一种复合结构的耐高温防腐蚀防结焦涂层及喷涂方法
阅读说明：本技术 一种复合结构的耐高温防腐蚀防结焦涂层及喷涂方法 (High-temperature-resistant anti-corrosion anti-coking coating with composite structure and spraying method ) 是由 张伟 于 2021-09-08 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种复合结构的耐高温防腐蚀防结焦涂层及喷涂方法,包括涂于金属管壁表面的金属涂层和喷涂于金属涂层表面的陶瓷涂层,金属涂层由金属复合粉体经热喷涂形成,金属复合粉体包括重量比为10-20:1的合金粉和氧化锆微粉；陶瓷涂层由陶瓷复合粉体经冷喷涂于金属涂层表面形成,陶瓷复合粉体按照重量份数包括以下组分：碳化硅微粉30-50份、氧化铝微粉10-25份、氧化锆微粉15-35份和硼化锆微粉10-20份。本发明的金属涂层中氧化锆微粉通过分子嵌入的方式镶嵌在金属涂层内起到调节热膨胀系数的作用,使外层和金属管壁的连接紧密,不仅能提高涂层与管壁的结合力,还能起到一定的防腐蚀效果。本发明的陶瓷涂层过常温喷涂后在高温下使用形成陶瓷膜达到防腐防结焦的效果。(The invention relates to a high-temperature-resistant anti-corrosion anti-coking coating with a composite structure and a spraying method thereof, and the coating comprises a metal coating coated on the surface of a metal pipe wall and a ceramic coating sprayed on the surface of the metal coating, wherein the metal coating is formed by thermally spraying metal composite powder, and the metal composite powder comprises alloy powder and zirconia micro powder with the weight ratio of 10-20: 1; the ceramic coating is formed by cold spraying ceramic composite powder on the surface of a metal coating, wherein the ceramic composite powder comprises the following components in parts by weight: 30-50 parts of silicon carbide micro powder, 10-25 parts of alumina micro powder, 15-35 parts of zirconia micro powder and 10-20 parts of zirconium boride micro powder. The zirconium oxide micro powder in the metal coating is embedded in the metal coating in a molecular embedding mode to play a role in adjusting the thermal expansion coefficient, so that the outer