CN101597736A

CN101597736A - 一种添加碳化硼的高硬度耐冲蚀粉芯丝材

Info

Publication number: CN101597736A
Application number: CNA2009100885292A
Authority: CN
Inventors: 魏琪; 高明; 李国栋; 李辉; 李红
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2009-07-03
Filing date: 2009-07-03
Publication date: 2009-12-09

Abstract

本发明属于材料加工工程中的热喷涂领域。本发明所提供的添加碳化硼的高硬度耐冲蚀粉芯丝材的粉芯的成分质量百分含量范围如下：B₄C：10～30％、Cr₃C₂：18～30％、硼铁：10～20％、高碳铬铁：0～13％、铝：0～5％、金属铬：15～25％、金属镍：5～15％，稀土：0～4％。采用电弧喷涂方法将本发明所提供的添加碳化硼的粉芯丝材制备成涂层时，涂层的硬度高，平均HV_0.1＞1200，耐冲蚀性能好。

Description

一种添加碳化硼的高硬度耐冲蚀粉芯丝材

技术领域

本发明涉及一种金属材料表面用耐冲蚀电弧喷涂粉芯丝材，属于材料加工工程中的热喷涂领域。本发明粉芯丝材主要应用于电站循环流化床锅炉管道的防护与修复。

背景技术

循环流化床锅炉大量使用含灰量高的劣质煤，使锅炉管道处于高温、飞灰、硫化、熔渣等恶劣环境中，所产生的烟气中含有大量硬质飞灰颗粒，这些飞灰颗粒随着烟气一道冲刷受热面管道时，使管壁减薄甚至“爆管”，造成泄露，严重影响电站运行的安全性和经济效益。更换管道成本太高，通过热喷涂涂层对管道进行防护，不仅可以延长管道寿命，而且也大大降低了管道维护的费用。其中，电弧喷涂制备耐冲蚀磨损涂层技术以其低成本和易于现场施工等优点而成为广泛使用的热喷涂技术。但是目前市场上的电弧喷涂丝材难以达到循环流化床锅炉受热面防冲蚀磨损的要求，其制备的涂层有的硬度高，但脆性大，容易大块剥落；有的具有较好的塑性和韧性，但是硬度低，在冲蚀磨损下涂层容易流失，效果均不理想。因此，有必要开发一种同时具有高硬度和良好塑性的涂层，满足循环流化床锅炉的防冲蚀磨损要求，延长涂层寿命，提高经济效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种添加碳化硼陶瓷的高硬度耐冲蚀磨损粉芯丝材，解决循环流化床锅炉管道的冲蚀磨损问题。

本发明所提供的添加碳化硼的高硬度耐冲蚀粉芯丝材的粉芯的成分及其质量百分含量如下：

B₄C：10～30％、Cr₃C₂：18～30％、硼铁：10～20％、高碳铬铁：0～13％、铝：0～5％、金属铬：15～25％、金属镍：5～15％，稀土：0～4％。

本发明的制备方法采用现有的粉芯丝材制备技术，包括以下步骤：

将10×0.3mm的304L不锈钢带轧成U型，再向U型槽中添加上述粉芯成分，填充率为30～35％。将U型槽合口，使粉芯成分包裹其中，通过拉丝模逐级拉拔、减径，最终使直径达到2.0mm。

采用电弧喷涂方法将本发明的粉芯丝材制备成涂层时，各组分的作用如下：

B₄C：生成高硬度的Cr₂B₃、Fe₂B和Fe₇C₃等硬质相，提高涂层硬度和耐冲蚀性能。Cr₃C₂：生成Cr₂B₃和Fe₇C₃等硬质相，提高涂层硬度、耐蚀性和耐冲蚀磨损性能。硼铁：生成高硬度的Cr₂B₃和Fe₂B等硬质相，提高涂层硬度和耐冲蚀磨损性能。高碳铬铁：提高涂层耐蚀性和抗氧化性，生成高硬度的Cr₂B₃和Fe₇C₃等硬质相，提高涂层硬度和耐冲蚀磨损性能。金属铬：提高涂层耐蚀性和抗氧化性，生成高硬度的Cr₂B₃等硬质相，提高涂层硬度和耐冲蚀磨损性能。金属镍：提高涂层耐蚀性和抗氧化性，增加涂层的结合强度。金属铝：提高涂层耐蚀性和抗氧化性，增加涂层的结合强度。稀土：提高涂层耐冲蚀磨损性能，增加涂层的结合强度。

