CN109338162A

CN109338162A - 一种用于提高热电厂锅炉管道界面结合强度的镍钽合金材料

Info

Publication number: CN109338162A
Application number: CN201811374421.5A
Authority: CN
Inventors: 徐霖; 张强; 陆琪琪; 赵磊; 张学峰; 李驾
Original assignee: Changshu Pufa No2 Thermoelectricity Energy Co Ltd
Current assignee: Changshu Pufa No2 Thermoelectricity Energy Co Ltd
Priority date: 2018-11-19
Filing date: 2018-11-19
Publication date: 2019-02-15

Abstract

本发明涉及防腐合金涂层技术领域，具体涉及一种用于提高热电厂锅炉管道界面结合强度的镍钽合金材料。该镍钽合金材料，由如下组分组成制得，按重量百分比计，Ta：5%～10%、Ti：5%‑10%、Al：1%‑5%、Cr：5%～10%，余量为Ni和不可避免的杂质元素。本发明所制备的镍钽合金材料作为界面涂层，通过中间界面涂层的作用提高基体与耐磨涂层的结合强度，保证了耐磨层NiCr合金涂层在高温下表面易形成Cr₂O₃膜，膜更致密，耐腐蚀更好。本发明选用配方设计的镍钽合金材料作为界面合金，实现了解决基体与合金涂层的界面结合强度问题。喷涂材料后，避免发生爆管事故，提高管道运行时间。镍塑性好，其与管道匹配好。

Description

一种用于提高热电厂锅炉管道界面结合强度的镍钽合金材料

技术领域

本发明涉及热电厂锅炉管道防腐合金材料技术领域，具体涉及一种用于提高热电厂锅炉管道界面结合强度的镍钽合金材料。

背景技术

垃圾焚烧是目前垃圾处理的一种主要手段，但是垃圾成分非常复杂，有机物含量高，同时含有大量Cl、S和碱金属等有害物质，这些成分在高温焚烧后会导致锅炉金属受热面腐蚀严重。高温高压和腐蚀磨损等因素以及非正常运行引起锅炉管道早期爆管已成为影响发电行业安全运行的主要因素。事故发生率地增加，限制了垃圾焚烧技术的推广和发展。因此，解决垃圾焚烧锅炉高温腐蚀的问题至关重要。

采用热喷涂技术对锅炉管进行预防是一种延长锅炉正常运转周期的有效手段。在国内，目前主要采用的喷涂保护技术有：喷铝保护，由于铝的熔点低为 660.4℃，在低温环境下效果不错，但其抗蠕变强度低，耐磨性差，高温高压锅炉“四管”等零部件往往同时需要承受一定的磨损作用，这些因素使喷铝后的保护作用不理想；喷焊Ni-W合金涂层，虽然喷焊层结合良好，磨损和腐蚀轻微，但其工艺不足之处是重熔温度过高，造成管子变形，大面积使用有困难；国内也有采用渗铝、渗铬进行防护的，但热浸工艺一般只适用于单一元素组成的涂层，而该方法所要求的较高的工作温度对于基体材料的组织结果和性能均会产生一定的影响，且防护效果欠佳。同国外相比，我国在锅炉管防护方面的工作起步较晚，缺乏适用于锅炉运转的恶劣工况且同时具有优良的抗高温腐蚀性能的涂层材料。

专利申请CN101260487A公开了一种含钛高铬镍合金，其成分组成按重量百分数计：15%≤Cr≤25%，1%≤Ti≤5%，1%≤Si≤6%，0＜C%≤0.20%，20%≤ Ni ≤ 55%，0.5%≤ Re≤6%，0＜Al≤ 6%，0＜S≤ 0.035%，0＜P ≤0.035%，0＜Mn ≤0.2%，余量为Fe。该专利取得了一定的改进效果，但其含铬量较高，易导致其涂层的结合性能不好，界面结合较弱，经过一段时间使用后易剥落。

同时，专利申请CN 102808108 公开了一种锅炉管道防护涂层材料的制备方法，该专利制备的涂层材料具有优异的抗氧化、硫化、氮化及氢化性能，并且与基体结合力强，使用寿命长的特点，取得了比较好的技术效果。但该专利的发明点也只是在于粉末的配方组成以及该粉末的制备方法，在使用时，也是直接热喷涂于基体上形成防护涂层，因此防护涂层与基体的界面结合强度有限。

专利申请CN 108796334 A公开了一种用于电厂锅炉管道的耐高温腐蚀的合金涂层，其提到了界面层为镍钽合金，但其仅仅是提到了，并没有公开镍钽合金的组成及其制备方法，现有技术技术中也未有镍钽合金的制备方法的报道。

该专利申请是本发明申请人的先前工作，为了更好地解决基体与合金涂层的界面结合强度的问题，因此，本发明进一步设计了一种镍钽合金材料作为界面合金。

发明内容

本发明针对现有技术中防护合金防护涂层与基体的界面结合强度有限的技术问题而提供一种适用于国内垃圾焚烧电厂锅炉管道的界面结合强度的镍钽合金涂层。该镍钽合金涂层为中间界面层，其与基体及耐腐蚀层的结合性好，保证了防护涂层在高温烟气氛围下的抗氧化、耐腐蚀性、耐脱落的能力。

