[发明专利]水冷壁高频熔覆涂层用自熔合金组合材料及其涂层的制备

说明书

本发明涉及一种水冷壁高频熔覆涂层用自熔合金组合材料，其包括：镍基自熔合金复合材料a，用于制备管曲面涂层，其包括含有2wt％‑3wt％的B和2.5wt％‑3.5wt％的Si的镍基自熔合金基料；镍基自熔合金复合材料b，用于制备管根部与鳍片涂层，其包括含有4.0wt％‑5wt％的B和3.5wt％‑4.5wt％的Si的镍基自熔合金基料。将该组合材料施用于垃圾电站水冷壁，所制备的涂层性能具有一致性，并由此延长了管排服役寿命。

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，涉及一种水冷壁高频熔覆涂层用自熔合金组合材料及其涂层的制备方法。

背景技术

近年来，随着国家循环经济重大方针政策的贯彻执行，我国垃圾焚烧发电进入快速发展轨道，垃圾焚烧发电装机规模、发电量井喷式高速发展，目前居世界第一。水冷壁是锅炉四管(水冷壁、过热器、再热器、省煤器)中最主要的受热管道，由管和鳍片焊成的气密式管排结构见图1，敷设在锅炉炉膛内壁组成的蒸发受热面(下文以水冷壁代表锅炉四管)。膜式水冷壁管排的作用是吸收炉膛中高温火焰或烟气的辐射热量，在管内产生热水及蒸汽用于发电，同时降低炉墙温度，保护炉墙。炉内火焰温度最高超过1000℃，超过50％的高温烟气热量由膜式水冷壁所吸收。近年来随着高参数垃圾电站的不断增加，锅炉水冷壁在恶劣的工作环境下，管道服役平均寿命仅1-3年，严重的甚至仅使用半年就开始出现腐蚀减薄引起的爆管。虽然近年来陆续发展出多种涂层防护技术，管道寿命有所提高但仍不尽如人意，高温腐蚀造成的壁厚减薄直至爆管现象时有发生。

2017江苏科环公司在国内率先采用火焰喷涂镍基自熔合金+高频感应重熔的复合方法在水冷壁受热面表面制备涂层，几年来在锅炉高温(500℃)腐蚀环境下应用效果较好。镍基自熔合金涂层具有优良的高温耐腐烛性，所以应用较广不仅涂层性能、服役寿命不低于国内应用较为普遍的堆焊，而且制备成本远低于堆焊，代表锅炉水冷壁高温防腐涂层的发展方向。水冷壁管排重熔过程如图2所示，线圈外部结构为几根并排相连的四面均为平面，闭合矩形截面铜管所固连而成。重熔时线圈固定不动，管排在下传动链的牵引下，向前做进给运动。

但目前水冷壁管排高频重熔过程中存在一个令人头疼的问题，就是由于管排涂层表面各点与线圈内上表面距离不等，重熔时无疑离线圈上表面最近(约5-10mm)的管顶部位最先开始熔，而管顶与管根部相距约为20-25mm，持续加热等到管根和鳍片开始熔时，管上部分由于已开始熔化甚至局部呈液相逐渐向两边流淌。结果一是管上半部分涂层薄，而管根部和鳍片部分涂层较厚，而爆管又最容易发生在管上部；二是对重熔质量影响很大，比如管上部由于加热时间长晶粒粗大，涂层脆性大易产生微裂纹，而管根部则可能由于重熔不够充分，使得涂层性能达不到设计要求，从而导致整个水冷壁管排涂层性能的一致性欠佳，服役寿命受到影响。

为解决此问题，曾做过仿形线圈试验，但效果仍不尽人意，原因之一是虽然仿形线圈结构按管排的形状设计制造，即线圈内表面与管排受热面管顶和鳍片的间距基本一致，而实际上管排的焊接结构造成的变形和制造误差较大，即每个管排结构本身的一致性较差，当线圈上表面离管排某个局部表面太近，难免会造成表面触碰引起管排涂层局部过热甚至导致线圈损坏；二是由于线圈的异形结构致使电磁场涡流效应也发生了畸变，即便管排表面间隙完全一致，加热仍难以均匀。

因此，目前存在的迫切问题是亟需研究开发一种能使管排受热面所制备的涂层性能具有一致性，并由此能延长管排服役寿命的材料技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种水冷壁高频熔覆涂层用自熔合金组合材料，将该组合材料施用于水冷壁，所制备的涂层性能具有一致性，并由此延长了管排服役寿命。

为此，本发明第一方面提供了一种水冷壁高频熔覆涂层用自熔合金组合材料，其包括：

镍基自熔合金复合材料a，用于制备管曲面涂层，其包括含有2wt％-3wt％的B和2.5wt％-3.5wt％的Si的镍基自熔合金基料；