本公開的實(shí)施例屬于材料表面合金化及涂層制備，具體涉及一種奧氏體鋼表面鉻鋁抗氧化涂層的制備方法。

背景技術(shù)：

1、在熱電系統(tǒng)中，傳熱管道的設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)的整體效率至關(guān)重要。奧氏體鋼管材由于其良好的導(dǎo)熱性能和耐高溫性能，常用于制作導(dǎo)熱管道，用于熱電模塊內(nèi)部的熱量傳遞和分布。在某些熱電應(yīng)用中，如工業(yè)環(huán)境或高濕度環(huán)境下，材料的耐腐蝕性能尤為重要。奧氏體鋼管材由于其較高的抗氧化和耐腐蝕能力，能夠在惡劣環(huán)境中保持長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行。

2、但在高水蒸氣條件下，奧氏體鋼的耐蝕性還受其工作環(huán)境中的化學(xué)介質(zhì)影響。例如，水蒸氣中的氯離子會(huì)導(dǎo)致其腐蝕，因此需要選擇抗氯離子侵蝕的奧氏體鋼或采取其他腐蝕防護(hù)措施?？梢钥紤]通過(guò)表面處理或涂層的方式增強(qiáng)奧氏體鋼的耐腐蝕性能。例如，通過(guò)噴涂陶瓷涂層或采用陽(yáng)極氧化等方法，進(jìn)一步提高鋼材表面的耐蝕性。

3、研究表明，高溫涂層在解決部件氧化腐蝕、磨損、高溫?zé)g等方面具有明顯效果；然而，現(xiàn)有高溫涂層技術(shù)多用于溫度高、作用時(shí)間短、尺寸小的航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、轉(zhuǎn)子、渦輪盤等熱端部件，對(duì)于能源裝備通流部件大長(zhǎng)徑比結(jié)構(gòu)特征、高溫、長(zhǎng)時(shí)、低應(yīng)力服役環(huán)境的特點(diǎn)，現(xiàn)有涂層技術(shù)不再適用，全行業(yè)面臨著缺乏滿足超超臨界環(huán)境下通流部件內(nèi)壁耐蝕涂層技術(shù)及大長(zhǎng)徑比尺寸特征的部件內(nèi)壁涂層制備工藝與配套裝置的困境；因此，需要研發(fā)一種新型的、適用于大長(zhǎng)徑比等各類復(fù)雜形狀工件的抗氧化、耐腐蝕涂層制備技術(shù)及工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開的實(shí)施例旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，提供一種奧氏體鋼表面鉻鋁抗氧化涂層的制備方法，該方法適用于大型鍋爐、油氣田輸運(yùn)管道等大長(zhǎng)徑比及各種復(fù)雜形狀工件所用奧氏體鋼及高溫合金部件抗氧化涂層的制備。

2、本公開的實(shí)施例的一個(gè)方面，提供一種奧氏體鋼表面鉻鋁抗氧化涂層的制備方法，包括：

3、按比例稱量配制固相組分及液相組分，經(jīng)攪拌、球磨后制得不同比例涂覆漿料備用；

4、對(duì)待鍍工件進(jìn)行表面清洗和預(yù)熱處理，且將涂覆漿料噴涂至待鍍工件表面并進(jìn)行干燥和固化處理；

5、將涂覆漿料固化后的待鍍工件置于惰性氣氛下進(jìn)行熱處理，冷卻后在待鍍工件表面得到鋁硅抗氧化涂層，并進(jìn)行涂覆殘?jiān)幚怼堅(jiān)幚聿扇「邏核畼尰蚋邏簹饬鳑_洗，并自然風(fēng)干。

6、可選的，按比例稱量滲源、填充劑、活化劑、粘結(jié)劑和催化劑并配置固相組分及液相組分；

7、滲源包括al、cr、ti粉體，填充劑包括al2o3，活化劑包括nh4br，粘結(jié)劑包括水玻璃，催化劑包括cro3；其中，al、cr、ti粉體均通過(guò)1000目篩網(wǎng)過(guò)篩。

8、可選的，漿料固相組分制備方法包括：按質(zhì)量百分比稱取固相組分，包括40-80％的al、10-30％的cr、5-15％的ti、5-15％的al2o3以及0-5％的nh4br，固相組分總質(zhì)量為100％，稱取后經(jīng)行星式球磨機(jī)球磨混合，球磨轉(zhuǎn)速為350-400rpm、時(shí)間為6-24h。

9、可選的，漿料液相組分制備方法包括：液相組分包含水玻璃和10-30％的cro3溶液，按比例配取后進(jìn)行混合攪拌、反應(yīng)和過(guò)濾。

10、可選的，涂覆漿料制備方法包括：以10g：4-6ml的固液比混合固相組分和液相組分，攪拌2-4h后置于行星式球磨機(jī)中球磨混合，球磨轉(zhuǎn)速為350-400rpm、時(shí)間為6-24h，得到混合均勻的涂覆漿料。

11、可選的，預(yù)熱處理包括在220℃下對(duì)待鍍工件進(jìn)行中頻預(yù)熱30-60min。

12、可選的，漿料噴涂壓力為0.5-2mpa、涂覆層厚度為0.1-5mm、涂層覆蓋率不低于待鍍工件表面98％。

13、可選的，漿料涂層干燥采取自然風(fēng)干24-48h、固化處理為在300-450℃下固化24-48h。

14、可選的，熱處理溫度為980-1150℃，熱處理的惰性氣體包括ar或n2；其中，熱處理之后還包括：對(duì)待鍍工件進(jìn)行保溫處理，保溫時(shí)間為8-15min。

