CN101191225B

CN101191225B - 一种防腐耐磨涂层及其涂覆方法

Info

Publication number: CN101191225B
Application number: CN2006101186268A
Authority: CN
Inventors: 徐建明; 张焕荣
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2011-05-11
Anticipated expiration: 2026-11-22
Also published as: CN101191225A

Abstract

本发明公开一种防腐耐磨涂层及其涂覆方法，其包括：1.采用的涂层材料的成分质量百分比为，C≤0.5、Cr 16～26、Ni 3.5～9.5、Mo 1.0～4.0、B 0.5～4.5、Si 0.5～4.5、Cu 1.0～4.0、Mn 0～2.0、稀土Re 0.01～1.5、余量为Fe和不可避免杂质；2.对金属基体表面进行预处理达到工艺需求；3.在基体表面采用热喷涂，在喷枪上设置与喷涂焰流平行的多只环绕喷枪的空气冷却喷嘴；喷枪移动速度为150～400mm/s，工件表面温度控制在＜150℃，最终在基体表面形成非晶态不锈钢保护涂层；4.清理涂层表面杂物，涂层封孔处理。本发明解决了酸性潮湿环境中特别是在有Cl^-离子和粉尘颗粒存在下冲刷腐蚀的防护问题。

Description

一种防腐耐磨涂层及其涂覆方法

技术领域

本发明涉及金属部件表面强化处理技术，特别涉及一种防腐耐磨涂层及其涂覆方法。

背景技术

高炉炉顶煤气压力能量回收透平机(简称TRT)，煤气净化采用湿式除尘方法时，近饱和湿度的存在，会在金属部件上形成局部水膜，发生氯离子的富积，煤气中含有的固体颗粒冲刷磨损与氯离子的交互作用，引起较严重的冲刷腐蚀现象产生，在透平机转子轴部、动叶片、静叶片及其根部等过流部位，发生较大面积的腐蚀坑和冲刷磨损沟痕，影响到设备的预期使用寿命，缩短了设备的检修周期。

现有解决这类在酸性潮湿环境中的腐蚀磨损问题的技术如下：

日本专利JP10130805是采用等离子喷涂TiO₂粉末使基体表面形成氧化物涂层来进行防护；日本专利JP2001335913是通过调整喷涂工艺抑制TiO₂粉末在等离子喷涂过程中由a-TiO₂结构向r-TiO₂结构转变，达到提高涂层耐蚀性的目的，但等离子喷涂设备辅助设施复杂，不适合现场的大面积喷涂施工。

日本专利JP60215753是采用在金属基体上喷涂NiCrBSi自熔性合金，随后将其加热到近1100℃进行涂层重熔和扩散处理，使涂层晶体组织均相并消除孔隙，提高涂层的耐蚀性，但对于大型构件难以进行大面积高温重熔处理，同时存在高温处理后构件变形的可能。日本专利JP55115941是采用NiCoCrAl合金粉末，热喷涂形成低膨胀系数的抗热震涂层，用于气体透平机耐高温氧化与热腐蚀。

专利申请号WO0144533是分别在合金AlSi、AlCu、NiCrFeMoCoW、CoNiCrAlY基体中掺入云母相以提高气体透平机耐高温氧化和抗磨损性能，以适应不同温度下的使用需求，但这类方法不适用于潮湿的酸性腐蚀磨损环境。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防腐耐磨涂层及其涂覆方法，解决酸性潮湿环境中特别是在有Cl^-离子和粉尘颗粒存在下冲刷腐蚀的防护问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种防腐耐磨涂层，其成分质量百分比为，

C ≤0.5

Cr 16～26

Ni 3.5～9.5

Mo 1.0～4.0

B 0.5～4.5

Si 0.5～4.5

Cu 1.0～4.0

稀土RE 0.01～1.5

余量为Fe和不可避免杂质。

进一步，还包含Mn 0～2.0，以质量百分比计。

又，所述的稀土RE包括Ce、La、Y。

在本发明中，

铬，在不锈钢中的作用主要在于提高钢的耐腐蚀性能，主要是因为铬在氧化以后可以在不锈钢表面形成一层Cr₂O₃的保护膜，可以有效的阻止外界酸碱因子的进入和继续腐蚀。

镍，在不锈钢中的作用一方面可以体现在其耐腐蚀性上，另一方面方面也可以极大的改进不锈钢的机械性能，一定量的镍能够改变钢的微观组织结构。

加入适量硼、硅元素后，能够明显降低合金的固液相温度，使合金具有较宽的固-液相区间，有利于非晶态合金的形成，随着硼、硅元素的增加，其硬度随之增加，但过高的硼含量不利于与基体金属的结合，硅溶解于基体中，起固溶强化作用。钼、铜，可显著提高合金在非氧化性酸中的耐蚀性。

