一種含氧化鈰和錸的抗高溫耐磨損電弧噴涂粉芯絲材、涂層及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種含氧化鈰和錸的抗高溫耐磨損的電弧噴涂粉芯絲材，所述的粉芯絲材由不銹鋼包覆藥芯軋制而成；所述的藥芯所含成分的質量百分比為：Cr：15～25wt％；B：6～10wt％；Ni：1～3％；CeO2：0.5～2wt％；Re(錸)：5～10wt％；Fe：余量。本發明專利技術還公開了電弧噴涂該粉芯絲材制備抗高溫耐磨損涂層的制備方法。所述涂層的孔隙率＜1％；涂層的顯微硬度＞720HV0.2；涂層的結合強度度達55MPa以上，該涂層的使用溫度相對普通涂層提高了200?300℃，且生產成本低，制備方法工藝可靠，性能穩定，適合在超臨界和超超臨界鍋爐的“四壁”等高溫使用環境領域應用推廣。

【技術實現步驟摘要】
一種含氧化鈰和錸的抗高溫耐磨損電弧噴涂粉芯絲材、涂層及其制備方法
本專利技術屬于材料表面強化
，具體涉及一種用于電弧噴涂的含氧化鈰(CeO2)和錸(Re)的抗高溫耐磨損粉芯絲材、涂層及其制備方法。
技術介紹
火力發電是我國主要的發電方式，電站鍋爐作為火力電站的三大主機設備之一，伴隨著我國火電行業的發展而發展。我國的火力發電通常以煤作為主要燃料，同時由于低品質的煤中硫含量較高，造成火力電站鍋爐“四管”受熱面產生嚴重的高溫磨損、腐蝕，引起泄漏甚至爆管，導致電廠“非停”，不僅造成嚴重的經濟損失，而且可能危害電廠的運行安全。因此，開發抗高溫耐沖蝕耐磨損材料，對改善鍋爐對流受熱面高溫沖蝕磨損抗力具有現實工程意義。采用電弧噴涂防護涂層對鍋爐“四管“進行表面強化，可以有效提高其抗高溫抗磨損抗腐蝕性能，如電弧噴涂Fe-Cr-Al、Ni-Cr-Al等涂層，延長了設備的使用壽命，大大降低了經濟損失。隨著燃煤發電技術的不斷發展，超臨界鍋爐和超超臨界鍋爐的應用逐漸增多。超臨界和超超臨界鍋爐技術具有煤耗低、環保性能好、技術含量高的特點，它與亞臨界鍋爐相比，發電效率要高5-10％。但其鍋爐內燃燒室的溫度達1200-1500℃，遠高于亞臨界鍋爐，這對涂層的高溫性能和抗磨損性能提出更高的要求。現有的鍋爐防護涂層的使用溫度為600-800℃，在超臨界或超超臨界鍋爐的高溫高壓環境下，涂層的抗磨損性能急劇下降，使用壽命大大降低，無法滿足工作要求。目前，電弧噴涂鍋爐防護涂層中一般采用普通電弧進行噴涂，由于普通電弧的顆粒飛行速度較慢，導致涂層的綜合性能較差，特別是結合強度方面，一般在20-30MPa，這導致涂層在粉塵顆粒的沖擊下磨損嚴重并容易脫落，涂層使用壽命短。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種含氧化鈰(CeO2)和錸(Re)的抗高溫耐磨損的電弧噴涂粉芯絲材、涂層及其制備方法，以提高火電鍋爐防護涂層的耐高溫耐磨損性能，滿足高溫環境下的實際工程使用需要。本專利技術是這樣實現的：本專利技術的一種含CeO2和Re的抗高溫耐磨損的電弧噴涂粉芯絲材，所述的粉芯絲材由不銹鋼外皮包覆藥芯軋制而成；所述的藥芯成分特征在于：藥芯所含成分的質量百分比為：Cr：15～25wt％；B：6～10wt％；Ni：1～3％；CeO2：0.5～2wt％；Re(錸)：5-10wt％；Fe：余量。所述的粉芯絲材所用的外皮為304L不銹鋼帶或316L不銹鋼；所述的粉芯絲材的填充率：30～35％。所述的粉芯絲材外徑為2mm或1.62mm。利用上述粉芯絲材經電弧噴涂制得抗高溫耐磨蝕的涂層，其制備方法包括以下步驟：(1)用丙酮或酒精對基材表面進行清洗，除去其表面油漬污物并放于保溫箱內40～45℃烘干；(2)采用空氣動力噴砂方法對基材表面進行除銹和毛化，噴砂處理選用50目白剛玉或棕剛玉，氣壓為0.4～0.6MPa，表面無明顯反光即可。(3)最后采用超音速電弧對基材表面噴涂本專利技術的粉芯絲材，獲得抗高溫抗磨損的涂層。上述的抗高溫耐磨蝕的涂層厚度為300～500μm。本專利技術制備的抗高溫耐磨損涂層是專門針對超臨界鍋爐或超超臨界鍋爐等高溫環境下的材料表面抗磨損強化。所述的涂層孔隙率＜1％；涂層的顯微硬度＞720HV0.2；涂層的結合強度度達55MPa以上，以普通的Fe-Cr-B涂層作為對比涂層，在800-1100℃下本專利技術的涂層的磨損失重為對比涂層的0.2-0.3倍。高溫下本涂層仍表現出良好的抗磨蝕性能。本專利技術采用配制獨特的粉芯配方，通過氧化鈰的細化晶粒、均勻成分的作用，以及高熔點的稀有金屬錸與合金元素形成強化相，提高材料的強度和高溫耐磨損性能，使電弧噴涂該絲材制備涂層的使用溫度相對普通涂層提高了200-300℃，大大提高了電弧噴涂制備的涂層的抗高溫磨損性能，制備方法工藝可靠，性能穩定，適合在超臨界和超超臨界鍋爐的“四壁”等高溫使用環境領域應用推廣。