layer and the wall of the metal pipe are tightly connected, the binding force between the coating and the wall of the pipe can be improved, and a certain anti-corrosion effect can be achieved. The ceramic coating of the invention can be sprayed at normal temperature and then used at high temperature to form a ceramic membrane, thus achieving the effects of corrosion resistance and coking resistance.)
技术领域
本发明涉及金属涂层技术领域，具体涉及一种复合结构的耐高温防腐蚀防结焦涂层及喷涂方法。
背景技术
燃煤锅炉在燃煤燃烧过程中，水冷壁管道受热面结焦，过热器、再热器管道积灰，使锅炉换热效率下降，排烟温度升高，能耗增加，且管道受热面易由于结焦严重产生硫酸盐腐蚀，缩短锅炉使用寿命等。以上这些问题会严重影响锅炉安全、经济运行。现有的金属涂层只具有防磨兼顾一定的延缓腐蚀的效果，不具备解决高温锅炉内壁防高温腐蚀防结焦和提高换热性能的问题；陶瓷涂层具有较好的防腐蚀和防结焦效果，但由于和锅炉内金属管壁热膨胀系数不匹配，结合力不够，耐磨性不如金属涂层好，要提高涂层的综合使用寿命和性能，还需要寻找一个比较理想的方法。
发明内容
本发明的目的是为解决上述技术问题及不足，提供一种复合结构的耐高温防腐蚀防结焦涂层及喷涂方法。
本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种复合结构的耐高温防腐蚀防结焦涂层，包括涂于金属管壁表面的金属涂层和喷涂于金属涂层表面的陶瓷涂层，所述金属涂层由金属复合粉体经热喷涂形成，金属复合粉体包括重量比为10-20:1的合金粉和氧化锆微粉；所述陶瓷涂层由陶瓷复合粉体经冷喷涂于金属涂层表面形成，陶瓷复合粉体按照重量份数包括以下组分：碳化硅微粉30-50份、氧化铝微粉10-25份、氧化锆微粉15-35份和硼化锆微粉10-20份。
一种复合结构的耐高温防腐蚀防结焦涂层的喷涂方法，包括以下步骤：
步骤一、按照10-20:1的重量比取合金粉和氧化锆微粉，混合均匀，得到金属复合粉体，备用；分别取碳化硅微粉、氧化铝微粉、氧化锆微粉和硼化锆微粉，混合均匀，得到陶瓷复合粉体，备用；
步骤二、先对高温锅炉的内壁进行清理，然后进行喷砂处理；
步骤三、先将高温锅炉内壁预热至60-80℃，并将金属复合粉体装入热喷涂设备中，然后对高温锅炉的内壁进行热喷涂，喷涂后晾置，即完成金属涂层的喷涂；
步骤四、将陶瓷复合粉体装入冷喷涂设备中，然后在金属涂层晾置至20-100℃时对金属涂层表面进行冷喷涂，喷涂后晾置，即完成陶瓷涂层的喷涂；
步骤五、陶瓷涂层晾置结束后进行加热处理，先加热至100℃，保持3-10min，继续加热至200-300℃，保持5-20min，加热完成后的涂层即为复合结构的耐高温防腐蚀防结焦涂层。
作为本发明一种复合结构的耐高温防腐蚀防结焦涂层的喷涂方法的进一步优化，所述的热喷涂为火焰喷涂、激光熔覆、电弧喷涂、等离子喷涂、堆焊方式中的任意一种。
作为本发明一种复合结构的耐高温防腐蚀防结焦涂层的喷涂方法的进一步优化，所述的冷喷涂设备为超音速冷喷涂机。
作为本发明一种复合结构的耐高温防腐蚀防结焦涂层的喷涂方法的进一步优化，所述的冷喷涂设备的载气种类为氮气，载气压力为2.5-4MPa，载气温度为500-650℃，载气流量为200-350Nm3/h。
