[发明专利]一种耐高温冲蚀磨损Fe/Mo-Sialon基陶瓷复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过添加钼铁和硅铁合金粉制备耐高温冲蚀磨损Fe/Mo-Sialon基陶瓷复合材料及其方法，属于特种陶瓷和高温复合材料技术领域。

背景技术

工业中存在的冲蚀磨损现象较多并且危害巨大，例如：石油化工厂烟气发电设备中，高温烟气夹带的破碎催化剂粉粒对回收过热气流能量的涡轮机叶片和相关过流件等会造成严重的冲蚀磨损；火力发电厂煤粉锅炉燃烧尾气对换热器管道的冲蚀磨损而造成的破坏大致占管道破坏的1/3；循环流化床锅炉、固体垃圾焚烧炉等燃烧固体物料的热处理装置的受热面和内衬材料长期经受高温冲蚀磨损，使其寿命严重缩短，需要经常停炉维修，而且有些停炉故障是不可预见的，给企业造成较大的经济损失，并且对稳定安全的电力供应以及人们的日常生活等都带来严重的威胁。

循环流化床锅炉系统是最为典型的长期经受高温气固两相流冲蚀磨损的大型设备。循环流化床锅炉的燃烧方式和传统锅炉不同，它是通过高速运行的气流带动固体物料在炉膛内燃烧，并经过物料分离设备和再循环设备将物料送返炉膛，达到高效燃烧的目的。燃料中未燃尽的小颗粒(主要是难熔的矿物)以及脱硫用石灰石颗粒和其反应产物的颗粒，在炉膛—旋风分离器—回料阀—炉膛这一封闭的循环回路处于不停的高温循环流动中，床料在重力作用下沿炉膛内四壁不断的进行内循环，并对相应部位的耐火材料内衬进行着强烈的冲蚀磨损，会导致耐火材料和相应管道的磨损失效造成停炉事故。

目前循环流化床锅炉布风板风帽、给煤口、槽型分离器及返料管与返料风帽承受高温冲蚀磨损的部件主要以低碳钢、耐热合金钢和硬质合金为主，成本价格高，普遍存在承受的温度相对较低，高温耐磨性能较差，部件高温下易变形，不耐氧化腐蚀，使用寿命短的问题。由于其特殊的燃烧方式及其受热面(水冷壁、过热器、再热器、省煤器等)长期工作在高温(500-1200℃)、固体颗粒(2-500um的飞灰)冲蚀、烟气(CO₂、CO、H₂S、SO₂、HCl等)腐蚀的恶劣环境中，循环流化床锅炉极易产生高温磨损和腐蚀，使受热面管壁变薄甚至磨穿而爆管。这不仅严重影响锅炉的安全运行，而且可造成巨大的经济损失，是目前急待解决的一个技术难题。可见，循环流化床锅炉的高温气固两相流冲蚀磨损防护显得十分重要和必要。

目前，国内外在耐高温冲蚀磨损材料方面大多数采用的是耐热合金钢以及Al₂O₃系列陶瓷。Al₂O₃系列陶瓷虽然能够满足耐高温的要求，但它普遍存在脆性大、高温热稳定性欠佳和韧性差的缺点，在高能量频繁冲击和高温的工况使用条件下很容易造成大块结构剥落并导致使用寿命较短的问题；采用耐磨合金和特殊情况下采用硬质合金，普遍存在耐高温腐蚀性能较差、价格昂贵、高温下(尤其在超过1000℃的条件下)合金组织塑性软化导致耐磨损能力较差、材料使用寿命短的缺陷，也不能很好地满足实际高温生产和高温技术进步的要求。

对于陶瓷等脆性材料而言，断裂韧性是影响材料耐冲蚀磨损性能的一个主要因素。研究发现，断裂韧性的影响大于硬度的影响，也就是说在一定范围内，即使硬度相对较低，韧性好的脆性材料抗冲蚀能力仍然较高，这一结论已经得到了证实。改善先进陶瓷材料的韧性是提高其耐高温气固两相流冲蚀磨损性能的一条重要技术途径。

研究已经说明，Sialon基先进陶瓷材料具有高的强度、硬度、耐高温和耐腐蚀等优异性能并在耐磨零部件上使用已经表现出优秀的抗冲蚀磨损性能，但仍然存在脆性较大的缺点。因此，本发明在先进结构陶瓷的最新研究成果的基础上，借助粉末冶金、金属陶瓷和耐高温陶瓷复相材料的工艺原理和技术思想，创新性地通过加入合金制备耐高温冲蚀磨损Fe/Mo-Sialon基陶瓷材料，较大地提高了Sialon基陶瓷材料的韧性，以代替合金钢或硬质合金制备循环流化床锅炉易磨损部件(风帽、给煤口、槽型分离器及返料管与返料风帽等)，并以耐磨罩、耐磨瓦或耐磨涂层的形式作为锅炉“四管”(水冷壁、过热器、再热器、省煤器)高温气固两相流冲蚀磨损防护材料。

发明内容