15、本公開的實(shí)施例的有益效果，包括：

16、1、本發(fā)明通過(guò)引入cr元素改性鋁化物涂層，促進(jìn)氧化膜轉(zhuǎn)變過(guò)程，加速θ-al2o3轉(zhuǎn)變或抑制其生長(zhǎng)，降低氧化速率，提升抗氧化性能。

17、2、本發(fā)明通過(guò)引入ti元素改性鋁化物涂層，在熱腐蝕環(huán)境中利于形成連續(xù)致密且厚的氧化膜，在枝晶處產(chǎn)生具有細(xì)小晶粒的腐蝕產(chǎn)物從而增強(qiáng)氧化膜“粘性”，提升鋁化物涂層的抗熱腐蝕性能。

18、3、本發(fā)明通過(guò)在惰性氣氛下熱處理，有效避免了奧氏體鋼可能出現(xiàn)的氧化、氫脆等現(xiàn)象，保護(hù)工件基體的同時(shí)提高了滲速。

19、4、本發(fā)明通過(guò)料漿涂覆工藝制備涂層，適用于各種復(fù)雜形狀的金屬工件，具有極強(qiáng)的普適性。

20、5、本發(fā)明通過(guò)一體化生產(chǎn)線制備涂層，涂層生產(chǎn)效率高、厚度可控，工藝可重復(fù)性高，具有極強(qiáng)的實(shí)用性。

21、進(jìn)一步的，自然風(fēng)干結(jié)合中低溫固化的分段漿料固化工藝有效避免了直接烘干時(shí)料漿層因熱應(yīng)力產(chǎn)生的微裂紋及微小孔洞問題，且增強(qiáng)了料漿層與工件表面的結(jié)合強(qiáng)度。

22、進(jìn)一步的，為防止高溫下料漿組分的快速蒸發(fā)，采用快速升溫、短時(shí)保溫對(duì)工件進(jìn)行熱處理。

技術(shù)特征：

1.一種奧氏體鋼表面鉻鋁抗氧化涂層的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種奧氏體鋼表面鉻鋁抗氧化涂層的制備方法，其特征在于，按比例稱量滲源、填充劑、活化劑、粘結(jié)劑和催化劑并配置固相組分及液相組分；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種奧氏體鋼表面鉻鋁抗氧化涂層的制備方法，其特征在于，漿料固相組分制備方法包括：按質(zhì)量百分比稱取固相組分，包括40-80％的al、10-30％的cr、5-15％的ti、5-15％的al2o3以及0-5％的nh4br，固相組分總質(zhì)量為100％，稱取后經(jīng)行星式球磨機(jī)球磨混合，球磨轉(zhuǎn)速為350-400rpm、時(shí)間為6-24h。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種奧氏體鋼表面鉻鋁抗氧化涂層的制備方法，其特征在于，漿料液相組分制備方法包括：液相組分包含水玻璃和10-30％的cro3溶液，按比例配取后進(jìn)行混合攪拌、反應(yīng)和過(guò)濾。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種奧氏體鋼表面鉻鋁抗氧化涂層的制備方法，其特征在于，涂覆漿料制備方法包括：以10g：4-6ml的固液比混合固相組分和液相組分，攪拌2-4h后置于行星式球磨機(jī)中球磨混合，球磨轉(zhuǎn)速為350-400rpm、時(shí)間為6-24h，得到混合均勻的涂覆漿料。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種奧氏體鋼表面鉻鋁抗氧化涂層的制備方法，其特征在于，預(yù)熱處理包括在220℃下對(duì)待鍍工件進(jìn)行中頻預(yù)熱30-60min。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種奧氏體鋼表面鉻鋁抗氧化涂層的制備方法，其特征在于，漿料噴涂壓力為0.5-2mpa、涂覆層厚度為0.1-5mm、涂層覆蓋率不低于待鍍工件表面98％。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種奧氏體鋼表面鉻鋁抗氧化涂層的制備方法，其特征在于，漿料涂層干燥采取自然風(fēng)干24-48h、固化處理為在300-450℃下固化24-48h。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種奧氏體鋼表面鉻鋁抗氧化涂層的制備方法，其特征在于，熱處理溫度為980-1150℃，熱處理的惰性氣體包括ar或n2；其中，熱處理之后還包括：對(duì)待鍍工件進(jìn)行保溫處理，保溫時(shí)間為8-15min。

技術(shù)總結(jié)
本公開的實(shí)施例提供一種奧氏體鋼表面鉻鋁抗氧化涂層的制備方法，包括：按比例稱量配制固相組分及液相組分，經(jīng)攪拌、球磨后制得不同比例涂覆漿料備用；對(duì)待鍍工件進(jìn)行表面清洗和預(yù)熱處理，且將涂覆漿料噴涂至待鍍工件表面并進(jìn)行干燥和固化處理；將涂覆漿料固化后的待鍍工件置于惰性氣氛下進(jìn)行熱處理，冷卻后在待鍍工件表面得到鋁硅抗氧化涂層，并進(jìn)行涂覆殘?jiān)幚?。本發(fā)明中奧氏體鋼表面鉻鋁抗氧化涂層及其制備方法，所制備滲層組織結(jié)構(gòu)均勻、厚度適中、Al原子擴(kuò)散充分，滲層與基體呈良好冶金結(jié)合、不易脫落，適用于大型鍋爐、油氣田輸運(yùn)管道等大長(zhǎng)徑比及各種復(fù)雜形狀工件所用奧氏體鋼及高溫合金部件，具有極好的工業(yè)批量化生產(chǎn)效益。

技術(shù)研發(fā)人員：胡新元,雷中輝,趙文瑋,宋友亞,張醒興,王鵬,李軍慶,黃錦陽(yáng),魯金濤,袁勇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安熱工研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15