一种用于烟气消白净化系统开放式吸收热泵的激光二次重熔非晶复合涂层及其制备方法与流程

文档序号:19191476发布日期:2019-11-20 02:13
一种用于烟气消白净化系统开放式吸收热泵的激光二次重熔非晶复合涂层及其制备方法与流程

本发明涉及表面防护技术领域,尤其涉及一种用于烟气消白净化系统开放式吸收热泵的激光二次重熔非晶复合涂层及其制备方法。



背景技术:

湿法脱硫白烟是由浆液、飞灰、冷凝水等组成的混合物,主要包括未能被除雾器去除的石膏浆液液滴及烟气中的饱和水蒸汽形成的冷凝液。吸收塔出口烟气中水蒸汽基本处于饱和状态,从烟囱排出与冷空气混合后析出凝结水,在较低的烟气温度条件下,烟气抬升高度低、扩散条件差,在汇集过程中由雾状逐渐发展成白色烟羽状。烟气消白是通过改变烟气温度或湿度,避免烟气与环境空气相互混合过程中由于烟温降低导致过饱和水汽凝结,从而减少了烟气携带水量,进一步降低了污染物排放,消除了视觉白烟。

常见烟气消白净化技术的工艺路线包括烟气/浆液凝水式烟气消白技术、烟气喷淋冷却器消白技术和浆液冷却器烟气消白技术等三种。这三种工艺路线均需要使用气/液、液/液换热系统,例如烟气喷淋冷却器消白技术系统需要使用开放式吸收热泵技术,包括多级吸收塔、一级吸收液储罐、一级溶液换热器、二级溶液外循环换热器、二级溶液自循环换热器和二级溶液再生装置等,换热器会面临严重的氯腐蚀问题。

非晶态是人们早已熟悉的一种物质形态,它通常指熔体、液体和不具有晶体结构的非金属物质。非晶态是与晶态相区别的一类结构状态,其原子或分子的空间排列不具备长程有序,只是由于原子间的相互关联作用,使其在数个原子间距的小区域内仍然保持着某些短程有序特征。非晶态合金,又称金属玻璃,固态时其原子在三维空间是长程无序排列,仅存在短程有序性,并且于一定温度范围内保持这种状态相对稳定的合金,是兼有金属和玻璃两者截然不同性质的材料。非晶材料由于具有独特的结构特点,导致非晶合金的力学、物理和化学性能有许多优点,诸如具有高强度、硬度、耐磨性、耐蚀性、优异的软磁性能等。重熔涂层的发展可以追溯到60年代。当时许多学者致力于在低熔点基体上熔覆抗磨材料,这些材料包括:钨及其碳化物,铝、担、徕、妮、钦及其碳化物和氧化铝,大部分采用等离子或火焰喷涂的方法,将熔覆材料预置在基体材料上,随后进行激光二次熔覆。20世纪70年代中期到80年代中期,重熔涂层经历了发展相对缓慢的时期。到80年代末,重熔涂层技术得到了迅速的发展。近年来一些关于利用重熔涂层技术制造高质量涂层的研究也逐步兴起。经过四十多年的发展,重熔涂层技术已成为材料表面工程领域的前沿和热门课题。



技术实现要素:

本发明所要解决的技术问题是提供一种显著提高烟气消白净化系统的服役周期,并减轻氯腐蚀问题的用于烟气消白净化系统开放式吸收热泵的激光二次重熔非晶复合涂层。

为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:

一种用于烟气消白净化系统开放式吸收热泵的激光二次重熔非晶复合涂层,包括粉芯丝、外皮包覆材料和内部填充粉末;

所述粉芯丝成分的总体重量比为fe:cr:b:si:mo:c=45~60:20~35:2~5:1~2:10~18:2~4;

外皮包覆材料为316l或430不锈钢带;

所述内部填充粉末;

所述内部填充粉末为feb、fesi、mo、bc、cr粉末,填充比例为30%~40%。

作为优选的技术方案,所述粉芯丝外径为1.6~2mm。

作为优选的技术方案,所述粉芯丝既可用于超音速电弧喷涂,又可适用于二次瞬间重熔处理,所形成的重熔层为铁基非晶与纳米晶颗粒的复合结构,即重熔铁基非晶复合涂层。

作为优选的技术方案,所述重熔铁基非晶复合涂层的厚度为0.2~1.2mm,非晶相所占体积分数为30%~60%,自发生成的纳米晶颗粒均匀分布在非晶基体中,二次重熔涂层平均维氏硬度大于350hv。

