本发明专利技术涉及一种用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层及其制备方法。所述复合涂层包括SiC纤维增强镍基自熔合金底层和YSZ纤维增强金属陶瓷面层。该复合涂层是在底层和面层材料复合的基础上，通过添加适量的陶瓷纤维对涂层强度进行增强而形成，该复合涂层能够防止受热面高温腐蚀减薄甚至爆管，从而进一步提高服役寿命。
【技术实现步骤摘要】
用于锅炉用管受热面的纤维增强防爆管复合涂层及其制备
本专利技术属于热力管道防护
，涉及一种用于锅炉用管受热面的纤维增强防爆管复合涂层及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着国家循环经济重大方针政策的贯彻执行，我国垃圾焚烧发电进入快速发展轨道，垃圾焚烧发电装机规模、发电量井喷式高速发展，目前居世界第一。水冷壁是锅炉四管(水冷壁、过热器、再热器、省煤器)中最主要的受热管道，由管和鳍片焊成的气密式管排结构见图1，敷设在锅炉炉膛内壁组成的蒸发受热面(下文以水冷壁代表锅炉四管)。膜式水冷壁管排的作用是吸收炉膛中高温火焰或烟气的辐射热量，在管内产生热水及蒸汽用于发电，同时降低炉墙温度，保护炉墙。炉内火焰温度最高超过1000℃，超过50％的高温烟气热量由膜式水冷壁所吸收。近年来随着高参数垃圾电站的不断增加，锅炉水冷壁在恶劣的工作环境下，管道服役平均寿命仅1-3年，严重的甚至仅使用半年多就开始出现腐蚀减薄引起的爆管。虽然近年来陆续发展出多种涂层防护技术，管道寿命有所提高但仍不尽如人意，高温腐蚀造成的壁厚减薄直至爆管现象时有发生。2017江苏科环公司在国内率先采用火焰喷涂镍基自熔合金+高频感应重熔的复合方法在锅炉四管受热面表面制备涂层，几年来在锅炉高温(>500℃)腐蚀环境下应用效果较好。镍基自熔合金涂层具有优良的高温耐腐烛性，所以应用较广不仅涂层性能、服役寿命不低于国内应用较为普遍的堆焊，而且制备成本远低于堆焊，代表锅炉四管受热面表面高温防腐涂层的发展方向。水冷壁管排重熔过程如图2所示，重熔线圈外部结构为几根并排相连的四面均为平面，闭合矩形截面铜管所固连而成。重熔时线圈固定不动，管排在下传动链的牵引下，向前做进给运动。为了进一步解决锅炉四管受热面表面在超高温(>750℃)腐蚀防护问题，2019年江苏科环公司在上述方法制备防护层的基础上，进一步利用高频重熔与超音速等离子喷涂一体化技术制备复合涂层。基本原理是利用高频感应重熔过程中的宽频热区效应，即在管排刚移出高频线圈重熔区后但仍处于红热状态下，采用超音速等离子喷枪在重熔后的底层(厚约0.5mm)之上喷涂YSZ/NiCr-Cr3C2金属陶瓷材料制备面层(厚约0.2mm)。由于高频感应重熔的高温既能使涂层密度达到最高，又能使双界面间材料得以双向充分扩散，再加上超音速等离子喷涂的高冲击能量的辅助作用，从而实现了梯度涂层间的扩散型冶金结合。从试验结果来看，涂层的防腐蚀寿命有一定提高，效果较好，中温中压锅炉的防护寿命从3-5年提高到5年以上，但距离一些发达国家仍有一定的差距，还有提高的空间。
技术实现思路
针对上述锅炉四管受热面表面涂层耐超高温腐蚀防护有待于进一步提高寿命的问题，本专利技术提供了一种用于锅炉用管受热面的纤维增强防爆管复合涂层，该涂层在底层和面层材料复合的基础上，通过添加适量的陶瓷纤维对涂层强度进行增强而形成，该复合涂层能够防止受热面高温腐蚀减薄甚至爆管，从而进一步提高服役寿命。为此，本专利技术第一方面提供了一种用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层，其包括SiC纤维增强镍基自熔合金底层和YSZ纤维增强金属陶瓷面层。优选地，所述YSZ纤维增强金属陶瓷面层为YSZ纤维增强YSZ/NiCr-Cr3C2面层。根据本专利技术的一些实施方式，所述SiC纤维增强镍基自熔合金底层包含SiC纤维4-6wt％，镍基自熔合金94-96wt％。在本专利技术的一些实施例中，所述SiC纤维增强镍基自熔合金底层的厚度为0.5±0.1mm；优选地，所述SiC纤维长度为70-100μm。根据本专利技术的另一些实施方式，所述YSZ纤维增强YSZ/NiCr-Cr3C2面层包含YSZ纤维5-8wt％，YSZ/NiCr-Cr3C292-95wt％。在本专利技术的一些实施例中，所述YSZ纤维增强YSZ/NiCr-Cr3C2面层的厚度为0.2±0.1mm；优选地，所述YSZ纤维长度为70-100μm。本专利技术第二方面提供了如本专利技术第一方面所述的用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层的制备方法，其包括：步骤C，对锅炉用管受热面进行喷砂处理，除去受热面的灰尘、碎渣和砂粒，获得受热面粗糙化的锅炉用管；步骤D，采用氧乙炔火焰将SiC纤维-镍基自熔合金复合粉末喷涂在受热面粗糙化的锅炉用管的受热面形成SiC纤维-镍基自熔合金底层；步骤E，对锅炉用管的受热面的SiC纤维-镍基自熔合金底层进行高频重熔处理，获得SiC纤维增强镍基自熔合金底层；步骤F，在高频重熔线圈出口处，对仍处于红热状态的SiC纤维增强镍基自熔合金底层上表面，采用超音速等离子喷涂方法喷涂YSZ纤维-YSZ/NiCr-Cr3C2复合粉末，制备YSZ纤维增强金属陶瓷面层，在锅炉用管受热面获得用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层。