一種料漿法制備鋁硅共滲涂層的滲層厚度控制方法與流程
本發明屬于鍋爐用管滲鋁硅涂層制備工藝領域，涉及一種料漿法制備鋁硅共滲涂層的滲層厚度控制方法。
背景技術：
鍋爐受熱面(水冷壁、過熱器、再熱器和省煤器，又稱鍋爐“四管”)為鍋爐中負責回收燃煤煙氣能量、加熱蒸汽、實現能量轉化的關鍵部件。高參數電站鍋爐“四管”的失效原因中，爐管外部因煤粉燃燒造成的煙氣腐蝕與爐管內部高溫蒸汽氧化腐蝕占有重要地位，也是引起鍋爐爆漏事故的本質原因之一。而火力發電廠機組的高蒸汽參數、高效率化發展，使得鍋爐管服役工況更加復雜、苛刻，其使用材料在更高要求下的使用性能也需要進一步驗證和改進。
表面改性技術是通過改變材料或工件表面的化學成分或組織結構以強化零件或材料表面的技術，能夠改善高溫合金的高溫氧化腐蝕性能。相比開發更高等級的受熱面材料，表面改性技術可以在不降低合金基體力學性能的基礎上顯著提高鍋爐管的抗氧化、腐蝕性能，不僅解決現役鍋爐管合金的氧化/腐蝕問題，同時將為奧現役材料能繼續服役于更高參數機組提供技術支撐。
實踐證明，在鍋爐用管表面制備滲鋁涂層對提高鍋爐管的抗高溫氧化、腐蝕性能具有顯著效果，但是單一鋁化物涂層一般脆性較高，各種元素如鉻、硅、鉑等改性的鋁化物涂層的研究大量涌現。其中硅改性的鋁化物涂層表現出了優異的抗熱腐蝕性能，加上易于制備和成本低廉，在各相關工業領域的高溫防護中占據重要地位。
但是在制備鋁硅滲層的過程中，容易出現滲鋁硅層厚度不均勻情況，目前眾多的滲鋁硅涂層制備工藝中，還沒有一種方法能夠精確控制滲層厚度，尤其是滲層內層。研究者們大都采用不斷調整參數、反復試驗最終得到試驗范圍內較優工藝參數，這種方法用時長、效率低，對不合格的試樣均采取報廢處理，從而導致生產成本高、經濟實用性差等問題。除此之外，獲得的最優參數范圍在已取研究點下具有一定的含義，而如果另取研究點則存在無法保證確切精度的可能性，這樣一來使用范圍與精確度就無法確定了。
技術實現要素：
本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種料漿法制備鋁硅共滲涂層的滲層厚度控制方法，該方法能夠準備控制鋁硅共滲涂層的滲層厚度。
為達到上述目的，本發明所述的料漿法制備鋁硅共滲涂層的滲層厚度控制方法，制備滲鋁硅涂層的具體步驟為：1)對待滲鋁硅試件進行預處理，再對待滲鋁硅試件的表面均勻噴涂料漿，然后再進行自然風干；2)將自然風干后的待滲鋁硅試件置于烘箱中烘干固化；3)將烘干固化后的待滲鋁硅試件進行燒結，并在氬氣或空氣氛圍下進行熱處理，然后再冷卻至室溫，完成滲鋁硅涂層的制備；
包括以下步驟：通過控制制備滲鋁硅涂層的過程中的燒結溫度T及燒結時間t完成對料漿法制備鋁硅共滲涂層的滲層厚度控制，其中，滲鋁硅涂層的厚度S的表達式為：
S＝aT3+bT2+cT+dt+e*104
其中，a、b、c、d及e與基材材料相關的常數。
對待滲鋁硅試件進行預處理的具體操作為：將待滲鋁硅試件進行除油及除銹，然后放置到200℃的電阻爐中進行預熱20min。
對待滲鋁硅試件的表面噴涂料漿，然后再進行自然風干的具體操作為：將待滲鋁硅試件放置到操作臺上，再將攪拌均勻的漿料倒入噴槍中，待噴槍噴出均勻的漿料后，再用噴槍在待滲鋁硅試件的表面噴涂漿料，噴涂完成后再進行自然風干。