本发明还提供了一种制备用于烟气消白净化系统开放式吸收热泵的激光二次重熔非晶复合涂层的方法,包括步骤:

1)制备1.6~2mm外径的粉芯丝

所述粉芯丝成分的总体重量比为fe:cr:b:si:mo:c=45~60:20~35:2~5:1~2:10~18:2~4;外皮包覆材料为316l或430不锈钢带;内部填充feb、fesi、mo、bc、cr粉末,粉末填充比例为30%~40%;

2)电弧喷涂前对换热板片进行严格的喷砂处理,砂料为白刚玉或石英砂;其作用是打去钢管表面的铁锈,增大换热板片表面粗糙度,促使涂层与基材结合紧密。然后用高压气吹扫板片外表面,去除表面的浮灰。

3)喷涂设备采用超音速电弧喷涂设备,采用高速电弧喷枪,喷涂距离300mm,喷枪移动速度为5~8cm/s,喷涂8~10遍后,涂层厚度应达到1mm以上;

4)二次瞬间重熔处理:首先将待重熔的合金材料采用热喷涂方式喷涂在基体表面,这部分也称预处理过程,然后采用高温热源在涂层表面进行扫描,涂层表面吸收了能量使温度升高,同时通过热传导将表面热量向内部传递,使涂层或者部分基材熔化,热源束离开后熔化的金属快速凝固,从而在基材表面形成冶金结合的涂层。

作为优选的技术方案,所述步骤4)的高温热源为激光。

作为优选的技术方案,所述激光为nd:yag激光或半导体激光。

作为优选的技术方案,所述步骤3)中的超音速电弧喷涂,涂层厚度为0.2~1.2mm。

作为优选的技术方案,所述步骤4)中的二次瞬间重熔处理,实现界面冶金结合,消除内部空隙和裂纹,重熔层厚度为0.2~1.2mm,内部为非晶相与纳米相的复合结构,非晶相所占体积分数为30%~60%,维氏硬度大于350hv,纳米晶颗粒分布在非晶基体中。

该工艺成本低廉,自动化程度高,适合在线作业,满足大规模生产与维护的需求。提高了重熔层质量,降低了重熔过程带来的基体变形,增强涂层整体结合性能,有效延长涂层使用期限。

本发明基于二次瞬间重熔铁基非晶复合涂层的耐磨耐蚀性能,并首次提出利用二次瞬间重熔铁基非晶复合涂层局部强化防护技术用于电厂烟气消白净化系统开放式热泵换热板片的方法,有效减轻烟气消白净化过程中的磨损腐蚀问题,经济效益显著。

本发明的有益效果是:

1.用同一种铁基非晶粉芯丝母材,进行电弧热喷涂和二次瞬间重熔施工,实现铁基非晶复合热喷涂层和二次重熔层对烟气消白净化系统的联合防护;热喷涂适用于高效率的快速施工,二次瞬间重熔层适合烟气消白净化系统开放式吸收热泵等极易发生腐蚀部位,通过二次瞬间重熔处理,可以消除内部裂纹和空隙,减轻残余应力,对腐蚀严重部位进行强化。

2.二次瞬间重熔铁基非晶复合涂层具有加工成本低,耐磨耐蚀性能优异等特点,适合电厂烟气消白净化系统局部强化和防护。

3.二次瞬间重熔铁基非晶复合涂层为非晶与纳米晶的复合结构,非晶相所占体积分数为30%-60%,维氏硬度大于350hv;纳米晶颗粒均匀分布在非晶基体中,相对于需要较高冷却速率的纯非晶态热喷涂层,激光重熔非晶复合涂层的性价比突出。

由于采用了上述技术方案,一种用于烟气消白净化系统开放式吸收热泵的激光二次重熔非晶复合涂层及其制备方法,该烟气消白系统主要包括烟气消白净化系统换热片、二次瞬间重熔铁基非晶复合涂层,使用铁基非晶粉芯丝,采用超音速电弧喷涂法,在钢材质的换热片表面先制备铁基热喷涂合金层;再选用激光作为一种高温热源,对局部极易发生氯腐蚀的热喷涂层进行二次瞬间重熔处理,进而形成致密的铁基非晶复合涂层,该涂层与基体为冶金结合,没有裂纹和空隙;最后将换热片组装成烟气消白净化系统。由此,该烟气消白净化系统通过二次瞬间重熔铁基非晶复合涂层进行局部耐高温氯腐蚀强化防护,防止了氯腐蚀的转移,从而显著提高烟气消白净化系统的服役周期,并减轻氯腐蚀问题,应用潜力巨大。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为二次重熔铁基非晶复合涂层的金相照片,明亮区域为重熔后的铁基非晶复合涂层,灰暗区域为碳钢基材,可以看到组织结构致密,没有大的空隙和裂纹;