实现本发明目的而采用的技术方案为：一种用于提高热电厂锅炉管道界面结合强度的镍钽合金材料，该镍钽合金材料，由如下组分组成制得，按重量百分比计，Ta：5%～10%、Ti：5%-10%、Al：1%-5%、Cr：5%～10%，余量为Ni和不可避免的杂质元素。

优选地，本发明所述的镍钽合金材料，由如下步骤制得：

1）采用Ti-Ta中间合金、Al- Cr中间合金和镍锭按照组分比例进行熔炼并精炼制备涂层材料合金锭；

2）将制备的合金锭放到坩埚中，加热融化，然后以氦气为雾化气体进行雾化制粉；

3）对制备的雾化粉末进行筛分，制得200目的合金粉末，即为镍钽合金材料。

优选地，本发明的镍钽合金作为界面层，该界面层热喷涂于基体表面，该界面层表面设置一耐磨层，所述耐磨层为NiCr合金涂层，所述NiCr合金涂层由如下组分组成制得，按重量百分比计，Ni：30%～45%、Cr：50%～65%、氧化镧：1%～3%、纳米颗粒SiN：1%～5%、碳化硼：2%～5%。

优选地，本发明所述NiCr合金涂层由如下组分组成制得，按重量百分比计，Ni：30%、Cr：65%、氧化镧：2%、纳米SiN：1%、碳化硼：2%。

优选地，本发明所述NiCr合金涂层由如下组分组成制得，按重量百分比计，Ni：45%、Cr：50%、氧化镧：1%、纳米SiN：2%、碳化硼：2%。

优选地，本发明所述NiCr合金涂层由如下组分组成制得，按重量百分比计，Ni：35%、Cr：52%、氧化镧：3%、纳米SiN：5%、碳化硼：5%。

更优选地，本发明所述的纳米SiN由如下步骤制得：将硅粉和三聚氰胺按质量比1：2混合均匀，装入石墨模具中，在氮气保护下，以反应压力20MPa和反应温度1600℃的条件，反应15分钟，反应结束后随炉冷却至室温，即制得所需的纳米SiN。

更优选地，本发明所述的碳化硼由如下步骤制得：将一定量的碳化硼粉、碳粉、羟甲基纤维素、聚乙烯醇和去离子水混合球磨制浆，经喷雾造粒后压制成为坯体，将坯体在真空条件下高温烧结，得到所需的氮化硼。

更优选地，本发明所述的碳化硼粉、碳粉、羟甲基纤维素、聚乙烯醇和去离子水，按重量份数计，碳化硼粉100份、碳粉10份、羟甲基纤维素5份、聚乙烯醇10份、去离子水200份。

更优选地，本发明所述的高温烧结，烧结条件为：烧结温度1800℃，烧结时间1小时。

与现有技术相比，本发明的技术优点在于：

1）本发明公开了镍钽合金的组成及其制备工艺，加入配方量的钽（Ta）元素后，其与镍能够形成的镍钽合金相，具有强化界面的结合强度的作用。同时所引入的钽元素，能够提高合金涂层的耐热耐磨和耐腐蚀性。

2）本发明所制备的镍钽合金材料作为界面涂层，通过中间界面涂层的作用提高基体与耐磨涂层的结合强度，保证了耐磨层NiCr合金涂层在高温下表面易形成Cr₂O₃膜，膜更致密，耐腐蚀更好。

3）本发明选用配方设计的镍钽合金材料作为界面合金，实现了解决基体与合金涂层的界面结合强度问题。喷涂材料后，避免发生爆管事故，提高管道运行时间。镍塑性好，其与管道匹配好。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步地描述。

实施例1

Ni-7Ta-6Ti-4Al-8Cr镍钽合金材料组成：Ta：7%、Ti：6%、Al：4%、Cr：8%，余量为Ni和不可避免的杂质元素

3）对制备的雾化粉末进行筛分，制得200目的合金粉末，即为Ni-7Ta-6Ti-4Al-8Cr镍钽合金材料。

实施例2

Ni-10Ta-10Ti-5Al-5Cr镍钽合金材料组成：Ta：10%、Ti：10%、Al：5%、Cr：5%，余量为Ni和不可避免的杂质元素

3）对制备的雾化粉末进行筛分，制得200目的合金粉末，即为Ni-10Ta-10Ti-5Al-5Cr镍钽合金材料。

实施例3

Ni-5Ta-5Ti-1Al-10Cr镍钽合金材料组成：Ta：5%、Ti：5%、Al：1%、Cr：1%，余量为Ni和不可避免的杂质元素

3）对制备的雾化粉末进行筛分，制得200目的合金粉末，即为Ni-5Ta-5Ti-1Al-10Cr镍钽合金材料。

实施例4

将实施例1-3所制得的镍钽合金材料作为界面层热喷涂于管道表面，同时在改界面层的另一面设置一耐磨层，所述耐磨层为NiCr合金涂层。该NiCr合金涂层由如下组分组成制得，按重量百分比计，Ni：30%、Cr：65%、氧化镧：2%、纳米SiN：1%、碳化硼：2%。

