[发明专利]一种用于耐磨耐蚀涂层的铁基非晶粉末及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，特别涉及一种用于耐磨耐蚀涂层的铁基非晶粉末及制备方法。具体说是提供用于火电、石油钻探、海洋、钢铁及核电的耐磨耐蚀表面处理的一种激光熔覆用铁基非晶粉末材料和制备耐磨耐蚀涂层的方法。

背景技术

250度以下省煤器管在烟气、烟尘和硫酸蒸汽中的冲蚀腐蚀现象十分严重。当锅炉尾部受热面的金属壁面温度低于硫酸蒸汽的凝结点，就会在其外表附着硫酸液滴，造成严重的酸露点腐蚀，同时在5-10m/s的富尘烟气冲刷下损坏更加严重，以致于提高排烟温度或运用传热极差的非金属材料来缓解结露和腐蚀现象的产生，但依然没有从基本上解决问题，常常在运转一到两年后照旧会呈现腐蚀，直至穿孔。长期以来，为避免和减轻低温腐蚀，排烟温度一般设计在酸露点温度以上，电站锅炉和工业锅炉排烟温度分为120-140℃、180-230℃，造成了大量余热资源浪费。低温烟气余热的深度利用，在带来明显节能效果的同时势必会使烟气温度处于酸露点以下，低温冲蚀/腐蚀难以避免，例如除尘系统中未采用任何防护措施的烟气调节阀，用16mm厚的钢板制成的壳体使用仅三至四个月，最多不超过半年，就因穿孔而报废。因此急需高导热抗酸露点腐蚀的金属基涂层防护。

Fe基非晶涂层既具有较高的硬度、耐磨损性能及抗冲击韧性，又有良好的耐硫耐氯腐蚀性能及较低的摩擦系数。关于Fe基非晶涂层制备及性能的报道日益增多，已有人利用电弧喷涂等热喷涂技术制备含非晶相涂层，如专利号200610089515.9的发明专利提出一种供电弧喷涂使用的粉芯丝材，但电弧喷涂法有诸多局限性,例如界面结合力小、孔隙率高等等。美国Farmer等多个课题组在国防部先进项目研究局（DARPA）的大力支持下，用HVOF工艺开发了Fe-Mo-Cr-Y-C-B-W等多个非晶涂层体系，证实了其在耐海水腐蚀、耐磨损及抗辐照领域的独特优势。美国Branagan等人对非晶涂层进行退火处理得到了纳米晶复合涂层，发现其三体磨损性能优于纯非晶涂层。中科院金属所王建强课题组利用HVOF法制备出系列高性能非晶涂层，测试了其在掺有石英砂的盐水及泥浆中的冲蚀-腐蚀特性，发现非晶涂层的抗点蚀能力大幅优于304不锈钢，耐腐蚀性随涂层厚度增加，随盐水浓度增加下降。华中科技大学柳林课题组系统研究了铁基非晶HVOF涂层的制备工艺、耐磨耐蚀性能及界面结合强度等，研究发现，热处理使涂层耐蚀性能下降，点蚀起源于缺陷附近的贫Cr区。北京科技大学孙东柏、潘继岗等人对电弧喷涂制备的非晶纳米晶复合涂层的腐蚀磨损特性进行了研究；北京工业大学蒋建敏、贺定勇等人自主开发了多种电弧喷涂粉芯丝材，获得了高非晶含量的非晶涂层，并得到了一定应用。哈尔滨工业大学的黄永江和同济大学的沈军等人证实等离子喷涂制备的铁基非晶涂层的耐蚀性优于921A高强钢和TC4钛合金。南昌航空大学的陈庆军对FeCoCrMoCBY涂层及块体状态的非晶形成能力、耐HCl腐蚀性能进行了研究，证实该体系部分晶化对耐蚀性能影响轻微。装甲兵工程学院徐滨士院士课题组和钢铁研究总院的卢志超组分别研究了电弧喷涂制备的非晶复合涂层的耐冲蚀性能和耐磨损性能。终上所述，当前非晶涂层大多是以HOVF、电弧喷涂等热喷涂法制备，其性能研究主要以室温附近耐氯、耐硫酸、耐摩擦及耐固液冲蚀的研究为主。