一种风帽耐磨损涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种风帽耐磨损涂层的制备方法，是将Cr、Al、C的单质粉末或其二元化合物的混合粉末，通过等离子熔覆技术，在风帽的易磨损部位熔覆一种以碳化物(Cr7C3)和金属陶瓷(Cr2AlC)为主要组分的涂层。该涂层的熔覆工艺性能良好，与风帽基材能冶金结合，孔隙率低，而且涂层的硬度高、耐磨性良好。耐磨性良好。耐磨性良好。

【技术实现步骤摘要】
一种风帽耐磨损涂层的制备方法


[0001]本专利技术属于金属材料镀覆
，具体是一种风帽耐磨损涂层的制备方法，该制备方法涉及等离子熔覆技术。

技术介绍

[0002]风帽是循环流化床锅炉的燃烧系统中的重要附件，其安装在布风板上，主要作用是将流化燃料所需要的风均匀地送入锅炉炉膛，使锅炉里面的炉料正常的流化起来。
[0003]风帽的工况恶劣，通常循环流化床锅炉的床温为800～900℃，即便有流化风的冷却，风帽平均处于约500～600℃的高温中，局部区域甚至接近床温；另外，必须还要能够承受炉料及一次风的冲刷。在锅炉启动过程中、在燃用劣质煤及大负荷运行工况下，风帽的腐蚀、磨损更为严重，部分风帽的使用寿命不到一年。因此，制造风帽的材料必须综合考虑高温强度、抗氧化性能和耐磨损性能，才能保证其运行稳定，以确保床层的均匀布风和流化。
[0004]为了保证风帽运行稳定，通常的解决方法是定期检查和更换磨损的风帽，或采用更为耐磨损、耐腐蚀的高合金材料制造风帽。不论是更换还是采用更高等级的高合金材料均会大幅度增加运营成本的。风帽常用材质有ZG30Cr26Ni5Re、ZG4Cr26Ni4Mn3NRe、A297HK等高铬耐热不锈钢材料，不仅成本高，而且其常用的制造工艺是高能耗、高排放的铸造。
[0005]解决此问题的一条有效途径是在风帽表面镀覆特定成分和结构的耐磨损涂层，以提高风帽的性能、延长其使用寿命。常用的制备耐磨损涂层的粉末材料多为金属及其化合物，制备的涂层也是相应的金属涂层，而风帽的正常工况温度达到或接近大多数金属材料的使用极限，常用的金属涂层并不适用于风帽的恶劣工况。金属陶瓷复合涂层，尤其是以碳化物和硼化物为增强相的金属陶瓷复合涂层，在航空、航天、冶金、矿山、石油和化工等领域中的抗耐磨零部件的制造和修复中具有广泛的用途。其中，MAX相材料是一类具有六方晶格结构的三元纳米层状高性能碳化物或氮化物，兼具金属和陶瓷的诸多优异特性，如材料优异的导电导热、机械加工、抗热震、抗损伤、高温、抗氧化、耐腐蚀等性能。常用的金属陶瓷复合涂层制备工艺为外加复合的方式预制在基材表面，但均存在制备工艺复杂、技术要求高的特点，这将大大影响涂层的性能及应用范围。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的为提供一种风帽耐磨损涂层的制备方法，在不大幅度提高成本的前提下，提升风帽的耐磨损、耐腐蚀性能。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0008]一种风帽耐磨损涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0009]1)将风帽清理干净后进行预热；
[0010]2)将Cr、Al和C的单质粉末或其二元化合物的混合粉末，通过等离子熔覆法熔覆到所述预热后的风帽基材上。
[0011]上述技术方案中：
[0012]在步骤1)中，
[0013]所述风帽清理的方法为用砂纸打磨需要熔覆涂层的部位，直至露出金属光泽。采用低合金钢的铁基材料(例如15CrMoG、12Cr1MoVG)作为风帽的基体材料，在保证耐高温的条件下进一步降低了风帽的制造成本，将待熔覆部位的表面清理干净，能够防止铁锈、水等杂质混入涂层，影响涂层性能。
[0014]所述预热的方法为采用等离子弧预热至100～150℃，预防未熔合、气孔等焊接缺陷，尤其是在起焊点附近，同时减少基体与焊道间的温差应力，避免裂纹等缺陷的出现。
[0015]在步骤2)中，
[0016]所述混合粉末按摩尔比计，优选为Cr︰Al︰C＝2︰(0.75～0.95)︰1；更优的，所述混合粉末为Cr、Cr3C2和Al的混合物。之所以选用Cr3C2，是因为单质C的熔点较高，等离子熔覆时不易熔化，熔化需要耗费大量的能量，熔池保留时间段不利于原位反应的充分进行；此外，单质C密度较低，难以保证送粉的均匀性，同时由于C极易与空气中的氧反应发生烧蚀，导致最终进入涂层的含量偏低，不能满足形成MAX相。
