特性才能适应其复杂的工况环境要求。另外，涂层还应具有高导热特性，以最高限度地回收荒煤气的余热，将余热资源回收再利用。目前有研究者在上升管内壁表面设计制备了陶瓷(釉)涂层，以提高内壁的耐高温、抗腐蚀性能。但陶瓷材料与上升管金属基材热膨胀系数相差较大，在升降温过程中易在接触界面产生应力，不利于两者结合。而采用NiAl、NiCr、CoNiCrAlY等合金涂层也难以达到满意的耐高温氧化和抗腐蚀效果。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种合金涂层，其具有良好的导热、耐高温氧化和抗腐蚀性能，并且与金属基材具有较高的结合强度，能够有效提高荒煤气显热回收工程用上升管的服役寿命。本专利技术的另一目的在于提供一种耐高温氧化和抗腐蚀的合金涂层的制备方法。第一方面，本专利技术提供一种耐高温氧化和抗硫、氯腐蚀的合金涂层，其特征在于，所述合金涂层的成分是CoNiMoCrAlSiY，其中，Ni：25wt％～35wt％，Mo：10wt％～30wt％，Cr：15wt％～25wt％，Al：3wt％～9wt％，Si：1wt％～4wt％，Y：0.1wt％～0.5wt％，Co：余量。根据本专利技术，在CoNiCrAlY合金涂层中引入Si可以促使涂层中玻璃相的形成，从而增大涂层的致密度，阻挡腐蚀介质的渗入。Mo能够进一步提高合金涂层的耐高温氧化性能和抗腐蚀性能。此外，Si、Mo还有助于提高涂层的结合性能和抗结焦性能。因此，本专利技术的合金涂层具有独特的耐高温、抗氧化、抗腐蚀和高导热的能力，且与基材结合强度高，例如可为40MPa以上。本专利技术的合金涂层尤其适合喷涂在荒煤气显热回收工程用上升管内壁上，有效提高上升管的服役寿命。较佳地，所述合金涂层含有：Ni：25wt％～30wt％，Mo：10wt％～25wt％，Cr：15wt％～20wt％，Al：5wt％～8wt％，Si：2wt％～4wt％，Y：0.3wt％～0.5wt％，Co：余量。较佳地，所述合金涂层厚度为50～350μm。第二方面，本专利技术提供上述任一合金涂层的制备方法，采用热喷涂技术，在基材表面喷涂CoNiMoCrAlSiY合金涂层。根据该制备方法，可以得到熔融效果好、与基材结合强度高的CoNiMoCrAlSiY合金涂层。较佳地，所述热喷涂技术为大气等离子体喷涂技术。较佳地，所述大气等离子体喷涂技术的工艺参数包括：等离子气体氩气流量为30～60slpm，等离子气体氢气流量为4～10slpm，喷涂电流为300～600A，电压为30～75V，送粉载气氩气流量为3～4slpm，送粉速率为30～60g/min。所述基材可为金属基材，优选为焦炉的上升管内壁。附图说明图1为实施例1中涂层试样数码照片和截面SEM图片。图2为实施例2中热震后涂层试样数码照片和截面SEM图片。图3为实施例3中服役后涂层试样截面SEM图片。图4为对比例1中涂层试样数码照片。图5为对比例2中涂层试样数码照片。图6为对比例6中涂层试样截面SEM图片。具体实施方式以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图和下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。在此公开一种合金涂层，所述合金涂层的成分是CoNiMoCrAlSiY。该合金涂层含有Si，可以促使涂层中玻璃相的形成，从而增大涂层的致密度，阻挡腐蚀介质的渗入，并提高涂层的结合性能。此外，Si在工作过程中生成的二氧化硅可极大的限制金属元素的外扩散及氧与碳原子的内扩散，是抑制催化结焦效果最理想的材料之一。所以，Si有助于提高涂层的抗结焦性能。一些实施方式中，合金涂层内Si的含量可为1wt％～4wt％。如果Si的含量小于1wt％，则难以起到明显作用；如果Si的含量大于4wt％，则易导致涂层脆性过大。更优选的实施方式中，Si的含量可为2wt％～4wt％，在该范围内可以获得综合性能较佳的涂层。该合金涂层含有Mo，Mo通过提高扩散激活能，降低合金中的扩散，从而增强原子间结合力，提高合金的硬度和高温强度，Mo还能够促使涂层中Laves相的形成，从而进一步提高合金涂层的耐高温氧化性能和抗腐蚀性能。此外，Mo能够覆盖金属管表面催化活性中心进而降低运行过程中出现的表面碳层附着，从而还有助于提高涂层的抗结焦性能。一些实施方式中，合金涂层中Mo的含量可为10wt％～30wt％。如果Mo的含量小于10wt％，则影响Laves相的形成，并且难以覆盖金属管表面催化活性中心，导致涂层耐高温氧化、抗腐蚀和抗结焦性能的下降；如果Mo的含量大于30wt％，则影响涂层力学性能，造成涂层蠕变性能降低。更优选的实施方式中，Mo的含量可为10wt％～25wt％，在该范围内可使合金的高温抗蚀性、持久高温强度和塑性达到良好配合。一些实施方式中，合金涂层中的Ni含量为25wt％～35wt％。在该含量范围内可以获得组织稳定性和高温性能较好的合金涂层。更优选的实施方式中，Ni含量为25wt％～30wt％。一些实施方式中，合金涂层中的Cr含量为15wt％～25wt％。在该含量范围内可以获得力学和耐腐蚀综合性能优越的合金涂层。过低的Cr会导致合金涂层的抗氧化和抗腐蚀性能大大减弱，而过高的Cr添加又会强烈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高温氧化和抗硫、氯腐蚀的合金涂层，其特征在于，所述合金涂层的成分是CoNiMoCrAlSiY，其中，Ni：25 wt%～35 wt%，Mo：10 wt%～30 wt%，Cr：15 wt%～25 wt%，Al：3wt%～9 wt%，Si：1 wt%～4 wt%，Y：0.1 wt%～0.5 wt%，Co：余量。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温氧化和抗硫、氯腐蚀的合金涂层，其特征在于，所述合金涂层的成分是CoNiMoCrAlSiY，其中，Ni：25wt%～35wt%，Mo：10wt%～30wt%，Cr：15wt%～25wt%，Al：3wt%～9wt%，Si：1wt%～4wt%，Y：0.1wt%～0.5wt%，Co：余量。2.根据权利要求1所述的合金涂层，其特征在于，所述合金涂层含有：Ni：25wt%～30wt%，Mo：10wt%～25wt%，Cr：15wt%～20wt%，Al：5wt%～8wt%，Si：2wt%～4wt%，Y：0.3wt%～0.5wt%，Co：余量。3.根据权利要求1所述的合金涂层，其特征在于，所述合金涂层厚度为50～350μm。4.一种权...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵芳，赵华玉，倪金星，陶顺衍，庄寅，杨加胜，钟兴华，杨凯，盛靖，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31