锰与镍同样能够改变钢的微观组织结构，改善组织的稳定性。稀土元素RE的加入，使非晶态合金的热力学稳定性提高，抑制了再结晶的形成，同时，稀土元素RE还能够改善了钝化膜的塑性和韧性，提高耐蚀性能。

本发明的防腐耐磨涂层的涂覆方法，其包括如下步骤：

1)采用的涂层材料的成分质量百分比为，C≤0.5、Cr 16～26、Ni 3.5～9.5、Mo 1.0～4.0、B 0.5～4.5、Si 0.5～4.5、Cu 1.0～4.0、Mn 0～2.0、稀土RE 0.01～1.5、余量为Fe和不可避免杂质；

2)对金属基体表面进行加热、喷砂粗化和压缩空气吹尘处理使表面粗糙度和清洁度达到热喷涂施工需求；

3)在经过预处理的基体表面采用热喷涂，形成非晶态金属合金保护涂层；其中，在喷枪上设置与喷涂焰流平行的多只环绕喷枪的空气冷却喷嘴；喷枪移动速度为150～400mm/s，形成涂层逐层叠加，工件表面温度控制在＜150℃，最终在基体表面形成非晶态不锈钢保护涂层；

4)随后清理涂层表面毛刺以及清除表面杂物，当喷涂表面温度降至50～60℃时，刷涂封闭剂进行涂层封孔处理。

进一步，所述的涂层材料成丝材或粉末状。

又，步骤3)所述的喷嘴到工件的喷涂距离为75～150mm。

步骤3)每层厚度为0.05～0.10mm。

步骤4)刷涂的封闭剂为环氧、酚醛或硅酮树脂型液态封闭剂。

在喷枪上设置与喷涂焰流平行的多只环绕喷枪的空气冷却喷嘴呈等角度对称分布。

另，喷枪上设置至少4只空气冷却喷嘴。

本发明针对酸性潮湿状态下，有固体粒子存在，损伤情况较为复杂的不同腐蚀状况，采用热喷涂工艺方法和加入稀土的FeCrNiMoBZE系列非晶态不锈钢喷涂材料，在易损伤部位表面形成耐腐蚀、抗冲刷磨损的非晶态金属涂层，经过有机封孔剂和涂料处理后，达到耐腐蚀抗磨损的目的。涂层由非晶态金属合金层和有机封孔剂组成。

本发明金属部件表面强化处理方法具有以下特点：

(1)热喷涂工艺设备操作方便，喷涂效率高，成本较低，对于不易移动工件，能够进行现场大面积施工。

(2)非晶态不锈钢涂层与金属基体的结合强度高，不需要喷涂结合底层，与晶态金属相比非晶态金属涂层具有较高的强度和硬度，耐磨损性能增强，同时，由于非晶态组织原子是随机状态排列，没有晶界和位错等晶态金属存在的晶格缺陷，减少了腐蚀形成路径，耐蚀性能提高。

(3)喷涂材料中的稀土元素RE的加入，使非晶态合金的热力学稳定性提高，抑制了再结晶的形成，同时，改善了钝化膜的塑性和韧性，提高耐蚀性能，涂层材料可以制成丝材或粉末以适应不同喷涂设备的工艺需求。

(4)在热喷涂过程中，喷枪上设置与喷涂焰流平行的4只以上环绕喷枪呈等角度对称分布冷却喷嘴，形成环状空气冷却带，加快涂层的冷却，避免涂层组织向晶态的转变。

(5)由于热喷涂层都存在一定的空隙，有害物资渗入与基体作用会造成涂层的破坏，采用封孔剂处理，能够有效地阻隔腐蚀介质对金属材料的侵蚀，提高涂层的防护效果。

具体实施方式

实施例参见表1。

表1

单位：质量百分比

实施例	C	Cr	Ni	Mo	B	Si	Cu	Mn	Ce	La	Y	Fe
													1	0.07	21.1	7.12	3.4	2.5	1.35	1.98	1.92	0.046			余量
2	0.10	22.2	6.81	3.8	2.3	1.25	2.10	0			0.038	余量
													3	0.05	17.5	5.70	2.9	1.9	1.37	2.83	1.98			0.029	余量
4	0.08	25.7	8.04	1.8	3.4	3.00	3.24	0	0.058			余量
													5	0.49	16.2	3.57	1.2	4.3	0.54	3,86	1.99		0.146		余量
6	0.06	21.4	9.48	3.9	0.6	4.40	1.12	0		0.014		余量