采用电弧喷涂方法将本发明所提供的添加碳化硼的粉芯丝材制备成涂层时，涂层中含有较多的硼化物和碳化物硬质相，硬质相弥散分布在涂层中，使涂层具有较好塑的性和韧性的同时，硬度大幅度提高，提高了涂层的耐磨耐冲蚀性能。

附图说明

图1、采用实施例1-5中的粉芯丝材制备的涂层在650℃时30°和90°攻角下的单位面积失重量。

图2、采用实施例3中的粉芯丝材制备的涂层的XRD图。

具体实施方式

实施例1-5

将10×0.3mm的304L不锈钢带轧成U型，再向U型槽中添加粉芯成分，将U型槽合口，使粉芯成分包裹其中，通过拉丝模逐级拉拔、减径，最终使直径达到2.0mm，所得粉芯丝材的填充率和粉芯的成分及其质量百分含量如表1中所示。

表1实施例1-5中制备的粉芯丝材的填充率和粉芯的成分及质量百分含量

采用电弧喷涂方法将实施例1-5中得到的粉芯丝材制成涂层，喷涂工艺参数为：喷涂电流150～180A，喷涂电压28～32V，喷涂气体压力0.5～0.6MPa，喷涂距离150～180mm。并测定涂层的显微硬度和耐高温冲蚀磨损性能。

1)涂层的显微硬度采用HXD-1000数字式显微硬度计，载荷为100g，加载时间15s，在涂层横截面取十点打硬度，取其平均值。平均硬度值见表2中。由表2可知涂层的硬度高，平均HV_0.1＞1200。由图2可知涂层硬度高的原因主要是涂层中弥散分布了较多的Cr₂B₃、Fe₂B和Fe₇C₃等硬质相。

2)涂层的耐高温冲蚀磨损性能在尺寸为25×10×2mm的304L基体上喷涂，涂层厚度0.6～0.8mm，采用专利申请200910077010.4中公开的高温冲蚀磨损测试装置进行冲蚀实验，相同实验条件下取三个试样失重量的平均值。实验参数如下：温度650℃，冲蚀角度30°和90，送砂量300g/min，速度80m/s，冲蚀时间5min，砂粒为16目的棕刚玉。在实验前后，将试样放入盛有丙酮溶液的烧杯，用超声波清洗，通过冲蚀前后单位面积的失重量评价涂层的耐冲蚀磨损性能，并与工程中常用的Cr₃C₂型涂层的耐冲蚀磨损性能进行对比，其结果如图1所示。以Cr₃C₂型涂层的失重量与采用实施例中的粉芯丝材制成的涂层的失重量之比作为该配方的相对耐冲蚀磨损性，相对耐冲蚀性

相对耐冲蚀性见附表3。采用实施例中的粉芯丝材制成的涂层在30°冲蚀角时的相对耐冲蚀性是Cr₃C₂型涂层的1.6～3.5倍，90°冲蚀角时相对耐冲蚀性是Cr₃C₂型涂层的2.6～4.2倍。说明在较小冲蚀角和较大冲蚀角下，采用本发明的粉芯丝材制成的涂层的耐冲蚀性能均比Cr₃C₂型涂层好。

表2采用实施例1-5中的粉芯丝材制成的涂层的平均维氏硬度

表3采用实施例1-5中的粉芯丝材制成的涂层的相对耐冲蚀性

Claims

1、一种添加碳化硼的高硬度耐冲蚀粉芯丝材，其特征在于，所述的粉芯丝材的粉芯的成分及其质量百分含量如下：B₄C：10～30％、Cr₃C₂：18～30％、硼铁：10～20％、高碳铬铁：0～13％、铝：0～5％、金属铬：15～25％、金属镍：5～15％，稀土：0～4％。