阅读说明：本技术 一种锅炉受热面用层间冶金结合热喷涂涂层及制备方法 (Interlayer metallurgical bonding thermal spraying coating for boiler heating surface and preparation method ) 是由 李玉敏 刘立营 李太江 李巍 于 2019-10-09 设计创作，主要内容包括：一种锅炉受热面用层间冶金结合热喷涂涂层及制备方法,所述层间冶金结合热喷涂涂层的涂层材料为镍基自熔合金粉末,粉末粒径40-50微米；采用内送粉等离子喷涂方法,送粉位置距离喷枪出口15-25mm；通过控制送粉位置实现熔融液滴的过热,从而达到热喷涂涂层层间冶金结合；通过低熔点镍基自熔合金粉末的选择和控制粉末进入喷枪的位置,实现熔融液滴的过热的方式,获得了层间冶金结合、致密、基本无常规热喷涂涂层结构缺陷的热喷涂涂层。(a hot spraying coating for the interlayer metallurgical bonding of a boiler heating surface and a preparation method thereof are disclosed, wherein the coating material of the hot spraying coating for the interlayer metallurgical bonding is nickel-based self-fluxing alloy powder, and the particle size of the powder is 40-50 microns; adopting an internal powder feeding plasma spraying method, wherein the distance between the powder feeding position and the outlet of the spray gun is 15-25 mm; the overheating of the molten liquid drop is realized by controlling the powder feeding position, so that the interlayer metallurgical bonding of the thermal spraying coating is realized; the hot spraying coating which is interlaminar metallurgic bonded, compact and basically free of structural defects of the conventional hot spraying coating is obtained in a mode of overheating molten liquid drops by selecting low-melting-point nickel-based self-fluxing alloy powder and controlling the position of the powder entering a spray gun.)

一种锅炉受热面用层间冶金结合热喷涂涂层及制备方法

技术领域

本发明涉及一种提高涂层层间冶金结合的涂层及制备方法，尤其涉及一种锅炉受热面用层间冶金结合热喷涂涂层及制备方法。

背景技术

锅炉四管(水冷壁管、省煤器管、过热器管、再热器管)爆裂问题一直是影响电厂安全、稳定发电并造成巨大经济损失的主要原因之一。炉膛内部复杂的腐蚀气氛腐蚀所致的管壁减薄是导致锅炉四管爆裂的主要原因。特别是随着电站锅炉向高参数、大容量、高环保发展和国家对燃煤机组超低排放的要求日益严格，低NOx燃烧器和相应燃烧技术在我国电站锅炉的使用也日益增多。低NOx燃烧造成的主燃烧区欠氧使得该类型腐蚀存在着愈发严重的趋势。

热喷涂技术由于其设备轻便、工艺灵活、适应性强等优点使其被广泛用于锅炉四管现场腐蚀防护。但热喷涂涂层由于其固有的涂层微观结构，即涂层中存在大量未结合区域、裂纹、孔隙等，使其不能完全隔绝腐蚀介质(气氛、熔盐)。随着运行时间的进行，腐蚀介质沿着涂层中的微观缺陷(未结合区域、裂纹、孔隙等)能够直接穿过合金涂层直达锅炉四管，腐蚀在合金涂层的层下蔓延，致使合金涂层失去附着以至脱落，从而失去防护效果。

因此，随着低NOx燃烧器和相应燃烧技术在我国电站锅炉的使用，锅炉四管的腐蚀工况愈加恶劣。亟需更加致密、防腐性能更好的防护层及其制备方法。

发明内容

鉴于现有热喷涂技术制备涂层微观结构的缺陷，本发明的目的在于提供一种锅炉受热面用层间冶金结合热喷涂涂层及制备方法，通过该方法制备的涂层致密，层间冶金结合，对腐蚀气氛具有良好的抗蚀性能，并且对金属基材具有良好的粘结附着力。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锅炉受热面用层间冶金结合热喷涂涂层，所述层间冶金结合热喷涂涂层的涂层材料为镍基自熔合金粉末，粉末粒径较常规等离子喷涂粉末粒径范围窄，粉末粒径40-50微米；所述层间冶金结合热喷涂涂层的厚度达到1mm，且涂层内部为冶金结合。

所述层间冶金结合热喷涂涂层的热喷涂方法为内孔送粉大气等离子喷涂，其中，等离子喷枪为改进的内孔喷枪，喷枪工作段延长，送粉位置距离喷枪出口15-25mm，通过控制送粉位置实现熔融液滴的过热，从而达到热喷涂涂层层间冶金结合，形成致密的热喷涂涂层。

