[发明专利]一种渗铝防护涂层及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种渗铝防护涂层及其制备方法与应用，制备方法包括如下步骤：步骤1，在基材表面喷涂无机纤维涂料，烘干，以在基材表面形成无机纤维层；所述无机纤维涂料包括无机纤维、有机联结剂和分散剂；步骤2，将步骤1处理后的基材与渗铝剂进行渗铝处理，在所述无机纤维层上形成渗铝防护涂层。本发明采用有机联结剂使无机纤维丝互相联结，经烘干后在基材表面制备出具有特定孔径的无机纤维层，该无机纤维层在后续渗铝过程中可有效抑制熔融铝原子的团聚作用，进而使所得的渗铝涂层具备高平整度。

技术领域

本发明涉及一种渗铝防护涂层的制备方法，以及由该制备方法得到的渗铝防护涂层，该渗铝防护涂层在蒸汽裂解炉炉管中的应用。

背景技术

蒸汽裂解炉管作为乙烯生产过程中的核心单元，其决定着蒸汽裂解炉的运行效率和能耗。一般情况下，蒸汽裂解炉管的材质均选用耐高温的铬镍合金钢，但该合金中的镍元素会在使用过程中发生迁移作用，在蒸汽裂解炉管表面富集并作为催化活性中心加速焦炭的形成。为应对这一问题，一般采取的手段是利用固体粉末包埋共渗技术，通过向合金基材渗入铝元素，提高合金材质的抗氧化及抗热腐蚀性能。所谓固体粉末包埋共渗技术是一种化学热处理工艺，其原理为将基材置于渗剂中，通过升温使渗剂热分解并产生活性原子，这些活性原子会吸附在基材表面，并向基材内部扩散，通过与合金材质中的Cr元素和Ni元素形成更为稳定的新合金相，提高合金基材整体力学性质。同时，形成的合金相还可抑制合金基材中Ni原子的迁移作用。目前，通过固体粉末包埋共渗技术向合金基材中渗入铝元素被认为是提高合金抗氧化性能和力学性能最为有效的手段之一，渗铝技术已在化工产业上得到广泛的应用。

CN201010277865.4中工件经渗铝处理后，在材料表面形成富金属层或化合物层，改变工件的表面特性，其耐高温氧化、抗渗碳性能明显提高。由于渗铝后工件表面生成稳定的惰性氧化铝层，CN106637071A公开了一种多段式包埋渗铝结合微弧氧化制备复合涂层的方法，该方法首先采用多段式包埋渗铝技术在基材上面获得连续平整的NbAl₃渗铝层，再通过添加成膜剂氟化钠、改良剂钨酸钠、稳定剂乙二胺四乙酸二钠和稀土盐硝酸钇调整微弧氧化电解液，在NbAl₃渗铝层上制备一层均匀规则的多孔Al₂O₃陶瓷膜，从而获得Al₂O₃/NbAl₃复合涂层，该复合涂层虽然具有结合良好、涂层均匀、抗高温热腐蚀性能优异的特点，但涂层制备控制条件较多，包括包埋渗铝时间、温度和微弧氧化电解液、电参数等，所制备出的复合涂层平整度较低。

CN109868447A公开了一种降低渗铝层表面粗糙度的方法，该方法通过预先在高共渗温度下，在基材表面制备出第一渗铝层，在对第一渗铝层进行打磨处理后采用较低的共渗温度制备出第二渗铝层，最终所得到的双层渗铝层的表面粗糙度小于现有渗铝技术制备出的渗铝层表面粗糙度，该方法虽然可以有效降低渗铝涂层的表面粗糙度，但工艺较为复杂，且依旧无法控制铝原子在渗铝过程中的团聚作用。

CN103589992A公开了一种基于化学气相沉积技术的渗铝硅料浆及制备涡轮叶片表面铝硅渗层的方法。该方法采用的渗铝硅涂浆由渗剂和粘结剂组成，渗剂为纯铝粉和金属硅粉，粘结剂为丙酮、乙酰丙酮和硝化纤维素。该方法制备出的渗铝硅涂层可满足航空发动机研制的需要，其涂层整体力学性质优异，与基材的结合较为牢固，该技术中所使用到的硝化纤维素有机粘结剂主要作用还是在于发挥交联功能，使制备出的涂层具有更为致密的结构性质，对于渗铝过程中铝原子的团聚作用并不能起到抑制作用。

因此，本领域尚需对固体粉末包埋共渗技术中，如何抑制铝原子的团聚作用进一步进行研究。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种渗铝防护涂层及其制备方法与应用，以克服现有渗铝过程中，由于熔融铝原子之间的团聚作用不受控制，导致在渗铝过程中铝原子因高温热扩散发生相互团聚，致使所制备出的渗铝层平整度不高，进而导致渗铝层更易附着污物，很大程度上降低渗铝层性质及增益效果的缺陷。