实施例5

将实施例1-3所制得的镍钽合金材料作为界面层热喷涂于管道表面，同时在改界面层的另一面设置一耐磨层，所述耐磨层为NiCr合金涂层。该NiCr合金涂层由如下组分组成制得，按重量百分比计，Ni：45%、Cr：50%、氧化镧：1%、纳米SiN：2%、碳化硼：2%。

实施例6

将实施例1-3所制得的镍钽合金材料作为界面层热喷涂于管道表面，同时在改界面层的另一面设置一耐磨层，所述耐磨层为NiCr合金涂层。该NiCr合金涂层由如下组分组成制得，按重量百分比计，Ni：35%、Cr：52%、氧化镧：3%、纳米SiN：5%、碳化硼：5%。

实施例4～6中所述的纳米SiN优选由如下步骤制得：将将硅粉和三聚氰胺按质量比1：2混合均匀，装入石墨模具中，在氮气保护下，以反应压力20MPa和反应温度1600℃的条件，反应15分钟，反应结束后随炉冷却至室温，即制得所需的纳米SiN。

实施例4～6中所述的碳化硼优选由如下步骤制得：将碳化硼粉100份、碳粉10份、羟甲基纤维素5份、聚乙烯醇10份、去离子水200份混合球磨制浆，经喷雾造粒后压制成为坯体，将坯体在真空条件下高温烧结，烧结温度1800℃，烧结时间1小时，得到所需的氮化硼。

Claims

1.一种用于提高热电厂锅炉管道界面结合强度的镍钽合金材料，其特征在于：该镍钽合金材料，由如下组分组成制得，按重量百分比计，Ta：5%～10%、Ti：5%-10%、Al：1%-5%、Cr：5%～10%，余量为Ni和不可避免的杂质元素。

2.根据权利要求1所述的一种用于提高热电厂锅炉管道界面结合强度的镍钽合金材料，其特征在于：所述的镍钽合金材料，由如下步骤制得：

3.根据权利要求1所述的一种用于提高热电厂锅炉管道界面结合强度的镍钽合金材料，其特征在于：该镍钽合金材料作为界面层，该界面层热喷涂于基体表面，该界面层表面设置一耐磨层，所述耐磨层为NiCr合金涂层，所述NiCr合金涂层由如下组分组成制得，按重量百分比计，Ni：30%～45%、Cr：50%～65%、氧化镧：1%～3%、纳米颗粒SiN：1%～5%、碳化硼：2%～5%。

4.根据权利要求3所述的一种用于提高热电厂锅炉管道界面结合强度的镍钽合金材料，其特征在于：所述NiCr合金涂层由如下组分组成制得，按重量百分比计，Ni：30%、Cr：65%、氧化镧：2%、纳米SiN：1%、碳化硼：2%。

5.根据权利要求3所述的一种用于提高热电厂锅炉管道界面结合强度的镍钽合金材料，其特征在于：所述NiCr合金涂层由如下组分组成制得，按重量百分比计，Ni：45%、Cr：50%、氧化镧：1%、纳米SiN：2%、碳化硼：2%。

6.根据权利要求3所述的一种用于提高热电厂锅炉管道界面结合强度的镍钽合金材料，其特征在于：所述NiCr合金涂层由如下组分组成制得，按重量百分比计，Ni：35%、Cr：52%、氧化镧：3%、纳米SiN：5%、碳化硼：5%。

7.根据权利要求3～6任一项所述的一种用于提高热电厂锅炉管道界面结合强度的镍钽合金材料，其特征在于：所述的纳米SiN由如下步骤制得：将硅粉和三聚氰胺按质量比1：2混合均匀，装入石墨模具中，在氮气保护下，以反应压力20MPa和反应温度1600℃的条件，反应15分钟，反应结束后随炉冷却至室温，即制得所需的纳米SiN。

8.根据权利要求1～4任一项所述的一种用于电厂锅炉管道的耐高温腐蚀的合金涂层，其特征在于：所述的碳化硼由如下步骤制得：将一定量的碳化硼粉、碳粉、羟甲基纤维素、聚乙烯醇和去离子水混合球磨制浆，经喷雾造粒后压制成为坯体，将坯体在真空条件下高温烧结，得到所需的氮化硼。

9.根据权利要求6所述的一种用于电厂锅炉管道的耐高温腐蚀的合金涂层，其特征在于：所述的碳化硼粉、碳粉、羟甲基纤维素、聚乙烯醇和去离子水，按重量份数计，碳化硼粉100份、碳粉10份、羟甲基纤维素5份、聚乙烯醇10份、去离子水200份。

10.根据权利要求6所述的一种用于电厂锅炉管道的耐高温腐蚀的合金涂层，其特征在于：所述的高温烧结，烧结条件为：烧结温度1800℃，烧结时间1小时。