[发明专利]一种含稀土镍基粉芯丝材、涂层的制备与应用

说明书

技术领域

本发明属于材料加工工程中的热喷涂领域，涉及一种粉芯丝材、涂层的制备方法及应用，该发明主要应用耐热腐蚀，需要导热性较好的工业领域。

背景技术

随着垃圾的大量产生、环保要求越来越高，废弃物资源化

(Waste-to-Energy，WTE)垃圾焚烧技术已成为现今处理固体废弃垃圾的主要发展趋势。

废弃物资源化WTE垃圾焚烧炉内过热器及水冷壁等易腐蚀部件的腐蚀形式主要是：熔盐腐蚀和活性氧化。在温度达到450℃以上时，金属氯化物和HCl的氧化会产生高活性的Cl2，极易扩散渗入表层的氧化膜，并与氧化膜/金属基体界面处的Fe或者其它金属元素反应生成金属氯化物，在高温作用下挥发扩散至管壁表面，再次氧化将Cl2释放出来从而构成循环腐蚀、减薄过程。同时，部分沉积的金属氯化物与燃烧气氛中的SO2或SO3等反应，易形成低熔点共晶盐，在高温下会熔化与有保护性的氧化膜发生反应，造成熔盐腐蚀，造成管壁减薄，承压能力严重下降。活性氧化主要是由于飞灰颗粒中的金属氯化物在管壁上沉积、以及焚烧过程所产生的高浓度HCl所导致，而燃烧气氛中的氯则来源于城市垃圾中富含的有机物质和PVC材料。而近年来逐步提高的燃烧温度、以及气体与金属基材之间存在的温度梯度、由于城市垃圾物理化学性质不均所导致的温度波动、碱金属和重金属组份在沉积物中的出现等因素，都使得水冷壁管和过热器管等构件的腐蚀速率显著增加，这些因素影响WTE垃圾焚烧炉热能利用率及其运转效率。其解决方法通常为以高温合金作为服役材料或在传统材料表面制备具有耐热腐蚀、耐磨性涂层或制备耐蚀性熔敷金属的方法，以提高其服役可靠性。水冷壁等锅炉四管不仅用于存储，也是热交换的介质。保护手段在保护管道不被腐蚀的同时也不能降低热量的转换率。

等离子喷涂、超音速火焰喷涂等喷涂工艺设备复杂，成本高，不适宜原位大面积现场施工，且喷涂原材料粉体制备复杂。采用堆焊方法在过热器及水冷壁表面堆焊Inconel625合金的放在在实际工作温度达到400-420℃时已不能对基体起到有效防护。陶瓷贴片能较好的防止管道被腐蚀，但安装不好或是运行中贴片出现脱落，都会大大降低保护效果，甚至完全失效。而电弧喷涂因具有设备简单，操作方便，喷涂材料制备方便、经济，可以实现原位大面积喷涂等优点，已成为在实际应用领域制备耐热腐蚀涂层的主要制备方法。此外堆焊和陶瓷贴片对热转换都有影响，尤其是未来要提高蒸汽温度和压力，这两种方法的影响越来越大。

发明内容

本发明旨在获得一种用电弧喷涂制备含稀土的镍基涂层的粉芯丝材、涂层制备方法及应用。提高WTE垃圾焚烧炉内易腐蚀、磨损部件服役稳定性，为获得更高热能利用率创造可能。

一种含稀土的镍基粉芯丝材，其特征在于，所述丝材的成分质量百分含量范围如下：纯金属铬粉20-35%，镍硼粉10-31%，稀土0.1-0.3%，镍为余量；丝材外皮所用带材为Ni-Cr带，粉芯丝材填充率32％，丝材最终使用态丝径为2.0mm。

进一步，所述粉芯丝材外皮所用带材为80Ni-20Cr带。

进一步，金属镍、金属铬为纯金属粉末，硼为镍硼合金粉末，稀土为铒。

进一步，金属镍为粉末，尺寸在120-100目；金属铬、镍硼合金为粉末，尺寸为100-80目。

进一步，镍硼合金中含硼量为18-19%。

采用本发明上述粉芯丝材制备一种含稀土的镍基涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，配置粉芯，将粉芯丝材轧制、减径，最终获得直径为2.0mm的粉芯丝材；

步骤2，采用电弧喷涂工艺制备涂层，喷涂工艺参数为：电压28-34V；电流160-220A；喷涂距离190-210mm；压缩空气压力0.5-0.6MPa。

所述喷涂工艺进行优化，将喷涂工艺参数设定为：电压30-32V；电流180-200A；喷涂距离200mm；压缩空气压力0.5-0.6MPa，制备涂层圆片。

采用上述方法制备的一种含稀土的镍基涂层；将此涂层应用于废弃物资源化WTE垃圾焚烧炉中水冷壁管和过热器管上。

本发明所述方法制备的一种含稀土的镍基涂层在高温环境下在Na2SO4/NaCl腐蚀介质中具有一定的耐蚀性，该介质可较好模拟废弃物资源化WTE垃圾焚烧炉中易腐蚀部件的工作环境。同时该涂层具有耐热腐蚀、较好导热性的特点。因此通过在废弃物资源化WTE垃圾焚烧炉中水冷壁管和过热器管制备本发明所述涂层，可增加上述部件抗高温腐蚀性能并且提高热转换，增加其服役稳定性，延长其使用寿命，提高热能利用率。

附图说明