具體實施方式以下結合實例對本專利技術做進一步說明。本專利技術實施例中的外皮選用規格為12mm(寬)×0.3mm(厚)的不銹鋼帶，藥芯所含成分的質量百分比為：Cr：15～25wt％；B：6～10wt％；Ni：1～3％；CeO2：0.5～2wt％；Re：5-10wt％；Fe：余量。利用現有的絲材軋制技術，將粉芯絲材經逐道拉拔減徑至2mm或者1.62mm。粉芯絲材的填充率為30～35％。本專利技術實施例中采用的超音速電弧噴涂設備為STRArc型超音速電弧噴涂設備，空氣壓力為70～85PSI，丙烷壓力為70～85PSI，送絲率為15～35％，噴槍移動速度為500～650mm/s；噴涂距離為100～200mm。本專利技術實施例中采用空氣動力噴砂方法對噴涂基體表面進行除銹和毛化，噴砂處理選用50目白剛玉，氣壓為0.4～0.6MPa，表面無明顯反光即可。本專利技術實施例中噴涂基體采用12Cr1MoVG或20G鋼。實施例1噴涂基體采用12Cr1MoVG。選用規格為12mm(寬)×0.3mm(厚)的304L不銹鋼帶作為外皮，藥芯所含成分的質量百分比為：Cr：15wt％；B：8wt％；Ni：1％；CeO2：1wt％；Re：8wt％；Fe：余量。利用絲材軋制技術軋制絲材。粉芯絲材的填充率為30％。用丙酮將基材表面清洗干凈，并放于保溫箱內40℃烘干，除去其表面油漬污物。噴砂處理采用上述方式。采用超音速電弧噴涂本例中的粉芯絲材，空氣壓力為75PSI，丙烷壓力為73PSI，送絲率為20％，噴槍移動速度為500mm/s；噴涂距離為120mm，制得抗高溫耐磨蝕的涂層。本例中涂層厚度為350μm，涂層的孔隙率為0.78％；涂層的平均顯微硬度為732HV0.2；涂層的結合強度度達62MPa；以普通的Fe-Cr-B涂層作為對比涂層，在900℃下本專利技術的涂層的磨損失重為對比涂層的0.25倍。高溫下的涂層仍表現出良好的抗磨損性能。實施例2噴涂基體采用20G鋼。選用規格為12mm(寬)×0.3mm(厚)的316L不銹鋼帶作為外皮，藥芯所含成分的質量百分比為：Cr：18wt％；B：10wt％；Ni：1.5％；CeO2：0.5wt％；Re：6wt％；Fe：余量。利用絲材軋制技術軋制絲材。粉芯絲材的填充率為32％。用丙酮將基材表面清洗干凈，并放于保溫箱內45℃烘干，除去其表面油漬污物。噴砂處理采用上述方式。采用超音速電弧噴涂本例中的粉芯絲材，空氣壓力為78PSI，丙烷壓力為76PSI，送絲率為25％，噴槍移動速度為550mm/s；噴涂距離為150mm，制得抗高溫耐磨蝕的涂層。本例中涂層厚度為450μm，涂層的孔隙率為0.83％；涂層的平均顯微硬度為741HV0.2；涂層的結合強度度達64MPa；以普通的Fe-Cr-B涂層作為對比涂層，在1000℃下本專利技術的涂層的磨損失重為對比涂層的0.21倍。高溫下的涂層仍表現出良好的抗磨損性能。實施例3噴涂基體采用12Cr1MoVG。選用規格為12mm(寬)×0.3mm(厚)的304L不銹鋼帶作為外皮，藥芯所含成分的質量百分比為：Cr：20wt％；B：7wt％；Ni：2％；CeO2：1wt％；Re：5wt％；Fe：余量。利用絲材軋制技術軋制絲材。粉芯絲材的填充率為33％。用丙酮將基材表面清洗干凈，并放于保溫箱內40℃烘干，除去其表面油漬污物。噴砂處理采用上述方式。采用超音速電本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種含CeO2和Re的抗高溫耐磨損的電弧噴涂粉芯絲材，其特征在于，該粉芯絲材由不銹鋼外皮包覆藥芯軋制而成；所述的藥芯所含成分的質量百分比為：Cr：15～25wt％；B：6～10wt％；Ni：1～3％；CeO2：0.5～2wt％；Re：5～10wt％；Fe：余量。

【技術特征摘要】
1.一種含CeO2和錸的抗高溫耐磨損的電弧噴涂粉芯絲材，其特征在于，該粉芯絲材由不銹鋼外皮包覆藥芯軋制而成；所述的藥芯所含成分的質量百分比為：Cr：15~25wt%；B：6~10wt%；Ni：1~3%；CeO2：0.5~2wt%；錸：5~10wt%；Fe：余量。2.根據權利要求1所述的含CeO2和錸的抗高溫耐磨損的電弧噴涂粉芯絲材，其特征在于，所述的不銹鋼外皮為304L不銹鋼帶或316L不銹鋼。3.根據權利要求1所述的含CeO2和錸的抗高溫耐磨損的電弧噴涂粉芯絲材，其特征在于，所述的粉芯絲材的填充率為30~35%。4.根據權利要求1所述的含CeO2和錸的抗高溫耐磨損的電弧噴涂粉芯絲材，其特征在于，所述的粉芯絲材外徑為2m...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳小明，吳燕明，周夏涼，趙堅，伏利，毛鵬展，
申請(專利權)人：水利部杭州機械設計研究所，
類型：發明
國別省市：浙江;33