一种高硬度抗高温蒸汽氧化复合结构涂层的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高硬度抗高温蒸汽氧化复合结构涂层的制备方法，包括以下步骤：S1：对需要制备涂层的工件表面进行预处理；S2：在工件表面制备厚度介于80

【技术实现步骤摘要】
一种高硬度抗高温蒸汽氧化复合结构涂层的制备方法


[0001]本专利技术属于材料工程
，具体涉及一种高硬度抗高温蒸汽氧化复合结构涂层的制备方法。

技术介绍

[0002]提高蒸汽温度或蒸汽压力可有效提高汽轮机组的发电效率，与亚临界和超临界发电技术相比，超超临界发电技术是一种先进、高效的发电技术，蒸汽温度高达600℃以上，比超临界机组的热效率高出约4%，优势更加明显，蒸汽温度的显著提高不仅可以提高经济价值，同时可以减少煤炭用量，同时降低二氧化碳排放，具有重要的生态与社会效应。
[0003]蒸汽温度的提升在带来发电效率提升的同时，对使用材料产生了巨大挑战，与亚临界与超临界汽轮机组相比，超超临界机组中金属部件在高温蒸汽环境中腐蚀速率显著上升，会造成换热管道换热效率的降低，管道壁厚减薄速率加快、管内氧化皮脱落还会冲击叶片表面引起叶片损伤。对于高主阀、高调阀、中压主汽阀和中压调节阀等关键运动副构件，快速的高温蒸汽氧化会在阀壳与阀芯密封面形成氧化皮，导致配合间隙变小，在运行中出现阀门卡涩现象，氧化皮的脱落还会加剧卡涩严重程度，并进一步引起配合面磨损。进汽阀门的卡涩会造成机组负荷突然波动，影响机组正常负荷调节和带负荷能力，在紧急停机时存在引发机组超速的风险，给机组运行带来了巨大的安全风险。此外，阀门卡涩后通常需要对阀门进行解体处理，阀门解体检修需要耗费近一个月检修处理时间，给电厂造成了巨大的经济损失，同时影响电厂的正常运营。因此，对进汽阀门的卡涩治理已迫在眉睫。
[0004]由于氧化仅发生在材料表面，因此通过涂层技术对氧化表面进行改性是提高金属部件服役寿命的高性价比方案。硅酸钇陶瓷被证实具有优异的抗高温蒸汽水氧腐蚀性能，由于在新一代飞机发动机SiCf
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SiC复合材料叶片表面的应用潜质，已受到广泛研究，但阀门等运动副除受高温蒸汽腐蚀外还存在阀门开关引起的磨损，因此还需进一步对硅酸钇进行改性，以提高其硬度和耐磨性。目前常用的涂层工艺有料浆涂刷
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烧结、电泳沉积与大气等离子喷涂等方法。前两者由于烧结温度通常高于1400℃，因此不适用于金属基材。大气等离子喷涂具有对基材热影响小、操作简便等特点，但常规大气等离子喷涂以数十微米直径的粉末作为原料，粉末在等离子焰流内部熔化、撞击基体扁平化凝固后在涂层内部形成大量的层片结构。有限的层间结合会使高温蒸汽沿着未结合层片界面到达基材，因而喷涂态的涂层不具备高温蒸汽腐蚀防护作用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种高硬度抗高温蒸汽氧化复合结构涂层的制备方法，能够调控涂层的耐磨性能，同时避免涂层升温、降温过程中由于热应力引起的开裂、剥落现象，实现涂层的长效抗高温蒸汽腐蚀能力。
[0006]本专利技术采用的技术方案为：一种高硬度抗高温蒸汽氧化复合结构涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1：对需要制备涂层的工件表面进行预处理；S2：在工件表面制备厚度介于80
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150μm之间的含铝镍基或含铝钴基金属打底层；S3：选用硅酸钇与氧化铝微粉与有机溶剂配成一定比例含量的悬浊液作为原料，通过外送粉方式采用大气等离子喷涂技术在打底层表面制备厚度介于100
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350 μm之间的陶瓷顶层。
[0007]具体的，所述对需要制备涂层的工件表面进行预处理具体包括有除油、喷砂除锈与表面粗化。
[0008]具体的，所述打底层的制备工艺采用等离子喷涂、超音速火焰喷涂、冷喷涂中的一种；采用等离子喷涂时，其喷涂粉末的粒度介于35
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65 μm之间，采用冷喷涂或超音速火焰喷涂时，其喷涂粉末的粒度介于10
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45 μm之间。