作为本发明一种复合结构的耐高温防腐蚀防结焦涂层的喷涂方法的进一步优化，所述陶瓷涂层喷涂完成后晾置24-72h再进行加热处理。
作为本发明一种复合结构的耐高温防腐蚀防结焦涂层的喷涂方法的进一步优化，所述金属涂层的厚度为100-300μm，陶瓷涂层的厚度为100-300μm。
本发明具有以下有益效果：
一、本发明的金属涂层中的合金粉通过热熔融的方式粘附在金属管壁表面，氧化锆微粉加入到合金粉中，通过分子嵌入的方式镶嵌在金属涂层内起到调节热膨胀系数的作用，使外层和金属管壁的连接紧密，不仅能提高涂层与管壁的结合力，还能起到一定的防腐蚀效果。本发明的陶瓷涂层过常温喷涂后在高温下使用形成陶瓷膜达到防腐防结焦的效果，陶瓷粉通过冷喷的方式涂覆到金属涂层表面，主要是解决锅炉金属管壁的腐蚀和结焦的问题，还可以增加换热。
二、本发明的陶瓷涂层晾置结束后进行加热处理，分阶段加热能够使涂层的耐高温、防腐蚀、防结焦性能更加稳定。
具体实施方式
下面将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
一种复合结构的耐高温防腐蚀防结焦涂层，包括涂于金属管壁表面的金属涂层和喷涂于金属涂层表面的陶瓷涂层，所述金属涂层由金属复合粉体经热喷涂形成，金属复合粉体包括重量比为20:1的合金粉和氧化锆微粉；所述陶瓷涂层由陶瓷复合粉体经冷喷涂于金属涂层表面形成，陶瓷复合粉体按照重量份数包括以下组分：碳化硅微粉50份、氧化铝微粉25份、氧化锆微粉35份和硼化锆微粉20份。
一种复合结构的耐高温防腐蚀防结焦涂层的喷涂方法，包括以下步骤：
步骤一、按照20:1的重量比取合金粉和氧化锆微粉，混合均匀，得到金属复合粉体，备用，所述的合金粉包括Cr、W、Co、Zr、Ce、Mn等；分别取碳化硅微粉、氧化铝微粉、氧化锆微粉和硼化锆微粉，混合均匀，得到陶瓷复合粉体，备用；
步骤二、先对高温锅炉的内壁进行清理，然后进行喷砂处理；
步骤三、先将高温锅炉内壁预热至60-80℃，并将金属复合粉体装入热喷涂设备中，热喷涂为火焰喷涂，然后对高温锅炉的内壁进行热喷涂，喷涂后晾置，即完成金属涂层的喷涂；
步骤四、将陶瓷复合粉体与溶剂、结合剂和分散剂混合后装入冷喷涂设备中(溶剂为去离子水，结合剂为水性丙烯酸树脂，分散剂为三聚磷酸钠)，冷喷涂设备为超音速冷喷涂机，冷喷涂设备的载气种类为氮气，载气压力为2.5MPa，载气温度为500℃，载气流量为200Nm3/h；然后在金属涂层晾置至60-80℃时对金属涂层表面进行冷喷涂，喷涂后晾置，即完成陶瓷涂层的喷涂；
步骤五、喷涂完成后晾置24h再进行加热处理，先加热至100℃，保持3min，继续加热至200℃，保持5min，加热完成后的涂层即为复合结构的耐高温防腐蚀防结焦涂层。
本实施例喷涂的所述金属涂层的厚度为300μm，陶瓷涂层的厚度为150μm。
实施例2
一种复合结构的耐高温防腐蚀防结焦涂层，包括涂于金属管壁表面的金属涂层和喷涂于金属涂层表面的陶瓷涂层，所述金属涂层由金属复合粉体经热喷涂形成，金属复合粉体包括重量比为15:1的合金粉和氧化锆微粉；所述陶瓷涂层由陶瓷复合粉体经冷喷涂于金属涂层表面形成，陶瓷复合粉体按照重量份数包括以下组分：碳化硅微粉40份、氧化铝微粉20份、氧化锆微粉25份和硼化锆微粉15份。
一种复合结构的耐高温防腐蚀防结焦涂层的喷涂方法，包括以下步骤：
步骤一、按照15:1的重量比取合金粉和氧化锆微粉，混合均匀，得到金属复合粉体，备用，所述的合金粉包括Cr、W、Co、Zr、Ce、Mn等；分别取碳化硅微粉、氧化铝微粉、氧化锆微粉和硼化锆微粉，混合均匀，得到陶瓷复合粉体，备用；
步骤二、先对高温锅炉的内壁进行清理，然后进行喷砂处理；
步骤三、先将高温锅炉内壁预热至60-80℃，并将金属复合粉体装入热喷涂设备中，热喷涂为等离子喷涂，然后对高温锅炉的内壁进行热喷涂，喷涂后晾置，即完成金属涂层的喷涂；
