專利名稱：鑄鐵表面噴涂制備抗高溫硫化合金層的方法
技術領域：
本發明屬于金屬表面噴涂技術領域，具體涉及一種鑄鐵表面噴涂制備抗高 溫硫化合金層的方法。
背景技術：
鐵基材料(包括鋼和鑄鐵)的高溫硫化是煉油、石油化工、火力發電、煤 的氣化液化以及各種燃燒爐中普遍存在的一類高溫腐蝕。無論是在硫蒸汽還是 在H2S-H2混合氣氛中，鐵基合金抗高溫硫化腐蝕性能較差，迫切需要提高鐵基 材料表面的抗高溫硫化性能。
以生產CS2化學藥品的氣化反應爐為例。該爐內爐體由灰鑄鐵澆注而成， .為分體式結構，即為籠屜式結構。其失效機理為生產CS2的原料木炭及硫磺， 在氣化爐內加熱到850-950'C進行反應，反應中間產物有大量的S02,H2S氣體， 造成內爐體嚴重的高溫硫化腐蝕，鑄鐵爐壁迅速增厚，特別是籠屜接合面增厚 導致漏氣，從而使氣化爐報廢，使用壽命在7-10個月左右。通常建造新爐體需 要l-2個月。這不僅使設備費用增大，而且停工停產造成很大的經濟損失。因 此，提高鑄鐵表面的抗高溫硫化能力，其經濟意義十分重要。
目前國內外防止硫化腐蝕的方法集中在整體材料的選材上，主要是在現有 的Cr-Mo鋼、Fe-Cr 、 Fe-Cr-Ni等鋼種的基礎上通過微合金化來進一步改善 其抗硫化性能。如國外對700-I000。C溫度范圍，硫腐蝕最強烈的H2S-H2-H20 環境中，在常用的Fe-25Cr、 Fe-25Cr-Ni鐵基合金中添加2%A1 (或Si)，由于 在氧化膜和基體界面間產生八1203(或Si02)阻擋層，使硫難以擴散進入合金基 體中，從而改善了硫的腐蝕性，而且加入A1比加入Si更有效。我國針對硫化 環境幵發的含鋁和鉬鋼，例如15AlMoWTi， Cr6AlMo， 12AlMoV, 12Cr2AlMoV
4等在工業使用中均取得了成效。然而，整體選用合金材料，雖然能夠滿足抗高 溫硫化的性能要求，但勢必使制造成本大大增加。
隨著表面防護技術的不斷提高，采用合金涂層提高抗硫化腐蝕能力受到國
內外研究者的廣泛關注。如David, Toylor等研究中心針對汽輪機受硫化腐蝕最 嚴重的葉片，在其表面涂敷一層CoCrAlY。由于在其表面生成一種抑制Co生 成Co的硫化物的抗硫化腐蝕的o相、A1203和富Y相，從而改善了葉片的表面 熱腐蝕性。雖然Co基合金造價很高，但由于僅僅在葉片表面形成涂層，成本 則明顯降低。與CoCrAlY合金相比，Fe-Cr-Al合金價格低廉，且具備優良的抗 硫化、抗氧化性能。其機理主要是由于硫化鐵中含有穩定的尖晶石型FeCr2S4， 而且隨著Cr含量的增加，FeCr2S4含量增加，抗硫化性能會進一步提高。當Cr 含量大于12%時，抗H2S腐蝕速率明顯降低。Al的作用是由于形成的A1203 阻擋層抑制了基體金屬陽離子的向外擴散，從而減少了合金的腐蝕，尤其對 H2S的抗蝕效果最佳。如果能在鑄鐵表面成功制備FeCrAl合金涂層，將能夠大 大延長鑄鐵零部件在高溫硫化環境中的使用壽命。經檢索，有關在鑄鐵表面噴 涂制備FeCrAl合金以提高抗硫化腐蝕的方法未見有報道。
發明內容
本發明的目的是針對現有鑄鐵零部件表面抗高溫硫化性能差的問題，而研 制一種鑄鐵表面噴涂制備抗高溫硫化合金層的方法，本發明要解決的問題是提 出一種采用亞音速氧乙炔火焰粉末噴涂與高速電弧線材噴涂復合方法在鑄鐵 表面制備抗高溫硫化合金層的工藝方法。采用這種方法，可在鑄鐵零部件表面 獲得抗高溫硫化能力的合金涂層，滿足鑄鐵零部件在高溫硫化條件下使用的要 求。
