[发明专利]电弧喷涂制备含NiB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NiB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

在燃煤电厂中，高温高压锅炉“四管”(水冷壁管、过热器管、再热器管、省煤器管)的高温氧化、硫化和热腐蚀以及由此造成的诸如爆管等故障一直是电力行业急待解决的一个技术和经济难题。其中，水冷壁的高温腐蚀问题，会导致水冷壁大面积减薄而发生频繁的爆漏，造成火电厂一被迫停机。1991年4月，石洞门发电厂1号炉在累计运行2 300h后，发生囚水冷壁热腐蚀壁厚减薄引起大面积爆管事故。此类事故在重庆洛磺电厂、潍坊电场一均发生过。现水冷壁热腐蚀引起的爆管在我国比较普遍，不但严重影响了电厂的安个运行，还造成了巨大的经济损失。

随着热喷涂技术的发展和热喷涂技术在电厂应用的普及，用热喷涂技术对锅炉管进行防护已经成为一种延长锅炉正常运转的有效手段。国外在电厂锅炉管道防腐方面应用电弧喷徐、超音速火焰喷涂和爆炸喷涂较为广泛。国内随着高速电弧喷涂技术的发展，因其喷涂效率高、成本低、涂层性能好、结合强度高等优点，在锅炉管道防腐方面可以取代超音速火焰喷涂和爆炸喷涂，随着新喷涂材料的不断研制成功，高速电弧喷徐在电站锅炉“四管”防腐防磨上必将有十分广泛的应用前景。由于镍基合金涂层具有工作温度高，抗氧、硫和热腐蚀性能好的优点，故在锅炉及类似工况的场合得到了广泛的应用。

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NiB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：

镍硼：60～80％；Mo：2～5％；WC：5～15％；TiC：2～5％；镍粉：余量。

本发明的制备方法采用现有技术，包括以下步骤：

1、将304L不锈钢带轧成U形，再向U形槽中加入占本发明喷涂丝总重的30～35％的本发明粉芯粉末；

2、将U形槽合口，使粉芯包裹其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到2.0mm得到最终产品。