步骤四、将陶瓷复合粉体与溶剂、结合剂和分散剂混合后装入冷喷涂设备中(溶剂为去离子水，结合剂为水性丙烯酸树脂，分散剂为三聚磷酸钠)，冷喷涂设备的载气种类为氮气，载气压力为4MPa，载气温度为650℃，载气流量为350Nm3/h；然后在金属涂层晾置至80-100℃时对金属涂层表面进行冷喷涂，喷涂后晾置，即完成陶瓷涂层的喷涂；
步骤五、喷涂完成后晾置72h再进行加热处理，先加热至100℃，保持10min，继续加热至300℃，保持20min，加热完成后的涂层即为复合结构的耐高温防腐蚀防结焦涂层。
本实施例喷涂的所述金属涂层的厚度为200μm，陶瓷涂层的厚度为180μm。
实施例3
一种复合结构的耐高温防腐蚀防结焦涂层，包括涂于金属管壁表面的金属涂层和喷涂于金属涂层表面的陶瓷涂层，所述金属涂层由金属复合粉体经热喷涂形成，金属复合粉体包括重量比为10-20:1的合金粉和氧化锆微粉；所述陶瓷涂层由陶瓷复合粉体经冷喷涂于金属涂层表面形成，陶瓷复合粉体按照重量份数包括以下组分：碳化硅微粉30-50份、氧化铝微粉10-25份、氧化锆微粉15-35份和硼化锆微粉10-20份。
一种复合结构的耐高温防腐蚀防结焦涂层的喷涂方法，包括以下步骤：
步骤一、按照12:1的重量比取合金粉和氧化锆微粉，混合均匀，得到金属复合粉体，备用，所述的合金粉包括Cr、W、Co、Zr、Ce、Mn等；分别取碳化硅微粉、氧化铝微粉、氧化锆微粉和硼化锆微粉，混合均匀，得到陶瓷复合粉体，备用；
步骤二、先对高温锅炉的内壁进行清理，然后进行喷砂处理；
步骤三、先将高温锅炉内壁预热至60-80℃，并将金属复合粉体装入热喷涂设备中，热喷涂为电弧喷涂，然后对高温锅炉的内壁进行热喷涂，喷涂后晾置，即完成金属涂层的喷涂；
步骤四、将陶瓷复合粉体与溶剂、结合剂和分散剂混合后装入冷喷涂设备中(溶剂为去离子水，结合剂为水性丙烯酸树脂，分散剂为六偏磷酸钠)，冷喷涂设备为超音速冷喷涂机，冷喷涂设备的载气种类为氮气，载气压力为3MPa，载气温度为550℃，载气流量为300Nm3/h；然后在金属涂层晾置至70-90℃时对金属涂层表面进行冷喷涂，喷涂后晾置，即完成陶瓷涂层的喷涂；
步骤五、喷涂完成后晾置48h再进行加热处理，先加热至100℃，保持5min，继续加热至300℃，保持10min，加热完成后的涂层即为复合结构的耐高温防腐蚀防结焦涂层。
本实施例喷涂的所述金属涂层的厚度为230μm，陶瓷涂层的厚度为200μm。
实施例数据
以下结合实施例1-3对本发明的防腐蚀防结焦涂层效果进行验证：
一、涂层的防结焦效果
高温锅炉内壁涂层的防结焦效果可以从炉膛出口温度和排烟温度两方面进行对比检验，选择三个锅炉，编号锅炉1、2、3，分别采用实施例1、2、3的方式进行喷涂。在喷涂本发明之前，锅炉的炉膛出口温度平均为950℃，排烟温度大于150℃，喷涂本发明防结焦涂层以后，每周记录一次炉膛出口温度和排烟温度，记录结果如下表1所示：
经统计，前15周3个锅炉的炉膛出口温度明显降低，15周以后略有回升；排烟温度均低于150℃，说明本发明的涂层防结焦效果显著。
二、涂层的耐高温防腐蚀效果
上述工作了4个多月的锅炉1、锅炉2和锅炉3，停工后检查锅炉内壁，锅炉1、锅炉2无明显腐蚀现象，锅炉3有轻微腐蚀痕迹。经统计，喷涂本发明涂层后的锅炉负荷得到提升8.0％，耗煤量降低9.0％，锅炉运行安全稳定。
综上所述，本发明的耐高温防腐蚀防结焦涂层性能稳定，经过喷涂方法处理使涂层的耐高温、防腐蚀、防结焦性能更加显著。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
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