專利名稱：防御電站鍋爐過熱器熱腐蝕的金屬碳化物涂層的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬—碳化物涂層，特別涉及一種防御電站鍋爐過熱器耐熱鋼管“低溫(600～650℃)熱腐蝕”的等離子噴涂金屬—碳化物復合涂層。
火電廠鍋爐“四管”(水冷壁管，省煤氣管，過熱器管，再熱器管)爆裂問題一直是影響電廠安全、穩定發電并造成巨大經濟損失的主要原因之一。據統計，由于“四管”爆裂引起的非計劃停運事故占發電廠全部非計劃停運60％以上。鍋爐四管中處于鍋爐高溫、高壓段的過熱器管由于工作條件最為惡劣，更是爆管的多發區、易發區，約占整個四管爆破的50％以上。
為了減少過熱器爆管，以往大量的研究工作多認為爆管的主要原因是管材短期超溫和長期過熱運行所致，因而多從提高鋼管的耐熱等級，改進抗高溫氧化能力和提高管材組織穩定性出發，建議更換更高等級的耐熱鋼管。但是，當使用溫高達到620℃以上后，再進一步提高管材的熱強度是十分有限的，而成本卻會大大增加。
本發明人根據從秦嶺發電廠國產DG670/140型煤粉燃燒鍋爐過熱器經常爆管的部位取樣，對爐管表面腐蝕產物進行分析發現，該部位的過熱器鋼管(國產鋼研120貝氏體耐熱鋼管)發生了嚴重的低溫(600℃左右)熱腐蝕現象。通過模擬現場工況的熱腐蝕動力學試驗，探明了102鋼管的熱腐蝕速率高達0.8～1.0mg/cm2·h，并進一步發現，由表面腐蝕引起的鋼管熱強度下降比由管材基體組織熱衰退引起強度下降更為顯著，因此熱腐蝕是引發過熱器管爆管的主要原因之一。
對此我們認為，既然熱腐蝕是引起爆管的主要因素，而腐蝕都是從表面開始的，因此采用涂層保護的方法隔離腐蝕介質，一定能夠有效減少鍋爐爆管。1996年6月本申請人曾提出了一種金屬碳化物涂層的專利申請(申請號96118694.1)。由于所述的NiCr-Cr3C2金屬碳化物及相應復合涂層的制備方法不清楚，因而本專業領域內的技術人員無法實施。
本發明的目的就是針對現有技術的缺點，研制出一種具有優異抗熱腐蝕的涂層體系，保護過熱器管免遭熱腐蝕，從而大大減少過熱器爐管的爆管事故。
本發明包括底層(粘結層)，面層(工作層)和表面高溫封孔層。其中底層主要為Ni-Cr-Al合金，除了具有提高涂層結合力的作用外，還具有良好的抗熱腐蝕性能。面層選用金屬—碳化物涂層，除了可保證涂層有優異的耐熱腐蝕性能之外，添加碳化物有助于進一步提高涂層的高溫穩定性和高溫硬度，以防攜帶少量灰粉微粒的高速煙氣對涂層的熱沖蝕磨損。為了進一步提高涂層的防護性，采用耐溫為700℃的高溫封孔劑對涂層進行封閉處理。
底層為Ni-Cr-Al合金，其中Cr含量42～45％，Al含量2～3％，其余為Ni，底層厚度選擇在0.08～0.12mm。
面層為NiCr-Cr3C2和NiCrAl混合涂層，其中NiCr-Cr3C2金屬碳化物的含量為75％，其余為NiCrAl，面層厚度為0.25～0.30mm。上述NiCr-Cr3C2金屬碳化物化學成分為75％的Cr3C2，15％Ni，10％Cr。
表面封孔層主要為有機硅系高溫樹脂，加5～12％的超細鋁粉，表面封孔層用刷涂的方法涂至0.02～0.04mm的厚度。
上述NiCr-Cr3C2和NiCrAl混合涂層的制備方法為首先按上述比例將NiCr-Cr3C2和NiCrAl涂層在球磨機中充分混合均勻，然后送入9MB等離子噴槍中，經等離子焰流熔化后再霧化，噴射到基材表面。冷卻形成涂層。
本發明的具體工藝過程如下首先選用20～40目金剛砂對爐管表面進行噴砂，清潔基體表面直至露出銀灰色的金屬本色，并形成15～20μm的粗糙度，緊接著噴涂Ni-Cr-Al粘結層，然后噴涂NiCr-Cr3C2和NiCrAl混合金屬—碳化物涂層(面層)，最后刷涂高溫封孔層。
實施例噴涂設備選用美國METCO公司9M型高能等離子噴涂機，噴槍為9MB型等離子噴槍，送粉器選用4MP雙斗自動送粉器，噴涂工藝參數如下(等離子氣體為Ar-H2
器管抗熱腐蝕性能比未經涂層保護的102鋼管提高20～30倍，在秦嶺電廠4臺鍋爐上現場試驗表明，過熱器管的爆管次數下降70％以上。
本發明除在鍋爐過熱器應用外，還可用于防御鍋爐再熱器管以及化工、造紙、建材、煉油廠等大型燃煤、燃油鍋爐管的高溫腐蝕和熱腐蝕。
權利要求
1.防御電站鍋爐過熱器腐蝕的金屬碳化物涂層，包括和金屬基體相粘結的底層，底層上配置有面層，面層上配置有表面封孔層，本發明的特征在于，所說的底層為Ni-Cr-Al合金，所說的面層為NiCr-Cr3C2和NiCrAl混合涂層，所說的表面封孔層為有機硅系高溫樹脂加5～12％的超細鋁粉。
2.根據權利要求1所述的金屬碳化物涂層，其特征在于，所說的Ni-Cr-Al合金底層中，Cr含量為42～45％，Al含量為2～3％，其余為Ni。
3.根據權利要求1所述的金屬碳化物涂層，其特征在于，所說的面層中NiCr-Cr3C2金屬碳化物的含量為75％，其余為NiCrAl合金，NiCr-Cr3C2金屬碳化物的成分為75％的Cr3C2，15％Ni和10％Cr。
4.根據權利要求1、2所述的金屬碳化物涂層，其特征在于，所說的底層厚度為0.08～0.12mm。
5.根據權利要求1、3所述的金屬碳化物涂層，其特征在于，所說的面層厚度為0.25～0.30mm。
6.根據權利要求1所述的金屬碳化物涂層，其特征在于，所說的表面封孔層的厚度為0.02～0.4mm。
全文摘要
一種防御電站鍋爐過熱器熱腐蝕的金屬碳化物涂層,包括和金屬基體相粘結的Ni－Cr－Al合金底層,底層上配置有由NiCr－Cr
文檔編號F16L58/02GK1274767SQ00113819
公開日2000年11月29日 申請日期2000年5月22日 優先權日2000年5月22日
發明者韓志海, 陳華, 陳利利 申請人:西安交通大學