本發明的主要技術方案是采用鎳鋁復合粉末作為打底層，用FeCrAl線材 作為工作層。具體地說，是在鑄鐵表面經過預處理后，采用亞音速氧乙炔焰熱 噴涂工藝對其進行打底層噴涂，在其上再采用高速電弧線材噴涂工藝進行工作層噴涂，以實現提高鑄鐵零部件表面的抗高溫硫化的目的。
本發明所述的在鑄鐵零部件表面噴涂制備抗高溫硫化合金層的方法，包括 以下步驟
第一步、噴涂前對鑄鐵工件表面進行預處理，預處理是指對鑄鐵工件待噴 涂表面進行噴砂處理或車削加工，以去除鑄鐵表面的油污和銹蝕，并使之露出 潔凈粗化的金屬表面；
第二步、采用亞音速氧乙炔焰熱噴涂方法對鑄鐵工件表面噴涂打底層，其 工藝參數為氧氣壓力0.4MPa 0.9MPa，乙炔壓力0.06 MPa 0.12MPa，噴涂 距離140mm 200mm，送粉量50g/min 100g/min，噴涂角度75° 90° ，獲 得的打底層厚度100"m 150um;
第三步、釆用高速電弧線材噴涂方法對鑄鐵工件表面噴涂工作層，其工藝 ^數為噴涂電壓32V 35V，噴涂電流160A 180A，噴涂距離180 220mm, 噴涂氣壓0.6 0.8MPa，噴涂角度75。 90° ，獲得的工作層厚度100 u m 150 tt m。
工作層以第三步方法和條件重復噴涂3 4層。
進一步，第二步所述的打底層采用鎳鋁復合粉末，粉末粒度為-100 +320 目，其成分以質量百分比計為Ni 78-90°/。wt， A110-22%wt。
進一步，第二步所述的工藝參數優選氧氣壓力0.5MPa 0.8MPa，乙炔 壓力0.08 MPa 0.10MPa，噴涂距離160mm 180mm，送粉量65g/min 《5g/min，噴涂角度80° 85。。
進一步，第三步所述的工作層為FeCrAl線材制備，線材直徑為^2mm， 其成分以質量百分比計為0 26%， A16%，其余為Fe。
進一步，第三步所述的工藝參數優選噴涂電壓33V 34V，噴涂電流 165A 175A，噴涂距離190 210mm，噴涂氣壓0.65 0.75MPa，噴涂角度為 80° 85° 。'本發明的積極效果是
1.本發明提出的在鑄鐵表面噴涂制備抗高溫硫化合金層的方法，是采用鎳 鋁復合粉末作為打底層，這種粉末為自發熱型材料，在噴涂過程中，當被火焰 加熱到鋁的熔點(660°C)以上時，Ni，Al之間化學反應劇烈，放出大量的熱量， 它一方面有利于涂層與鑄鐵基體獲得足夠的結合強度，另一方面也為在其上噴 涂工作層提供粗糙和潔凈的活性表面，有利于提高工作層與打底層之間的結合 強度。
，2.采用本發明所述的在鑄鐵表面噴涂制備抗高溫硫化合金層的方法獲得 的打底層和工作層，在高溫工況條件下，打底層與基體、打底層與工作層之間 會發生互擴散，形成冶金結合，結合強度進一步提高。
3. 采用本發明所述的在鑄鐵表面噴涂制備抗高溫硫化合金層的方法獲得 的打底層和工作層組織致密，孔隙率低，雙重防護層能有效阻止含硫氣體滲入 對鑄鐵基體的高溫腐蝕。
4. 本發明所述的在鑄鐵表面噴涂制備抗高溫硫化合金層的方法，由于合金 .層中的Al形成的八1203阻擋層抑制了基體金屬陽離子的向外擴散，從而減少了
合金的腐蝕，尤其對H2S的抗蝕效果最佳。Fe， Cr與S形成穩定的尖晶石型 FeCr2S4，而且隨著Cr含量的增加FeCr2S4含量增加，抗硫化性能進一步提高。 當Cr含量大于12%時，抗H2S腐蝕速率明顯降低。
