锅炉水冷壁电弧喷涂用铝基粉芯丝材的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了锅炉水冷壁电弧喷涂用铝基粉芯丝材的制备方法及应用，粉芯包括Ni、Cr、FeB、TiB2、石墨烯、α

【技术实现步骤摘要】
锅炉水冷壁电弧喷涂用铝基粉芯丝材的制备方法及应用


[0001]本专利技术属于锅炉防护
，具体地说涉及一种锅炉水冷壁电弧喷涂用铝基粉芯丝材的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]锅炉机组广泛应用于工业生产，然而由于工作环境苛刻，水冷壁管容易发生腐蚀导致爆炸性事故的发生。现有技术目前有效的防护措施是在水冷壁表面制备防护涂层。常用的制备方法包括氧乙炔粉末喷涂、线材火焰喷涂、超音速电弧喷涂、超音速火焰喷涂和等离子喷涂等，由于电弧喷涂具有制备涂层结合强度高、孔隙率低等特点，目前一般以超音速电弧喷涂为主。超音速电弧喷涂的喷涂材料为粉芯丝材，现有技术大多采用镍基粉芯丝材、铁基粉芯丝材以及铝基粉芯丝材。虽然很多情况下有市售的成品粉芯丝材，但是粉芯丝材的具体组成和含量是属于商业秘密。
[0003]中国专利CN110438436A公开了一种适用于电厂水冷壁的高温耐磨防腐涂层及其制备方法，其中高温耐磨防腐涂层的成分按质量百分比构成如下：Cr20～25wt％，Ni10～15wt％，Sn5～10wt％，B1.5～4wt％，Ti0.5～1wt％，Mn0.5～1wt％，Fe10～15wt％，Si0.2～0.5wt％，余量为铝。然而该技术方案存在明显矛盾，因为电弧喷涂丝材得到的涂层组成不仅含有粉料组成、还应该含有铝带中元素；而且涂层成分的含量也受铝带的影响，不可能得到上述组成以及含量的涂层。
[0004]中国专利CN104264102A公开了锅炉水冷壁上镍基合金涂层的制备方法，在锅炉水冷壁管屏表面有一层复合涂层，复合涂层是采用超音速电弧喷涂设备在锅炉水冷壁管屏上喷涂一层结合底层，然后再在其上喷涂一层耐高温腐蚀、耐磨损的镍基合金涂层，形成双层复合结构涂层。
[0005]中国专利CN109518116A一种锅炉水冷壁管表面防护的方法，包括喷丸处理和超音速电弧喷涂在内的工艺步骤，具体包括以下步骤：a、表面预处理：对水冷壁管表面的杂物进行清理；b、喷丸：用超声喷丸机喷射弹丸对水冷壁管的表面进行超声喷丸处理；c、喷涂：喷丸后，采用超音速电弧喷涂设备，对喷丸处理后的水冷壁管喷涂HDS
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88A涂层，厚度为0.6
‑
0.8mm；d、封孔：用封孔剂将HDS
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88A涂层进行封孔。
[0006]“新型超音速电弧喷涂锅炉水冷壁防护涂层”采用超音速电弧喷涂的方式，在Q235钢基体上制备了自研FeCrNiBSi涂层和FeCrNi两种涂层。
[0007]现有技术大多针对镍基、铁基粉芯丝材的研究，但是对铝基粉芯丝材的研究较少。虽然能够有所借鉴，例如Ni、Cr、Si、B等元素能够提高性能，但是具体选择并非易事，因为之间的影响因素很难确定，所以如何开发一种性能优异的铝基粉芯丝材仍然不是一件简单的工作。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对上述现有技术的需求，提供了一种锅炉水冷壁电弧喷涂用铝基粉芯丝
材的制备方法及应用，由铝基粉芯丝材制备的防护涂层具有优异的抗高温氧化、硫化，耐腐蚀，耐磨抗冲蚀性能，并且具有较低的孔隙率、并且能够有效的防止在苛刻的工作环境下产生裂纹；在结合力以及硬度方面也显示出了出色表现。能够显著提高锅炉水冷壁的使用寿命，有效的降低和节约企业生产成本。
[0009]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0010]一种锅炉水冷壁电弧喷涂用铝基粉芯丝材的制备方法，包括如下步骤：
[0011](1)准备粒径为40～80μm的Ni、Cr、FeB、TiB2、石墨烯、α
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Al2O3、CeO2、Al粉末，按照重量份20～30份、15～20份、5～10份、3～7份、3～7份、3～7份、1～2份、50～70份的配比，将上述粉末混合；
[0012](2)将上述粉末放入行星式球磨机中加入20～30份无水乙醇、在保护气氛下球磨2～3h，取出后加入30～40份去离子水、5～10份聚乙烯醇搅拌配置浆料，对浆料进行喷雾干燥、筛分得到粉料；
[0013](3)丝材外皮采用10
×
0.2mm纯铝带，轧成U形，再向U形槽中加入上述粉料；将U形槽合口，使粉芯包裹其中，经拉丝模，逐道拉拔、减径，最后控制直径为2.0～3.0mm得到铝基粉芯丝材。
[0014]进一步地，步骤(1)中，准备粒径为40～80μm的Ni、Cr、FeB、TiB2、石墨烯、α
‑
Al2O3、CeO2、Al粉末，按照重量份25份、18份、7份、5份、5份、5份、2份、60份的配比，将上述粉末混合。