根据本专利技术的一些实施例，所述SiC纤维-镍基自熔合金复合粉末由SiC纤维与镍基自熔合金粉末经过混合球磨后制得。优选地，所述SiC纤维-镍基自熔合金复合粉末的粒径为10-75μm。根据本专利技术的另一些实施例，所述YSZ纤维-YSZ/NiCr-Cr3C2复合粉末由YSZ纤维与YSZ/NiCr-Cr3C2粉末经过混合球磨后制得。优选地，所述YSZ纤维-YSZ/NiCr-Cr3C2复合粉末的粒径为10-75μm。在本专利技术的一些优选的实施方式中，在步骤F之后还包括步骤G，对用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层质量进行检测。本专利技术第三方面提供了一种受热面具有如本专利技术第一方面所述的用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层或如本专利技术第二方面所述的方法制备的用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层的锅炉用管。本专利技术的有益效果如下：(1)在镍基自熔合金即底层材料中添加适量的SiC纤维，主要考虑镍基自熔合金要经历火焰喷涂-高频重熔-超音速等离子喷涂等三次高温加热过程，对普通陶瓷纤维来说容易产生脆化倾向，而对碳纤维来说具有易被氧化的风险，相对而言只有SiC纤维最可靠。此外SiC纤维与金属相近的导热性和热膨胀系数的特性也与自熔合金比较容易融合。从爆管机理来看，由于管外壁高温腐蚀造成的腐蚀产物逐渐脱落造成壁厚减薄，最终局部承受不了管内蒸汽压力而爆裂。基于此，充分利用SiC纤维对涂层材料的牵拉作用，提高底层的韧性和抗疲劳点蚀的能力，从而有效降低涂层减薄乃至爆管的风险。(2)在面层材料内适量添加YSZ纤维，在超音速等离子喷枪高温焰流的作用下，由于YSZ纤维熔点(约2700℃)高于YSZ/NiCr-Cr3C2金属陶瓷粉末的熔点(约2300℃)，所以YSZ纤维能够被YSZ/NiCr-Cr3C2充分浸润包覆，而且YSZ纤维与金属陶瓷涂层具有良好的相容性及润湿性。对涂层性能而言，由于原金属陶瓷面层材料硬度较高，有一定的脆性，在高温烟气的直接烘烤下极易产生微裂纹，YSZ纤维的加入提高了面层的韧性和抗热震性能，从而有效降低了微裂纹扩展的风险，是面层成为阻挡高温烟气烘烤管道受热面的可靠的首道屏障。(3)这种纤维增强涂层材料，可根据不同本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层，其包括SiC纤维增强镍基自熔合金底层和YSZ纤维增强金属陶瓷面层。/n
【技术特征摘要】
1.一种用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层，其包括SiC纤维增强镍基自熔合金底层和YSZ纤维增强金属陶瓷面层。
2.根据权利要求1所述的复合涂层，其特征在于，所述YSZ纤维增强金属陶瓷面层为YSZ纤维增强YSZ/NiCr-Cr3C2面层。
3.根据权利要求2所述的复合涂层，其特征在于，
所述SiC纤维增强镍基自熔合金底层包含SiC纤维4-6wt％，镍基自熔合金94-96wt％；优选地，所述SiC纤维增强镍基自熔合金底层的厚度为0.5±0.1mm；进一步优选地，所述SiC纤维长度为70-100μm；
和/或，所述YSZ纤维增强YSZ/NiCr-Cr3C2面层包含YSZ纤维5-8wt％，YSZ/NiCr-Cr3C292-95wt％；优选地，所述YSZ纤维增强YSZ/NiCr-Cr3C2面层的厚度为0.2±0.1mm；进一步优选地，所述YSZ纤维长度为70-100μm。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的用于锅炉用管受热面防爆管纤维增强复合涂层的制备方法，其包括：
步骤C，对锅炉用管受热面进行喷砂处理，除去受热面的灰尘、碎渣和砂粒，获得受热面粗糙化的锅炉用管；
步骤D，采用氧乙炔火焰将SiC纤维-镍基自熔合金复合粉末喷涂在受热面粗糙化的锅炉用管的受热面形成SiC纤维-镍基自熔合金底层；
步骤E，对锅炉用管的受热面的SiC纤维-镍基自熔合金底层进行高频重熔处理，获得SiC纤...
【专利技术属性】
技术研发人员：曲作鹏，赵文博，田欣利，王海军，
申请(专利权)人：江苏科环新材料有限公司，华北电力大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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