步驟2)的具體操作為：將自然風干后的待滲鋁硅試件放置到烘箱中進行烘干，再在200℃的溫度下固化2h，烘干過程中的溫度為70-110℃，烘干所用時間大于等于20min。
步驟3)中將烘干固化后的待滲鋁硅試件進行燒結的具體操作為：將烘干固化后的待滲鋁硅試件放置到870-1100℃的管式爐中，然后再在氬氣或空氣氛圍熱處理30-240min，然后隨爐冷卻至室溫。
通過酸洗液對待滲鋁硅試件進行除油及除銹，酸洗液為硫酸、鹽酸及OP乳化劑的混合液，酸洗液的溫度為80～95℃。
漿料中Al和Si的質量濃度之和為500g/L，漿料噴涂的厚度為0.05-0.5mm，噴涂次數為1-5遍。
本發明具有以下有益效果：
本發明所述的料漿法制備鋁硅共滲涂層的滲層厚度控制方法在具體操作時，在待滲鋁硅試件表面均勻噴涂漿料，再烘干固化，然后再進行燒結，在具體操作時，可以通過調節燒結溫度T及燒結時間t來控制鋁硅共滲涂層的厚度S，即S＝aT3+bT2+cT+dt+e*104，避免生產浪費，降低生產生成本，完善滲鋁硅工藝，提高企業的生產效率及經濟效益。
附圖說明
圖1為實施例一所對應的滲層組織微觀形貌圖；
圖2為實施例二所對應的滲層組織微觀形貌圖；
圖3為實施例三所對應的滲層組織微觀形貌圖；
圖4為實施例四所對應的滲層組織微觀形貌圖；
圖5為實施例五所對應的滲層組織微觀形貌圖；
圖6為實施例六所對應的滲層組織微觀形貌圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述：
本發明所述的料漿法制備鋁硅共滲涂層的滲層厚度控制方法，其特征在于，制備滲鋁硅涂層的具體步驟為：1)對待滲鋁硅試件進行預處理，再對待滲鋁硅試件的表面均勻噴涂料漿，然后再進行自然風干；2)將自然風干后的待滲鋁硅試件置于烘箱中烘干固化；3)將烘干固化后的待滲鋁硅試件進行燒結，并在氬氣或空氣氛圍下進行熱處理，然后再冷卻至室溫，完成滲鋁硅涂層的制備；
包括以下步驟：通過控制制備滲鋁硅涂層的過程中的燒結溫度T及燒結時間t完成對料漿法制備鋁硅共滲涂層的滲層厚度控制，其中，滲鋁硅涂層的厚度S的表達式為：
S＝aT3+bT2+cT+dt+e*104
其中，a、b、c、d及e與基材材料相關的常數。
對待滲鋁硅試件進行預處理的具體操作為：將待滲鋁硅試件進行除油及除銹，然后放置到200℃的電阻爐中進行預熱20min。
對待滲鋁硅試件的表面噴涂料漿，然后再進行自然風干的具體操作為：將待滲鋁硅試件放置到操作臺上，再將攪拌均勻的漿料倒入噴槍中，待噴槍噴出均勻的漿料后，再用噴槍在待滲鋁硅試件的表面噴涂漿料，噴涂完成后再進行自然風干。
步驟2)的具體操作為：將自然風干后的待滲鋁硅試件放置到烘箱中進行烘干，再在200℃的溫度下固化2h，烘干過程中的溫度為70-110℃，烘干所用時間大于等于20min。
步驟3)中將烘干固化后的待滲鋁硅試件進行燒結的具體操作為：將烘干固化后的待滲鋁硅試件放置到870-1100℃的管式爐中，然后再在氬氣或空氣氛圍熱處理30-240min，然后隨爐冷卻至室溫。
通過酸洗液對待滲鋁硅試件進行除油及除銹，酸洗液為硫酸、鹽酸、OP乳化劑的混合液，酸洗液的溫度為80～95℃。
漿料中Al和Si的質量濃度之和為500g/L，漿料噴涂的厚度為0.05-0.5mm，噴涂次數為1-5遍。