[0017]所述混合粉末粒度优选为100～200目。熔覆时，粒度过大易造成原位反应不彻底、Cr2AlC MAX相含量不足，粒度过小则易造成送粉不均匀、涂层(焊缝)成形不良、涂层(焊缝)与基材不熔合的缺陷。
[0018]所述等离子熔覆法的工艺条件为：采用氩气为离子气、保护气和送粉气；喷嘴距离为6～10mm，以保证等离子电弧的刚性，焊接电流为240～280A、离子气流量3～5L/min、保护气流量10～12L/min。该工艺条件下，能保证适合的焊接热输入量及涂层(焊道)之间的熔合；采用的氩气是惰性气体，能保护熔池不被氧化。
[0019]更进一步的，所述等离子熔覆法采用多层多道的焊道布置形式，焊道厚度为0.5～1.0mm，焊接2～3层，最终获得涂层厚度为1～3mm。由于采用多层多道的形式堆焊，且等离子熔覆时，涂层材料和基体之间会有一定的互扩散(各层焊道及基体的合金元素会相互扩散)，趋势为由基体向外的方向，涂层中所含有的基体元素的含量逐渐降低，确保所制备的涂层成分和组织呈梯度分布。
[0020]本专利技术的有益效果是：
[0021]1)本专利技术制得的涂层与风帽基材能冶金结合，等离子熔覆工艺性能良好、制备过程简单；涂层组织呈枝晶生长特征，显微硬度为420～460HV0.2(最外层的堆焊层)；涂层的孔隙率低、硬度高、耐磨性良好。通过调控涂层中作为硬质相的Cr7C3和硬度稍低且具有较高损伤容量的Cr2AlC MAX相二者之间的比例，可以获得以Cr7C3为骨架、Cr2AlC MAX相为填充的、具有较高硬度和高韧性的耐高温耐蚀耐磨涂层。
[0022]2)本专利技术制得的Cr7C3、Cr2AlC MAX相功能梯度防护涂层的成分、结构均匀、厚度大，工艺易于控制，因此可以进一步减少涂层中的微观缺陷，提高涂层致密性，降低涂层内应力，提高防护涂层结合力。
[0023]3)本专利技术创新性地采用成本相对低廉的Cr、Cr3C2、Al粉末作为沉积材料。不需要先行制备价格昂贵的Cr2AlC MAX相粉体材料作为沉积材料，也不需要将MAX相粉末灌入金属管或合金管中，制成金属或合金包覆MAX相粉末的线材。从而大大降低了粉末材料成本，并且相应降低了涂层的制备成本。此外，也不需要采用先行沉积原始涂层，后续通过高温退火固相反应形成MAX相涂层。简化了涂层制备工艺，降低了涂层制备的不可控性和成本。
附图说明
[0024]图1为实施例1所得涂层的XRD图。
[0025]图2为实施例1所得涂层的截面形貌扫描电子显微镜照片(低倍)。
[0026]图3为实施例1所得涂层的截面形貌扫描电子显微镜照片(高倍)。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的优选实施例，而不是全部的实施例。
[0028]实施例1
[0029]风帽耐磨损涂层的制备方法，步骤如下：
[0030]1)将Cr:Al:C摩尔比为2:0.90:1的Cr、Cr3C2、A本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风帽耐磨损涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将风帽清理干净后进行预热；2)将Cr、Al和C的单质粉末或其二元化合物的混合粉末，通过等离子熔覆法熔覆到所述预热后的风帽基材上。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述风帽清理的方法为用砂纸打磨需要熔覆涂层的部位，至露出金属光泽。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述预热的方法为采用等离子弧进行预热至100～150℃。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述混合粉末按摩尔比计，Cr︰Al︰C＝2︰(0.75～0.95)︰1。5.根据权利要求4所述的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：李勇军，冯宗建，张赞赞，李志刚，旷运坤，陈华林，林华，陈超，潘智，甘若谷，王志鹏，
申请(专利权)人：广西壮族自治区特种设备检验研究院，
类型：发明
国别省市：