[发明专利]一种合金表面形成尖晶石涂层的制备方法

说明书

本发明涉及一种合金表面形成尖晶石涂层的制备方法，采用元素共渗工艺将Mn、Cr合金元素渗入合金表面，增加表面元素特别是Mn的浓度，然后再通过低氧分压法在材料表面原位氧化优先生成致密的锰铬尖晶石保护膜。该保护膜能够有效地提高材料的抗高温氧化、抗渗碳、抗结焦的性能，从而延长材料的使用寿命或清焦周期。

【技术领域】

本发明涉及涂层技术领域，具体地说，是一种合金表面形成尖晶石涂层的制备方法。

【背景技术】

高Cr、Ni元素含量的合金是高温环境下普遍采用的一类材料，Cr可以提高抗氧化性和热强性，Ni能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性，在高温下有防锈和耐热能力。但是在高于1000℃以及在含有CO、CO₂、H₂O、CH₄、H₂等气体的的高温环境中，含Cr合金表面Cr₂O₃保护氧化层容易发生挥发、剥落，在渗碳气氛中更是可以发生严重的渗碳反应，从而恶化了基体的性能。另外，在高温下，化工流程中石油烃类易与合金材料中催化元素Ni、Fe等相互作用而沉积结焦，显著增加传热热阻，影响热量传递。因此迫切需要在高铬镍合金的表面制备形成更加稳定的惰性涂层，从而提高材料的抗高温氧化、抗渗碳、抗结焦性能。

在美国专利US7156979中，NOVA公司采用氢气和水蒸气混合气氛，于800-1100℃在不锈钢表面制备出一层Mn_xCr_3-xO₄(0.5≤x≤1.5)尖晶石结构保护膜。在中国专利CN102719783A、CN101565807A、CN101565808A中，采用原位氧化方法，以一步或两步反应工艺于高温下在炉管表面制备出Mn_xCr_3-xO₄(0.5≤x≤1.5)尖晶石涂层。US6423415将一定比例的无机物喷涂在炉管内壁烧结形成陶瓷涂层。CN201010286801.0、CN201010286788.9等在炉管材质中加入稀土元素或Al、Si、B等元素采用低氧分压法制备抑制结焦涂层。

采用上述专利制备的尖晶石保护层能对基体起到一定的保护作用，但是存在以下不足：合金材料基体Mn元素含量约为1％左右，而表面形成理想的尖晶石层中Mn含量高达24％或者34％(不考虑O元素)，单纯依靠基体中Mn元素向外扩散所制备出的尖晶石涂层比较薄，并且不是理想的化学配比MnCr₂O₄；陶瓷涂层与炉管材料性能相差较大，涂层寿命较短；稀土易烧损，基体内部较高的Al、Si等元素影响炉管机械性能和焊接性能。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种合金表面形成尖晶石涂层的制备方法；本申请通过元素共渗工艺调控合金材料表面Cr、Mn元素浓度分布，再在低氧分压条件下在合金材料表面原位优先形成致密、稳定的MnCr₂O₄尖晶石保护膜，有效地提高了合金材料的抗高温氧化、抗渗碳、抗结焦性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种合金表面形成尖晶石涂层的制备方法，其具体步骤为：

(1)将合金材料表面做除油除锈预处理：

所述的合金材料成分以质量百分比计，Cr为0.1～50％，Mn为0.1～5％，Ni为20～50％，Si为0.2～3％，微量元素为0.01～5％，余量为Fe；

微量元素包括Nb、Ti、W、Al、C、稀土元素中的一种或几种，典型的材料牌号为HP40、HK40、35Cr45Ni、Incoloy 800、25Cr20Ni、326L。

(2)采用粉末包埋渗或者气相共渗的方法对合金材料进行Mn、Cr共渗处理；