實施例一
待滲鋁硅試件為適用于鍋爐用管Super304H，在待滲鋁硅試件上噴涂的漿料厚度為0.3mm，所需鋁硅滲層內層厚度為37μm，根據滲層厚度S與燒結溫度T、燒結時間t之間的數學模型S＝a*T3+b*T2+c*T+d*t+e*104，其中，a＝-5.726，b＝0.165，c＝-157.873，d＝8.689，e＝4.999，得到燒結的溫度為870℃，燒結時間為240min，經操作得到深度為36μm的鋁硅滲層內層。
實施例二
待滲鋁硅試件為適用于鍋爐用管Super304H，在待滲鋁硅試件上噴涂的漿料厚度為0.23mm，所需鋁硅滲層內層厚度為76μm，根據滲層厚度S與燒結溫度T、燒結時間t之間的數學模型S＝a*T3+b*T2+c*T+d*t+e*104，其中，a＝-5.726，b＝0.165，c＝-157.873，d＝8.689，e＝4.999，得到燒結的溫度為950℃，燒結時間為240min，經操作得到深度為73μm的鋁硅滲層內層。
實施例三
待滲鋁硅試件為適用于鍋爐用管Super304H，在待滲鋁硅試件上噴涂的漿料厚度為0.35mm，所需鋁硅滲層內層厚度為26μm，根據滲層厚度S與燒結溫度T、燒結時間t之間的數學模型S＝a*T3+b*T2+c*T+d*t+e*104，其中，a＝-5.726，b＝0.165，c＝-157.873，d＝8.689，e＝4.999，得到燒結的溫度為910℃，燒結時間為120min，經操作得到深度為28μm的鋁硅滲層內層。
實施例四
待滲鋁硅試件為適用于鍋爐用管TP347HFG，在待滲鋁硅試件上噴涂的漿料厚度為0.5mm，所需鋁硅滲層內層厚度為39μm，根據滲層厚度S與燒結溫度T、燒結時間t之間的數學模型S＝a*T3+b*T2+c*T+d*t+e*104，其中，a＝-3.736、b＝0.110、c＝-107.030、d＝10.352、e＝3.443，得到燒結的溫度為950℃，燒結時間為60min，經操作得到深度為38μm的鋁硅滲層內層。
實施例五
待滲鋁硅試件為適用于鍋爐用管TP347HFG，在待滲鋁硅試件上噴涂的漿料厚度為0.13mm，所需鋁硅滲層內層厚度為43μm，根據滲層厚度S與燒結溫度T、燒結時間t之間的數學模型S＝a*T3+b*T2+c*T+d*t+e*104，其中，a＝-3.736、b＝0.110、c＝-107.030、d＝10.352、e＝3.443，得到燒結的溫度為910℃，燒結時間為45min，經操作得到深度為45μm的鋁硅滲層內層。
實施例六
待滲鋁硅試件為適用于鍋爐用管TP347HFG，在待滲鋁硅試件上噴涂的漿料厚度為0.37mm，所需鋁硅滲層內層厚度為120μm，根據滲層厚度S與燒結溫度T、燒結時間t之間的數學模型S＝a*T3+b*T2+c*T+d*t+e*104，其中，a＝-3.736、b＝0.110、c＝-107.030、d＝10.352、e＝3.443，得到燒結的溫度為1100℃，燒結時間為30min，經操作得到深度為124μm的鋁硅滲層內層。
將各實施例實驗結果進行統計分析，如表1所示。
表1
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