[发明专利]等离子喷涂耐高温冲蚀高熵非晶粉末及其涂层、涂层制备方法和应用

说明书

本发明公开了等离子喷涂耐高温冲蚀高熵非晶粉末及其涂层、涂层制备方法和应用，所述的高熵非晶粉末由真空感应气雾化法制得，所述粉末按原子百分比包括：Fe 20％，Co 20％，Ni 20％，Cr 20％，B 10～16％和Si 4～10％，经筛分后粉末粒度为300～400目。高熵非晶涂层制备方法的步骤为：(a)工件前处理；(b)准备高熵非晶粉末材料；(c)采用等离子喷涂工艺制备高熵非晶涂层。该高熵非晶涂层的非晶含量≥98％，孔隙率＜1％，结合强度＞50MPa，维氏硬度＞900Hv，具有优异的抗高温冲蚀性能。本发明可广泛用于电厂锅炉、石油化工管道以及烟气汽轮机叶片等关键部件的抗高温冲蚀和腐蚀防护，能显著提高机械工程装备的服役寿命。

技术领域

本发明属于材料表面工程领域，涉及电厂锅炉、石油化工管道以及烟气汽轮机叶片等关键部件的耐高温冲蚀与腐蚀防护的高熵非晶涂层，具体为等离子喷涂耐高温冲蚀高熵非晶粉末及其涂层、涂层制备方法和应用。

背景技术

冲蚀磨损现象广泛存在于机械、冶金、航天、能源、冶金矿山、石油化工、建筑等众多工业部口，约占各类磨损破坏总数的8％，其对工业生产造成的危害巨大，例如：空气中的尘埃和沙粒可使直升机发动机寿命降低90％；火电厂、热电厂的喷煤、排渣管道弯头的冲蚀比直通部分严重50多倍，一般大修更换期为2到3年；在冶金矿山行业领域，尾(独)矿输送的管道因长期受高强度的冲蚀磨损，平均1年到2年就需维修更换；石化企业烟气发电设备中，高温烟气夹带的破碎催化剂固体颗粒以较高的速度冲击涡轮机叶片和相关过流部件等，造成严重的冲蚀磨损，使其寿命严重缩短，需要经常停炉维修，而且有些停机故障不可预见，这不仅严重影响着设备的安全运行，而且也会造成巨大的经济损失；因此开展高温气固两相流冲蚀磨损防护以及提高其使用寿命已成为目前急需解决的技术难题之一。

为了减少冲蚀磨损带来的危害和损失，许多国家一直致力于冲蚀磨损方面的研究。一般来说，冲蚀磨损现象首先发生在材料表面处，因此材料的表面是控制冲蚀动力学的关键，表面质量决定冲蚀控制的效果。采用表面工程技术对冲蚀磨损部件的表面或局部进行强化或防护可以很好地提高关键部件的使用寿命，并可降低成本，节约能源。先进热喷涂技术是延长上述工程装备关键部件服役寿命与可靠性的有效方法，目前，关于抗高温冲蚀磨损热喷涂涂层主要以金属陶瓷和陶瓷材料为主，如TiN、WC、Cr₃C₂-NiCr等。然而随着人类对资源需求的不断加大，装备部件服役的环境也日趋严苛，传统的金属陶瓷涂层受限于其断裂韧性和高温热稳定性等，在高能量频繁冲击和高温的工况使役条件下很容易造成大块结构剥落，从而导致服役寿命急剧下降，已难以满足工程构件在严苛环境下的长寿命服役需求，研发面向苛刻服役条件的新型耐高温冲蚀涂层材料已迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于：为了克服现有技术的缺陷，针对传统的热喷涂金属陶瓷涂层在严苛服役环境下耐高温冲蚀性能差，结合强度低，断裂韧性低等问题，本发明提供了等离子喷涂耐高温冲蚀高熵非晶粉末及其涂层、涂层制备方法和应用，利用等离子喷涂技术制备出的高熵非晶涂层具有较高的非晶含量(≥98％)和维氏硬度(＞900Hv)，较低的孔隙率(＜1％)，该涂层可广泛应用于电厂锅炉、石油化工管道以及烟气汽轮机叶片等关键部件的高温冲蚀和腐蚀等严苛服役环境。

技术方案：等离子喷涂耐高温冲蚀高熵非晶合金粉末，按原子百分比计，所述粉末包括：Fe 20％，Co 20％，，Ni 20％，Cr 20％，B 10～16％和Si 4～10％；所述的高熵非晶粉末由真空感应气雾化法制得，经筛分后粉末粒度为300～400目。

作为本发明的一种优选，所述的耐高温冲蚀高熵非晶粉末，按原子百分比计，所述粉末包括：Fe 20％，Co 20％，，Ni 20％，Cr 20％，B 10％和Si 10％；所述的高熵非晶粉末由真空感应气雾化法制得，经筛分后粉末粒度为300～400目。