[发明专利]用于锅炉管高温耐磨防护的粉末材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，特别是提供了一种用于锅炉管高温耐磨防护的粉末材料及制备方法；适用于循环流化床锅炉水冷壁管、过热器管、省煤器悬吊管和外置床管道等部件的激光熔覆防磨处理。

背景技术

循环流化床锅炉具有燃料适应性强、燃烧效率高、调峰性能好、可炉内直接脱硫、有害气体排放浓度低等优点，但是由于设备设计、制造、安装以及操作技术等多方面的原因，循环流化床锅炉在运行中存在锅炉出力不足、燃烧室结焦以及受热面磨损等问题，其中受热面磨损问题是困扰该技术发展的关键因素，它伴随着整个燃烧和传热过程。与煤粉炉相比，循环流化床锅炉燃烧室内的颗粒粒径大得多，灰浓度也高出几十倍甚至几百倍。炉内的气固流动为典型的湍流流动，此外，颗粒由于重力的作用在燃烧室内不停地进行内循环流动，使循环流化床锅炉受热面的磨损程度要比煤粉炉严重得多。另外，在固体物料外循环回路的其他部位如旋风分离器、回料器和外置床等地方也都会发生不同程度的磨损。因此，采取有效的防磨措施是循环流化床技术发展的研究重点之一。

炉膛内固体颗粒在炉膛壁面上的冲刷角虽然也存在一定的不均匀性，但颗粒流总体呈小角度冲刷壁面导致水冷壁管磨损。水冷壁管磨损最严重的部位主要包括炉膛密相区、耐火材料与水冷壁管交接处、炉膛稀相区下部角落区域和不规则管壁区域。

采用热喷涂技术对循环流化床锅炉水冷壁管进行防磨处理的局限性在于涂层与基体结合强度低（机械结合）。当循环流化床锅炉燃用煤矸石等劣质煤时，由于煤中含有Al₂O₃、SiO₂等高硬度杂质，涂层在这些硬质颗粒的小角度冲蚀作用下易剥落失效。

激光熔覆法制备的熔覆层具有耐磨层致密、与基体达到冶金结合、工件热变形极小等优点，但目前用于循环流化床锅炉防磨的激光熔覆用粉末材料体系较少。Ni60、Ni65等激光熔覆用自熔性合金粉末材料具有熔点较低（1000℃）、耐磨性好等优点，但其熔覆层硬度在600-850HV范围，其高温耐磨性难以满足水冷壁管长寿命耐磨防护的要求。利用激光熔覆Cr₃C₂-NiCr粉末材料（Cr₃C₂的质量百分比一般为75%）所形成熔覆层的高温耐磨性能显著优于Ni60、Ni65类材料，由其所制备熔覆层硬度可达1000-1200HV。但由于Cr₃C₂熔点较高，如采用激光熔覆Cr₃C₂-NiCr粉末工艺，存在熔覆效率较低、表面层氧化、粉末飞溅损失率较高、微裂纹密度较高等局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于锅炉管高温耐磨防护的粉末材料及制备方法，克服了熔覆效率较低、表面层氧化、粉末飞溅损失率较高、微裂纹密度较高等问题。主要用于循环流化床锅炉水冷壁管、过热器管、省煤器悬吊管和外置床管道等部件的激光熔覆防磨处理。所发明的粉末材料采用多元复合的方法，通过激光熔覆形成高耐磨复相陶瓷-金属熔覆层，其硬度可在1100-1600HV范围。本发明具有激光熔覆效率较高、粉末飞溅损失小、熔覆层晶粒细小、熔覆层耐磨性高等优点，可满足循环流化床锅炉用各种管子的高温耐磨、长寿命工作的要求。

本发明是通过以下步骤来实现的。

用于制备高温耐磨熔覆层的混合粉末材料的组分及各组分含量（重量百分比）为：钛镍合金粉（粒度-200+400目，纯度≥99.5%）：10-20%；石墨碳粉：（粒度-300+600目，纯度≥99.5%）：1.5-3.5%；硅粉：（粒度-200+350目，纯度≥99.5%）：0.5-1%；镍铬合金粉（Ni80Cr20）：（粒度-200+400目，纯度≥99.5%）：8-25%；硼化铁粉：（粒度-200+400目，纯度≥99.5%）：5-10%；二碳化三铬粉（Cr₃C₂,粒度-200+400目，纯度≥99.5%）:余量。

其中，钛镍合金粉中各组分含量为：Ni：28-40%，Ti:余量；镍铬合金粉（Ni80Cr20）中各组分含量为：Cr:20%；Ni:80%；硼铁粉中各组分含量为：B：10-20%；C：0.05-0.1%；Fe：余量。

混合粉末中各组分主要作用如下：