5. 與整體抗高溫硫化材料相比，采用本發明所述的在鑄鐵表面噴涂制備抗 高溫硫化合金層的方法制備的鑄鐵零部件，成本低廉，且具有優良的抗高溫硫 化性、抗氧化性和良好的耐磨性等，能大大提高鑄鐵零部件在高溫硫化環境下 的使用壽命。同時，本發明所述的技術還具有操作簡便、適用性強的特點，可 節省高合金材料，便于推廣使用。
具體實施例方式
以下結合實施例對本發明作進一步的詳細說明。實施例l:
取厚度為40咖，直徑為0200mm的圓盤型鑄鐵件，在其表面噴涂制備抗高
溫硫化合金層的工藝步驟為
'第一步、對鑄鐵件表面進行車削加工，去除表面的油污和銹蝕，并使之露 出潔凈粗化的金屬表面。
第二步、采用亞音速氧乙炔焰熱噴涂方法，在鑄鐵件表面噴涂厚度為120 um 140um的鎳包鋁合金粉末打底層，打底層采用鎳包鋁復合粉末，粉末粒 度為-100 +320目，其成分以質量百分比計為Ni 78-82°/。wt， A118-22%wt; 工藝參數為氧氣壓力0.6MPa 0.8MPa，乙炔壓力0.08 MPa 0.10MPa，噴涂 距離160mm 180mm，送粉量80g 100g/min，噴涂角度80° 85° 。
第三步、采用高速電弧線材噴涂方法，在打底層上噴涂厚度為100um 120Pm的FeCrAl工作層，工作層為FeCrAl線材制備，線材直徑為^2mm， 其成分以質量百分比計為Cr26%， AI6%，其余為Fe;工作層重復噴涂3 4 層，工藝參數為噴涂電壓32V，噴涂電流160A,噴涂距離180 mm 200mm， 噴涂氣壓0.7MPa，噴涂角度80。 85° 。
實施例2:
取厚度為40mm，長、寬尺寸為300mraX200咖的鑄鐵板材，在其表面噴涂 制備抗高溫硫化合金層，工藝步驟為
'第一步、用手動砂輪打磨鑄鐵件表面，去除表面的油污和氧化皮，并使之 露出潔凈粗化的金屬表面。
第二步、采用亞音速氧乙炔焰熱噴涂方法，在鑄鐵件表面噴涂厚度為120 um 140ixm的鋁包鎳合金粉末打底層，打底層采用鋁包鎳復合粉末，粉末粒 度為-150 +320目，其成分以質量百分比計為Ni85-爆wt， Al 10-15%wt; 工藝參數為氧氣壓力0.5MPa 0.7MPa，乙炔壓力0.06 MPa 0.09MPa，噴涂 距離180mm 200mm,送粉量100g 120g/min，噴涂角度80° 85° 。第三步、采用高速電弧線材噴涂方法，在打底層上噴涂厚度為120um 140"m的FeCrAl工作層，工作層為FeCrAl線材制備，線材直徑為^2mm， 其成分以質量百分比計為Cr26%， A16°/。，其余為Fe;工作層重復噴涂3 4 層，工藝參數為噴涂電壓33V，噴涂電流170A，噴涂距離200 220mm，噴 涂氣壓0.8MPa，噴涂角度80。 85° 。
實施例3:
取厚度為50mra，長、寬尺寸為600mmX300 mm的鑄鐵板材，在其表面噴涂 制備抗高溫硫化合金層，工藝步驟為
第一步、用手動砂輪打磨鑄鐵件表面，去除表面的油污和氧化皮，并使之 露出潔凈粗化的金屬表面。
第二步、采用亞音速氧乙炔焰熱噴涂方法，在鑄鐵件表面噴涂厚度為120 um 140nm的鎳包鋁合金粉末打底層，打底層采用鎳包鋁復合粉末，粉末粒 度為-150 +320目，其成分以質量百分比計為Ni80%wt， A120%wt;工藝參 數為氧氣壓力0.7MPa 0，8MPa，乙炔壓力0.09 MPa 0.12MPa，噴涂距離 2'00mm 220mm，送粉量130g 150g/min，噴涂角度85。 90° 。
