[发明专利]电弧喷涂制备含CrB的微晶和纳米晶涂层用粉芯丝材

说明书

技术领域

本发明是一种含CrB的微晶和纳米晶电弧喷涂用粉芯丝材，属于材料加工工程中的热喷涂领域，该发明主要应用于炼钢厂转炉“四管”的防护与修复，可以起到防腐、防磨等各个工业领域。

背景技术

随着我国经济的高速增长，电力需求将越来越大。在电源结构中，我国火力设备占总装机容量的3/4以上，火力比重过大的状况将持续一个相当长的时期。因此，加快发展高效率、低污染型火电机组，加快发展清洁煤燃烧技术，是我国火电技术的发展方向。根据我国发电厂运行的分析资料表明，在发电厂的设备事故中，锅炉事故最多。而在锅炉事故中，“四管”(水冷壁、过热器、再热器、省煤器管)爆漏次数最多。例如，1989年湖南省8家电厂由于磨损、腐蚀导致爆漏占爆管事故的42％。1992年西北某电网共发生事故121次，其中锅炉事故69次，占总事故的57％，在锅炉事故中，“四管”爆漏53次，占锅炉事故的76.8％。1994年和1995年上半年山西省5家电厂由磨损、腐蚀而导致的事故占“四管”爆漏事故的39％。重庆珞璜电厂在1994～1996年由磨损、腐蚀而导致的事故占“四管”爆漏事故高达64％。

虽然循环流化床锅炉具有燃料适应性广(优质煤、高硫煤、高灰煤、高灰高硫煤、煤矸石等)、燃烧效率高(97.5％～99.5％)、高效脱硫(>90％)、NOx排放低、其它污染物排放低、燃烧强度高、炉膛截面积小、给煤点少等优点，但是其燃料粒度在3～12mm之间，比燃煤锅炉(粒度在0.1mm)大得多，这就造成循环流化床锅炉某些金属件部位磨损较为严重，最严重可达到5～6mm/1000h。为此，除了合理设计锅炉内部构件之外，通常采用许多表面技术的方法来延长金属件的使用寿命，如加防护板、堆焊、热喷涂等。随着热喷涂技术的发展，将热喷涂技术应用于循环流化床锅炉的防护具有很好的应用前景。

对于微晶态和纳米晶态的涂层，是通过利用非晶态合金的优质性能，将其进行加热，从而可以控制非晶体晶化相的形核和长大，形成微晶和纳米晶状态。从热力学观点看，非晶态是一种亚稳态，具有较高的内能，有自发向其稳定态——晶态转变的趋势；非晶态合金一旦发生晶化，其优异性能有可能将会丧失。因此非晶的晶化研究是非晶应用的先决条件。

近年来，人们发现如能恰当的控制其晶化过程的工艺参数，全部或部分地使非晶态合金晶化，将使材料产生一些更加有益的机械性能、次性能和催化性能等；同时，通过晶化使材料表层或整体形成纳米结构，这将是材料表面纳米化和制备大块纳米晶材料的一条重要途径。因此，非晶晶化一直是非晶材料研究的热点之一。

非晶晶化法是一种比较常用的制备纳米材料的方法。近几年纳米晶合金大量涌现，但是人们对非晶晶化形成纳米晶的机理仍然缺乏足够的了解。从已有的文献资料看，国外材料科学工作者着重研究了非晶合金在热处理过程中形成纳米晶微观结构的动态晶化过程，这些研究结果使人们对非晶晶化过程有了深入的理解，但是仍然没有形成统一的理论。

经研究表明，非晶的晶化温度在1000℃～1100℃，对非晶进行低温退火时发生非晶的结构驰豫，使其向理想的非晶态发生变化，与淬态合金相相比，致密度和硬度都有所提高，最佳低温退火温度为500℃～600℃。

将非晶态涂层经过加热处理后，形成的纳米尺寸晶态涂层的性能优越，可以起到防腐、防磨等作用。但在实际应用中，直至目前，非晶态合金仍没有大范围推广应用，其主要因素是其制备过程难以控制，在实际中很难制备大块非晶合金，其应用主要限制在薄带、细丝、粉末等低维度形状上。这种经过制备、热处理的涂层性能十分适应于电厂锅炉的防护工作，具体表现在，当涂层喷涂完毕后，通过锅炉的高温运转，涂层表面会在高温作用下形成晶化的转变，晶化生成微晶和纳米晶晶相，这样的转化可以坚固涂层表面的性能，使涂层的硬度和耐磨性都有所增加。

发明内容

本发明所要达到的最终目的是：用本发明的一种含CrB的微晶和纳米晶电弧喷涂用粉芯丝材制备电弧喷涂涂层，使涂层具有抗高温氧化、抗高温腐蚀-磨蚀性能良好，解决转炉烟罩管壁产生高温氧化腐蚀和冲蚀磨损问题，确保炼钢厂转炉的安全运行。本发明可以提高金属结构构件和装置部件在严酷的腐蚀磨损环境中的使用性能、延长服役寿命。

本发明所提供的抗高温氧化电弧喷涂粉芯丝材，其特征在于，所述的粉芯丝材外皮为304L不锈钢带，所述的粉芯丝材药粉成分质量百分含量范围如下：

硼铬：50～70％；Mo：10～25％；TiC：10～15％；Fe粉：余量本发明的制备方法采用现有技术，包括以下步骤：