[0009]具体的，所述打底层的粉末材料采用镍基、钴基、镍铬基或钴铬基材料中的一种，其中铝含量高于6wt%。
[0010]具体的，所述硅酸钇与氧化铝微粉的粒径介于50
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300 nm之间，所述有机溶剂为可燃烧的有机液体。
[0011]具体的，所述硅酸钇与氧化铝微粉的质量比介于10:0与6:4之间。
[0012]具体的，所述步骤S3中，在采用大气等离子喷涂悬浊液过程中的微粒熔化后形成的熔滴温度不低于2800℃，陶瓷顶层的孔隙率不高于1.5%。
[0013]具体的，所述大气等离子喷涂制备陶瓷顶层过程中基材表面温度不高于150℃。
[0014]本专利技术的有益效果：本专利技术利用硅酸钇材料优异的抗高温蒸汽腐蚀能力与亚微米、纳米尺度悬浊液原料获得高致密度涂层结构相结合的方式实现耐热钢表面的高温蒸汽腐蚀防护，进一步通过高硬度氧化铝在硅酸钇材料中的可控添加，对涂层的耐磨性能进行调控；另一方面，利用高铝含量打底层增强复合陶瓷顶层与基材的结合强度，缓解二者之间的热膨胀系数差异，避免涂层在升温、降温过程中由于热应力引起的开裂、剥落等现象，因此可实现涂层的长效抗高温蒸汽腐蚀能力。
附图说明
[0015]图1为本专利技术所述制备方法的步骤流程图；图2为实施例1中超音速火焰喷涂与等离子喷涂制备NiAl/Y2SiO5‑
Al2O3复合涂层断面结构示意图；图3为P91耐热钢在650℃/500 h高温蒸汽腐蚀后氧化腐蚀情况结构示意图；图4为实施例1中NiAl/Y2SiO5
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Al2O3复合涂层在650℃/500 h高温蒸汽腐蚀后氧化腐蚀情况结构示意图。
具体实施方式
[0016]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。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0017]如图1所示，本专利技术提供一种高硬度抗高温蒸汽氧化复合结构涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1：对需要制备涂层的工件表面进行预处理；S2：在工件表面制备厚度介于80
‑
150μm之间的含铝镍基或含铝钴基金属打底层；S3：选用硅酸钇与氧化铝微粉与有机溶剂配成一定比例含量的悬浊液作为原料，通过外送粉方式采用大气等离子喷涂技术在打底层表面制备厚度介于100
‑
350 μm之间的陶瓷顶层。
[0018]为了更好的效果，所述对需要制备涂层的工件表面进行预处理具体包括有除油、喷砂除锈与表面粗化，从而提高工件的表面质量，进而提高涂层效果。
[0019]为了更好的效果，所述打底层的制备工艺采用等离子喷涂、超音速火焰喷涂、冷喷涂中的一种；采用等离子喷涂时，其喷涂粉末的粒度介于35
‑
65 μm之间，采用冷喷涂或超音速火焰喷涂时，其喷涂粉末的粒度介于10
‑
45 μm之间。
[0020]为了更好的效果，所述打底层的粉末材料采用镍基、钴基、镍铬基或钴铬基材料中的一种，其中铝含量高于6wt%。
[0021]为了更好的效果，所述硅酸钇与氧化铝微粉的粒径介于50
‑
300 nm之间，以保证本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高硬度抗高温蒸汽氧化复合结构涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对需要制备涂层的工件表面进行预处理；S2：在工件表面制备厚度介于80
‑
150μm之间的含铝镍基或含铝钴基金属打底层；S3：选用硅酸钇与氧化铝微粉与有机溶剂配成一定比例含量的悬浊液作为原料，通过外送粉方式采用大气等离子喷涂技术在打底层表面制备厚度介于100
‑
350 μm之间的陶瓷顶层。2.根据权利要求1所述的一种高硬度抗高温蒸汽氧化复合结构涂层的制备方法，其特征在于：所述对需要制备涂层的工件表面进行预处理具体包括有除油、喷砂除锈与表面粗化。3.根据权利要求1所述的一种高硬度抗高温蒸汽氧化复合结构涂层的制备方法，其特征在于：所述打底层的制备工艺采用等离子喷涂、超音速火焰喷涂、冷喷涂中的一种；采用等离子喷涂时，其喷涂粉末的粒度介于35
‑
65 μm之间，采用冷喷涂或超音速火焰喷涂时，其喷涂粉末的粒度介于10
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘国友，高太振，王长海，朱磊，张丰收，王鹏，宋吉庆，张道，屈杰，曾立飞，
申请(专利权)人：华能渑池热电有限责任公司，
类型：发明
国别省市：