在喷涂过程中喷枪上设置4只以上空气冷却喷嘴，涂层厚度为0.20～0.90mm；厚度为0.10～0.50mm。有机封孔膜厚度为1～20μm，有机防腐涂层厚度为0.05～0.30mm。整个复合涂层厚度在0.25～1.20mm。

制作复合涂层的方法是在金属基体上采用热喷涂技术形成涂层，喷涂前采用加热、喷砂和压缩空气清理的方法对金属基体表面进行毛化和清洁处理，以保证涂层与基体的良好结合。在经过预处理的基体表面上喷涂金属防护层，厚度为0.20～0.90mm；刷涂、喷涂或滚涂环氧、酚醛或硅酮树脂型液态封闭剂，进行涂层封孔处理，有机封孔膜厚度为1～20μm，形成对工件的复合保护。

电弧喷涂工艺方法，首先对加工工件进行加热打磨除去腐蚀产物和水分，有腐蚀坑要进行焊补，用20目棕刚玉砂对金属基体表面进行喷砂粗化和压缩空气吹尘处理，使表面粗糙度和清洁度达到热喷涂施工需求，随后采用电弧喷涂FeCrNiMoBCe非晶态不锈钢丝材，在喷涂过程中喷枪上设置与喷涂焰流平行的4只环绕喷枪呈等角度对称分布的空气冷却喷嘴，喷涂距离75～150mm，喷枪移动速度为150～400mm/s，形成涂层逐层叠加，每层厚度约为0.05～0.10mm，工件表面温度应控制在＜150℃，最终在基体表面形成厚度0.5mm的非晶态不锈钢保护涂层，随后用不锈钢刷清理涂层表面毛刺，干燥压缩空气清除表面杂物，当喷涂表面温度降至50～60℃时，刷涂酚醛树脂型液态封闭剂进行涂层封孔处理，刷涂三遍，第一遍施工保证涂料充分渗入，后两遍待涂料表面干燥后进行，酚醛树脂层厚度10μm。复合防护层厚度≥0.5mm。

采用上述本发明的热喷涂工艺方法，对高炉煤气余压能量回收透平机主要部件进行腐蚀防护处理，取得了良好的现场使用效果，透平机***的年修周期由此前的不到一年延长到一年半以上。

Claims

1.一种防腐耐磨涂层，其成分质量百分比为，

C ≤0.5％

Cr 16～26％

Ni 3.5～9.5％

Mo 1.0～4.0％

B 0.5～4.5％

Si 0.5～4.5％

Cu 1.0～4.0％

稀土RE 0.01～0.146％

余量为Fe和不可避免杂质；而且，涂层为非晶态金属合金保护涂层。

2.如权利要求1所述的防腐耐磨涂层，其特征是，还包含Mn，0＜Mn≤2.0％，以质量百分比计。

3.如权利要求1所述的防腐耐磨涂层，其特征是，所述的稀土RE包括Ce、La、Y。

4.如权利要求1或2所述的防腐耐磨涂层的涂覆方法，其包括如下步骤：

1)采用的涂层材料的成分质量百分比为，C≤0.5％、Cr 16～26％、Ni3.5～9.5％、Mo 1.0～4.0％、B 0.5～4.5％、Si 0.5～4.5％、Cu 1.0～4.0％、Mn 0～2.0％、稀土RE 0.01～0.146％、余量为Fe和不可避免杂质；

3)在经过预处理的基体表面采用热喷涂，形成非晶态金属合金保护涂层；其中，在喷枪上设置至少4只与喷涂焰流平行的环绕喷枪的空气冷却喷嘴，且，空气冷却喷嘴呈等角度对称分布；喷嘴到工件的喷涂距离为75～150mm，喷枪移动速度为150～400mm/s，形成的涂层逐层叠加，每层厚度为0.05～0.10mm，工件表面温度控制在＜150℃，最终在基体表面形成非晶态金属合金保护涂层；

4)清理涂层表面毛刺以及清除表面杂物，当喷涂表面温度降至50～ 60℃时，刷涂封闭剂进行涂层封孔处理。

5.如权利要求4所述的防腐耐磨涂层的涂覆方法，其特征是，所述的涂层材料成丝材或粉末状。

6.如权利要求4所述的防腐耐磨涂层的涂覆方法，其特征是，步骤4)刷涂的封闭剂为环氧、酚醛或硅酮树脂型液态封闭剂。