[发明专利]在锅炉管外表面形成熔覆层的双粉芯丝及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，特别是提供了一种在锅炉管外表面形成金属陶瓷熔覆层的双粉芯丝及其制备方法。

背景技术

在燃煤火力发电厂中，锅炉四管(即水冷壁管、过热器管、再热器管、省煤器管)的磨损与腐蚀是长期困扰发电行业安全经济运行的重要问题。据统计，由于锅炉四管爆裂引起的非计划停运事故占火电厂全部非计划停运事故的60％左右。

在各种燃煤锅炉中，循环流化床锅炉水冷壁管的磨损问题尤为突出。循环流化床锅炉炉内受热面包括膜式水冷壁、双面水冷壁以及全分隔墙水冷壁等，其磨损是目前锅炉运行中普遍存在的问题。当流化床锅炉燃用劣质煤(煤矸石掺烧比例大、灰分高)时，水冷壁管的磨损问题更加突出，锅炉频繁爆管，给电厂带来了巨大的经济损失。循环流化床锅炉水冷壁管的磨损主要集中在炉膛下部卫燃带与水冷壁管过渡区域、炉膛四周角落等区域和不规则区域。炉膛下部卫燃带与水冷壁管过渡区域管壁的磨损原因为：(1)沿炉膛内壁面下流的固体物料在交界区域产生流动方向的改变，因而对水冷壁管产生冲刷磨损；(2)在过渡区域内由于沿壁面下流的固体物料与炉内向上运动的固体物料运动方向相反，在局部产生涡旋流，对水冷壁管产生磨损。炉膛四周角落区域管壁的磨损原因为：角落区域内壁面向下流动的固体物料密度比较高，同时流动状态也受到破坏。不规则区域管壁(如温度计、差压计等处穿墙管等)磨损的主要原因为：不规则管壁对局部流动特性造成较大的扰动。

现有燃煤锅炉水冷壁管防磨的主要技术包括：

(1)采用热喷涂技术(主要为电弧喷涂技术)在管壁受热面喷涂耐磨涂层；

(2)采用主动多阶式防磨梁防磨技术，该技术从主动降低贴壁流的灰浓度与速度着手，控制导致磨损产生的因素；

(3)增加防磨带的高度、降低流化速度。

上述技术虽然部分解决了水冷壁管的磨损问题，但仍具有一定的局限性。

采用热喷涂技术制备耐磨涂层的局限性包括：(1)为避免涂层褶皱翘起，涂层厚度一般为300-500μm；涂层与基体为机械结合，结合强度仅20-40MPa，涂层在颗粒冲刷及热应力作用下易疲劳失效而剥落，上述原因导致涂层防磨周期较短；(2)对于局部磨损严重区域，涂层的防磨效果不明显；(3)电弧喷涂技术常采用由合金外皮包裹含陶瓷粉末的粉芯丝，粉芯丝的含粉量一般≤40wt.％，这就使得涂层中陶瓷相含量受到限制，从而使涂层硬度和耐磨性等指标难以达到最佳值。

加装防磨梁防磨技术虽然可减轻水冷壁管的磨损速率，但可能会引起炉膛排烟温度升高等问题。而采用增加防磨带高度的方法时，会导致磨损的区域向上转移甚至扩大，而且浇注料上移过多后减少了水冷壁蒸发受热面积，给水冷壁布置带来困难。

综上，现有的锅炉管防磨技术仍存在局限性，还不能满足锅炉管长寿命可靠工作的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在锅炉管外表面形成金属陶瓷熔覆层的双粉芯丝及其制备方法。利用等离子弧、氩弧熔覆法，在锅炉管外表面同时熔覆粉芯丝A和粉芯丝B，可形成厚度大于500μm的高耐磨损金属陶瓷熔覆层，熔覆层与基体达到冶金结合。本发明突破了现有热喷涂技术制备的涂层所存在的涂层与基体结合强度低(机械结合)、涂层厚度一般小于500μm等局限性。

本发明所述的双粉芯丝由粉芯丝A、粉芯丝B组成，利用等离子弧、氩弧熔覆法，在锅炉管外表面同时熔覆具有不同送丝速度的粉芯丝A和粉芯丝B，在基体表面形成由TiC_x(x在0.8-1范围)、CrB、CrB₂陶瓷相增强的高耐磨损金属陶瓷熔覆层，熔覆层与基体达到冶金结合；其中，粉芯丝A用于形成TiC_x陶瓷相，粉芯丝B用于形成CrB、CrB₂陶瓷相和粘结相；由于实施熔覆工艺时可独立调节粉芯丝A、粉芯丝B的送丝速度，从而使熔覆层中陶瓷相体积分数可控，熔覆层中陶瓷相体积分数可达60-85％，熔覆层的硬度可达900-1400HV，熔覆层厚度可达600-1500μm，熔覆层的最高工作温度达1000℃。

粉芯丝A所用粉末材料的质量百分数为：Mo粉(粒度200-400目、纯度≥99.9％)：8-10wt.％，石墨C粉(粒度200-400目、纯度≥99.9％)：余量；添加Mo的目的是改善熔覆层中陶瓷相与粘结相的润湿性。

粉芯丝B所用粉末材料的质量百分数为：Ni粉(粒度200-400目、纯度≥99.9％)：10-15wt.％，Cr粉(粒度200-400目、纯度≥99.9％)：10-15wt.％，CrB₂粉(粒度200-400目、纯度≥99.9％)余量。