第三步、采用高速電弧線材噴涂方法，在打底層上噴涂厚度為130nm 150Pm的FeCrAl工作層，工作層為FeCrAl線材制備，線材直徑為02mm， 其成分以質量百分比計為Cr26%， A16%，其余為Fe;工作層重復噴涂3 4 層，工藝參數為噴涂電壓35V，噴涂電流180A，噴涂距離200 220mm,噴 涂氣壓0.8MPa，噴涂角度80。 85° 。
本發明的實施，能夠在鑄鐵零部件表面獲得結合牢固的FeCrAl合金噴涂 層，可用于鑄鐵零部件表面抗高溫硫化合金層的制備。
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權利要求
1、一種鑄鐵表面噴涂制備抗高溫硫化合金層的方法，其特征在于該方法包括以下步驟第一步、噴涂前對鑄鐵工件表面進行預處理，預處理是指對鑄鐵工件待噴涂表面進行噴砂處理或車削加工，以去除鑄鐵表面的油污和銹蝕，并使之露出潔凈粗化的金屬表面；第二步、采用亞音速氧乙炔焰熱噴涂方法對鑄鐵工件表面噴涂打底層，其工藝參數為氧氣壓力0.4MPa～0.9MPa，乙炔壓力0.06MPa～0.12MPa，噴涂距離140mm～200mm，送粉量50g/min～100g/min，噴涂角度為75°～90°，獲得的打底層厚度100μm～150μm；第三步、采用高速電弧線材噴涂方法對鑄鐵工件表面噴涂工作層，其工藝參數為噴涂電壓32V～35V，噴涂電流160A～180A，噴涂距離180～220mm，噴涂氣壓0.6～0.8MPa，噴涂角度75°～90°，獲得的工作層厚度100μm～150μm，工作層重復噴涂3～4層。
2、 根據權利要求1所述的鑄鐵表面噴涂制備抗高溫硫化合金層的 '方法，其特征在于第二步所述的打底層采用鎳鋁復合粉末，粉末粒度為-100 +320目，其成分以質量百分比計為Ni 78-90%wt，Al 10-22%wt。
3、根據權利要求1或2所述的鑄鐵表面噴涂制備抗高溫硫化合 金層的方法，其特征在于第二步所述的工藝參數優選氧氣壓力 0.5MPa 0.8MPa,乙炔壓力0.08 MPa 0.10MPa，噴涂距離160mm 180mm，送粉量65g/min 85g/min，噴涂角度為80° 85° 。
4、根據權利要求1所述的鑄鐵表面噴涂制備抗高溫硫化合金層的方法，其特征在于第三步所述的工作層為FeCrAl線材制備，線材直 徑為^2mm，其成分以質量百分比計為Cr26%， Al 6%,其余為Fe。
5、根據權利要求1或4所述的鑄鐵表面噴涂制備抗高溫硫化合金層 的方法，其特征在于第三步所述的工藝參數優選噴涂電壓33V 34V， 噴涂電流165A 175A，噴涂距離190 210mm，噴涂氣壓0.65 0.75MPa，噴涂角度為80° 85° 。
全文摘要
本發明屬于金屬表面噴涂技術領域，本發明提供了一種鑄鐵表面噴涂制備抗高溫硫化合金層的方法，包括以下步驟(1)噴涂前對鑄鐵工件表面進行預處理，并使之露出潔凈粗化的金屬表面；(2)采用亞音速氧乙炔焰熱噴涂方法對鑄鐵工件表面噴涂打底層，打底層采用鎳鋁復合粉末；(3)采用高速電弧線材噴涂方法對鑄鐵工件表面噴涂FeCrAl工作層。本發明所述的技術具有操作簡便、適用性強的特點，可節省高合金材料，便于推廣使用。與整體抗高溫硫化材料相比，采用本發明方法制備的鑄鐵零部件，成本低廉，且具有優良的抗高溫硫化性和良好的耐磨性等，能大大提高鑄鐵零部件在高溫硫化環境下的使用壽命。
文檔編號C23C4/12GK101575693SQ20091006521
公開日2009年11月11日 申請日期2009年6月18日 優先權日2009年6月18日
發明者蘇永安, 袁慶龍 申請人:河南理工大學