图2为带有二次重熔铁基非晶复合涂层的样块外形照片,表面比较光滑平整,带有金属光泽;

图3二次重熔铁基非晶复合涂层的x射线衍射图,呈现出明显的非晶弥散峰和富含铁的纳米晶宽化峰;

图4二次重熔铁基非晶复合涂层截面的硬度曲线图,接近表面区域的涂层的平均硬度高达600hv以上。

具体实施方式

实施例1

一种用于烟气消白净化系统开放式吸收热泵的二次重熔非晶复合涂层,包括粉芯丝、外皮包覆材料和内部填充粉末;

所述粉芯丝成分的总体重量比为cr:b:si:mo:c=25:2.5:2:16:2.5,fe为余量;

外皮包覆材料为430不锈钢带;

所述内部填充粉末为feb、fesi、mo、bc、cr粉末,填充比例为30%。

所述粉芯丝外径为1.6mm。

所述粉芯丝既可用于超音速电弧喷涂,又可适用于二次瞬间重熔处理,所形成的重熔层为铁基非晶与纳米晶颗粒的复合结构,即重熔铁基非晶复合涂层。

所述重熔铁基非晶复合涂层的非晶相所占体积分数大于30%,自发生成的纳米晶颗粒均匀分布在非晶基体中,二次重熔涂层平均维氏硬度大于350hv。

一种制备用于烟气消白净化系统开放式吸收热泵的激光二次重熔非晶复合涂层的方法,包括步骤:

1)制备1.6mm外径的粉芯丝

所述粉芯丝成分的总体重量比为cr:b:si:mo:c=25:2.5:2:16:2.5,fe为余量;外皮包覆材料为430不锈钢带;内部填充feb、fesi、mo、bc、cr粉末,粉末填充比例为30%;

2)电弧喷涂前对换热板片进行严格的喷砂处理,砂料为白刚玉或石英砂;其作用是打去钢管表面的铁锈,增大换热板片表面粗糙度,促使涂层与基材结合紧密。然后用高压气吹扫板片外表面,去除表面的浮灰。

3)喷涂设备采用超音速电弧喷涂设备,采用高速电弧喷枪,喷涂距离300mm,喷枪移动速度为5cm/s,喷涂8遍后,涂层厚度可达到1mm以上;

4)二次瞬间重熔处理:首先将待重熔的合金材料采用热喷涂方式喷涂在基体表面,这部分也称预处理过程,然后采用高温热源在涂层表面进行扫描,涂层表面吸收了能量使温度升高,同时通过热传导将表面热量向内部传递,使涂层或者部分基材熔化,热源束离开后熔化的金属快速凝固,从而在基材表面形成冶金结合的涂层。

所述步骤4)的高温热源为激光。

所述步骤4)中的二次瞬间重熔处理,实现界面冶金结合,消除内部空隙和裂纹,重熔层内部为非晶相与纳米相的复合结构,非晶相所占体积分数大于30%,维氏硬度大于350hv,纳米晶颗粒分布在非晶基体中。

实施例2

一种用于烟气消白净化系统开放式吸收热泵的激光二次重熔非晶复合涂层,包括粉芯丝、外皮包覆材料和内部填充粉末;

所述粉芯丝成分的总体重量比为cr:b:si:mo:c=26:2.5:1:14:2.5,fe为余量;

外皮包覆材料为430不锈钢带;

所述部填充粉末;

所述内部填充粉末为feb、fesi、mo、bc、cr粉末,填充比例为35%。

所述粉芯丝外径为2.0mm。

所述粉芯丝既可用于超音速电弧喷涂,又可适用于二次瞬间重熔处理,所形成的重熔层为铁基非晶与纳米晶颗粒的复合结构,即重熔铁基非晶复合涂层。

所述重熔铁基非晶复合涂层非晶相所占体积分数大于45%,自发生成的纳米晶颗粒均匀分布在非晶基体中,二次重熔涂层平均维氏硬度大于350hv。

一种制备用于烟气消白净化系统开放式吸收热泵的激光二次重熔非晶复合涂层的方法,包括步骤:

1)制备2.0mm外径的粉芯丝

所述粉芯丝成分的cr:b:si:mo:c=26:2.5:1:14:2.5,fe为余量;外皮包覆材料为430不锈钢带;内部填充feb、fesi、mo、bc、cr粉末,粉末填充比例为35%;

2)电弧喷涂前对换热板片进行严格的喷砂处理,砂料为白刚玉或石英砂;其作用是打去钢管表面的铁锈,增大换热板片表面粗糙度,促使涂层与基材结合紧密。然后用高压气吹扫板片外表面,去除表面的浮灰。

3)喷涂设备采用超音速电弧喷涂设备,采用高速电弧喷枪,喷涂距离300mm,喷枪移动速度为7cm/s,喷涂9遍后,涂层厚度可达到1mm以上;

4)二次瞬间重熔处理:首先将待重熔的合金材料采用热喷涂方式喷涂在基体表面,这部分也称预处理过程,然后采用高温热源在涂层表面进行扫描,涂层表面吸收了能量使温度升高,同时通过热传导将表面热量向内部传递,使涂层或者部分基材熔化,热源束离开后熔化的金属快速凝固,从而在基材表面形成冶金结合的涂层。

所述步骤4)的高温热源为激光。

所述步骤4)中的二次瞬间重熔处理,实现界面冶金结合,消除内部空隙和裂纹,重熔层内部为非晶相与纳米相的复合结构,非晶相所占体积分数大于45%,维氏硬度大于350hv,纳米晶颗粒分布在非晶基体中。

实施例3

一种用于烟气消白净化系统开放式吸收热泵的激光二次重熔非晶复合涂层,包括粉芯丝、外皮包覆材料和内部填充粉末;

所述粉芯丝成分的cr:b:si:mo:c=28:2.5:1:10:2.5,fe为余量;

外皮包覆材料为430不锈钢带;

所述部填充粉末;

所述内部填充粉末为feb、fesi、mo、bc、cr粉末,填充比例为40%。

所述粉芯丝外径为2mm。

所述粉芯丝既可用于超音速电弧喷涂,又可适用于二次瞬间重熔处理,所形成的重熔层为铁基非晶与纳米晶颗粒的复合结构,即重熔铁基非晶复合涂层。

所述重熔铁基非晶复合涂层非晶相所占体积分数大于50%,自发生成的纳米晶颗粒均匀分布在非晶基体中,二次重熔涂层平均维氏硬度大于350hv。

一种制备用于烟气消白净化系统开放式吸收热泵的激光二次重熔非晶复合涂层的方法,包括步骤:

1)制备2mm外径的粉芯丝

所述粉芯丝成分的总体原子比为cr:b:si:mo:c=28:2.5:1:10:2.5,fe为余量;外皮包覆材料为430不锈钢带;内部填充feb、fesi、mo、bc、cr粉末,粉末填充比例为40%;

2)电弧喷涂前对换热板片进行严格的喷砂处理,砂料为白刚玉或石英砂;其作用是打去钢管表面的铁锈,增大换热板片表面粗糙度,促使涂层与基材结合紧密。然后用高压气吹扫板片外表面,去除表面的浮灰。

3)喷涂设备采用超音速电弧喷涂设备,采用高速电弧喷枪,喷涂距离300mm,喷枪移动速度为8cm/s,喷涂10遍后,涂层厚度可达到1mm以上;

4)二次瞬间重熔处理:首先将待重熔的合金材料采用热喷涂方式喷涂在基体表面,这部分也称预处理过程,然后采用高温热源在涂层表面进行扫描,涂层表面吸收了能量使温度升高,同时通过热传导将表面热量向内部传递,使涂层或者部分基材熔化,热源束离开后熔化的金属快速凝固,从而在基材表面形成冶金结合的涂层。

所述步骤4)的高温热源为激光。

所述激光为nd:yag激光或半导体激光。

所述步骤4)中的二次瞬间重熔处理,实现界面冶金结合,消除内部空隙和裂纹,内部为非晶相与纳米相的复合结构,非晶相所占体积分数大于50%,维氏硬度大于350hv,纳米晶颗粒分布在非晶基体中。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

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