[0015]进一步地，步骤(3)中粉料填充率为40～50％。
[0016]进一步地，球磨过程采用氧化锆球，球料质量比为(3～2):1，球磨机转速为200～250r/min，保护气氛为氮气或氩气。
[0017]进一步地，喷雾干燥工艺参数为：离心雾化器转速16000～20000r/min、进料温度25℃、干燥进口温度300～350℃、干燥出口温度100～120℃。
[0018]以下对本申请铝基粉芯丝材的组分的作用加以解释：
[0019]石墨烯：一方面石墨烯在高温电弧喷涂过程中能够形成Cr2C3和Fe7C3等硬质相，提高涂层硬度和耐腐蚀性能；另外一方面部分石墨烯并未发生熔化而以单质相存在涂层中，能够提高涂层的耐冲蚀性能。
[0020]Ni、Cr、Al之间能够形成Ni
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Al、Cr
‑
Al、Ni
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Cr
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Al型金属间化合物，可以起到固熔强化涂层的作用；金属铝作为主要成分可以提高涂层耐蚀性和抗氧化性。
[0021]FeB：能够反应生成高硬度的Cr2B3和Fe2B等硬质相，提高涂层显微硬度和耐冲蚀磨损性能。
[0022]TiB2：碳化硼是硬度和强度非常高的陶瓷，在涂层中能够显著提高内聚强度等性能；另一方面硼元素也会与其他金属反应生成多种硬质相。
[0023]α
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Al2O3：α
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Al2O3能够进一步的填充至金属相和陶瓷相之间的孔隙，进一步降低了涂层的孔隙率。
[0024]CeO2：氧化铈具有良好的抗高温氧化性，而且能够阻止涂层进一步形成裂纹、有利于涂层的修复，使得涂层能够具有较高的致密性。
[0025]一种锅炉水冷壁电弧喷涂用铝基粉芯丝材的应用方法，包括以下步骤：
[0026](1)对锅炉水冷壁进行打磨去除表面锈迹、污垢；
[0027](2)采用碱性除油剂对表面进行擦拭、并水洗、干燥；
[0028](3)喷砂处理：利用喷砂设备对表面喷砂处理，喷砂材料选择粒度为24目的一级棕刚玉，使得表面达到Sa3级；然而对表面进行超声波冲击处理；
[0029](4)预热：利用火焰喷枪将表面预热至150～200℃；
[0030](5)采用超音速电弧喷涂设备、铝基粉芯丝材作为电极，在表面形成0.5～1.0mm后的防护涂层；
[0031](本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锅炉水冷壁电弧喷涂用铝基粉芯丝材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)准备粒径为40～80μm的Ni、Cr、FeB、TiB2、石墨烯、α
‑
Al2O3、CeO2、Al粉末，按照重量份20～30份、15～20份、5～10份、3～7份、3～7份、3～7份、1～2份、50～70份的配比，将上述粉末混合；(2)将上述粉末放入行星式球磨机中加入20～30份无水乙醇、在保护气氛下球磨2～3h，取出后加入30～40份去离子水、5～10份聚乙烯醇搅拌配置浆料，对浆料进行喷雾干燥、筛分得到粉料；(3)丝材外皮采用10
×
0.2mm纯铝带，轧成U形，再向U形槽中加入上述粉料；将U形槽合口，使粉芯包裹其中，经拉丝模，逐道拉拔、减径，最后控制直径为2.0～3.0mm得到铝基粉芯丝材。2.根据权利要求1所述的一种锅炉水冷壁电弧喷涂用铝基粉芯丝材的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，准备粒径为40～80μm的Ni、Cr、FeB、TiB2、石墨烯、α
‑
Al2O3、CeO2、Al粉末，按照重量份25份、18份、7份、5份、5份、5份、2份、60份的配比，将上述粉末混合。3.根据权利要求1～2任一项所述的一种锅炉水冷壁电弧喷涂用铝基粉芯丝材的制备方法，其特征在于：步骤(3)中粉料填充率为40～50％。4.根据权利要求1～3任一项所述的一种锅炉水冷壁电弧喷涂用铝基粉芯丝材的制备方法，其特征在于：球磨过程采用氧化锆球，球料质量比为(3～2):1，球磨机转速为200～250r/min，保护气氛为氮气或氩气。5.根据权利要求1～4任一项所述的一种锅炉水冷壁电弧喷涂用铝基粉芯丝材的制备方法，其特征在于：喷雾干燥工艺参数为：离心雾化器转速16000～20000r/min、进料温度25℃、干燥进口温度300～350℃、干燥出口温度100～120℃。6.一种锅炉水冷壁电弧喷涂用铝基粉芯丝材的应用方法，其特征在于，包括以...

【专利技术属性】
技术研发人员：张燕，肖红飞，宋雪晶，卢晓瑜，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：