所述的锅炉受热面用层间冶金结合热喷涂涂层的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：对待喷涂镍基自熔合金粉末进行低温烘干，烘干温度不高于150℃；

步骤2：采用内孔送粉大气等离子喷涂设备喷涂防腐蚀涂层，该内孔送粉大气等离子喷涂设备的等离子喷枪采用工作段延长的内孔喷枪，送粉位置距离喷枪出口15-25mm；喷涂工艺参数为：电流为450-550A，电压为65-75V，Ar气流量为60-100L·min^-1，H₂气流量为7-15L·min^-1，喷涂距离为120-130mm；喷涂分多道进行至预期厚度。

层状结构(层间为结合区域、裂纹、孔隙等)是热喷涂涂层典型的微观结构，典型的微观结构(不致密)导致涂层应用受限，尤其对气氛、熔盐等具有穿透特性的腐蚀介质防护效果差，如何提高涂层致密性是一大难点。

本发明采用镍基自熔合金相较于纯镍等具有更低的熔点，更利于热喷涂过程中粉末吸热熔化，形成液滴。选用窄的粉末粒度范围，能够确保液滴大小的均匀性，更有利于控制液滴的过热温度，保证对已沉积凝固液滴的热量传输，从而使已沉积凝固液滴表面二次熔化，形成液滴间的冶金结合。

采用大气等离子喷涂工艺(等离子体中心温度上万度)能够保证粉末粒子充分熔化。采用内送粉方法，通过控制内送粉位置，比如，本发明中提及的喷枪工作段延长，送粉位置距离喷枪出口15-25mm，可以延长熔融液滴在高温段的停留时间，从而使得熔融液滴过热，高的过热温度能够保证过热液滴对已沉积凝固液滴表面一定深度的二次熔化，从而形成液滴和液滴间的冶金结合，随着液滴的不断累加，最终形成内部冶金结合的热喷涂涂层。

本发明通过低熔点镍基粉末的选择和控制粉末熔融过热程度达到液滴间层间冶金结合，从而获得致密、基本无常规热喷涂涂层结构缺陷的热喷涂涂层。与常规方法制备的镍基热喷涂涂层相比较，通过本发明制备的层间冶金结合的镍基热喷涂涂层，其耐高温腐蚀性能提高3倍以上。

本发明具有如下优点：

1)采用本发明所述的层间冶金结合的热喷涂涂层制备方法，制备出致密、基本无常规热喷涂涂层微观结构缺陷的热喷涂涂层，极大的提高了热喷涂涂层在气氛、熔盐等穿透性腐蚀介质中的服役寿命，拓展了热喷涂涂层应用范围；

2)本发明采用大气等离子喷涂设备，仅需合理控制内送粉位置就可实现液滴的过热，从而达到涂层层间冶金结合的目的，操作简单，不受施工场所、位置等的限制。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例1：针对某燃煤机组水冷壁发生腐蚀进行喷涂。首先，对水冷壁表面进行预处理去除表面腐蚀产物及污垢后，采用24目的棕刚玉进行喷砂，喷砂完成后对喷砂部位采用高压干燥空气进行清理。对待喷涂用镍基自熔合金粉末进行低温烘干，烘干温度120℃。采用内送粉大气等离子喷涂设备喷涂抗腐蚀层，其中，送粉位置距离喷枪出口16mm。喷涂工艺参数为：电流为450A，电压为65V，Ar气流量为60L·min-1，H2气流量为7L·min-1，喷涂距离为120mm；喷涂分多道进行至厚度为0.6mm。在喷涂过程中，送粉位置距离喷枪出口16mm，熔融液滴过热，形成内部冶金结合的热喷涂涂层。

实施例2：针对某燃煤机组水冷壁发生腐蚀进行喷涂。首先，对水冷壁表面进行预处理去除表面腐蚀产物及污垢后，采用24目的棕刚玉进行喷砂，喷砂完成后对喷砂部位采用高压干燥空气进行清理。对待喷涂用镍基自熔合金粉末进行低温烘干，烘干温度140℃。采用内送粉大气等离子喷涂设备喷涂抗腐蚀层，其中，送粉位置距离喷枪出口25mm。喷涂工艺参数为：电流为550A，电压为75V，Ar气流量为100L·min-1，H2气流量为15L·min-1，喷涂距离为130mm；喷涂分多道进行至厚度为1mm。在喷涂过程中，送粉位置距离喷枪出口25mm，熔融液滴过热，形成内部冶金结合的热喷涂涂层。