本發(fā)明屬于材料表面涂層，具體涉及一種抗高溫水蒸汽氧化的涂層漿料、涂層及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、在火電機(jī)組中，鍋爐在高溫環(huán)境下運(yùn)行，隨著超超臨界發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，鍋爐內(nèi)水蒸汽溫度和壓力不斷提高，造成鍋爐內(nèi)壁被水蒸汽氧化形成氧化層，氧化層的形成會(huì)減少鍋爐內(nèi)壁受熱面與水蒸汽之間的有效接觸面積，從而降低換熱效率；氧化層剝落可能堵塞管道，導(dǎo)致管道內(nèi)水蒸汽流動(dòng)受阻，進(jìn)而引發(fā)超溫爆管。

2、現(xiàn)有技術(shù)中提高鍋爐用奧氏體鋼抗水蒸汽氧化性能的方式有兩種，一種是采取細(xì)化晶粒的方式，一種是內(nèi)壁噴丸的方式。這兩種方式能使奧氏體鋼快速生長(zhǎng)出保護(hù)性cr2o3膜，cr2o3膜具有抗氧化性能。然而，在高于600℃的水蒸汽中，cr2o3的穩(wěn)定性較差，容易剝落，會(huì)進(jìn)一步升高堵管、爆管風(fēng)險(xiǎn)；除此之外，隨著服役時(shí)間的增加，奧氏體鋼中的cr含量將不能滿足生長(zhǎng)cr2o3膜的需要，導(dǎo)致鍋爐的抗氧化性能加速下降。因此，這兩種方式僅僅可以在初期提高抗氧化性，并不能從根本上解決問(wèn)題。

3、為了進(jìn)一步解決氧化問(wèn)題，抗高溫水蒸汽氧化涂層技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生?？垢邷厮羝趸繉邮怯糜诒Ｗo(hù)基體在高溫水蒸汽環(huán)境下免受氧化的一種特殊涂層，能夠防止基體在高溫水蒸汽環(huán)境中被氧化和腐蝕，延長(zhǎng)基體的使用壽命。

4、其中，硅改性的鋁化物涂層是抗高溫水蒸汽氧化涂層中的一種，然而由于鋁化物涂層與基體之間的熱膨脹系數(shù)相差較大，導(dǎo)致在鍋爐啟停過(guò)程中產(chǎn)生較大的應(yīng)力，從而導(dǎo)致涂層容易出現(xiàn)裂紋甚至剝落。并且現(xiàn)有的硅改性鋁化物涂層的抗高溫水蒸汽氧化性能也還有待提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種抗高溫水蒸汽氧化的涂層漿料、涂層及其制備方法，提高了涂層的抗裂性能和抗高溫水蒸汽氧化性能。

2、本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明提供一種抗高溫水蒸汽氧化的涂層漿料，所述涂層漿料由固相組分和液相組分按照10g:（3~7）ml的比例混合得到；按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，所述固相組分包括：50~60份的鋁粉，5~15份的硅粉，10~20份的氧化鋁粉，5~35份的mxene材料；所述液相組分包括磷酸二氫鋁溶液、三氧化鉻和水玻璃；其中，磷酸二氫鋁溶液、三氧化鉻和水玻璃的比例為100ml:（10~30）g:（5~15）ml。

4、優(yōu)選的，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，所述固相組分包括：50~60份的鋁粉，5~15份的硅粉，10~20份的氧化鋁粉，15~25份的mxene材料。

5、優(yōu)選的，所述mxene材料為多層ti2ctxmxene粉、多層nb2ctxmxene粉或多層mo2ctxmxene粉。

6、本發(fā)明所述的抗高溫水蒸汽氧化的涂層漿料的制備方法，包括：

7、（1）將鋁粉、硅粉、氧化鋁粉、mxene粉進(jìn)行球磨混合，得到固相組分；

8、（2）將三氧化鉻加入磷酸二氫鋁溶液中，攪拌至溶解，再加入水玻璃，攪拌，得到液相組分；

9、（3）將固相組分和液相組分混合，球磨，得到涂層漿料。

10、優(yōu)選的，步驟（1）中所述球磨為濕法球磨，濕法球磨采用的溶劑為乙醇。

11、本發(fā)明還提供一種抗高溫水蒸汽氧化的涂層，由如上所述的抗高溫水蒸汽氧化的涂層漿料涂覆在基體上制備得到。

12、優(yōu)選的，所述基體為鍋爐用鋼，例如奧氏體鋼。

13、本發(fā)明所述的抗高溫水蒸汽氧化的涂層的制備方法，包括：

14、（1）將所述的涂層漿料涂覆于基體表面，干燥，在基體上形成涂層前驅(qū)體；

15、（2）將涂層前驅(qū)體固化；

16、（3）在氬氣保護(hù)下，對(duì)固化后的涂層前驅(qū)體進(jìn)行熱處理，得到涂層。

17、優(yōu)選的，所述的抗高溫水蒸汽氧化的涂層的制備方法，在步驟（1）之前，對(duì)基體進(jìn)行預(yù)處理：對(duì)基體表面進(jìn)行清洗，干燥，然后預(yù)熱。

18、優(yōu)選的，所述的抗高溫水蒸汽氧化的涂層的制備方法，步驟（2）中，固化溫度為300~400℃，固化時(shí)間為30~50min。

19、優(yōu)選的，所述的抗高溫水蒸汽氧化的涂層的制備方法，步驟（3）中，熱處理溫度為900~1100℃，時(shí)間為10~20?min。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

21、本發(fā)明在涂層漿料中添加了mxene材料，mxene材料是一類(lèi)具有類(lèi)石墨烯結(jié)構(gòu)的二維材料，涂層漿料形成涂層之后，mxene材料的二維結(jié)構(gòu)可以增加水蒸汽在涂層中的擴(kuò)散路徑，從而延緩高溫水蒸汽對(duì)基體的氧化過(guò)程，提高基體抗高溫水蒸汽氧化作用。并且mxene材料的片層結(jié)構(gòu)可以引發(fā)裂紋的偏轉(zhuǎn)，使裂紋在擴(kuò)展過(guò)程中發(fā)生方向改變，這種偏轉(zhuǎn)過(guò)程需要消耗更多的能量，因此能有效抑制裂紋的擴(kuò)展速度；mxene材料片層的邊界能有效阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，mxene材料片層結(jié)構(gòu)可以減少裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展；因此，mxene材料的片層結(jié)構(gòu)能提高涂層的抗裂性能，防止涂層的斷裂脫落。

22、進(jìn)一步的，本發(fā)明通過(guò)研究?jī)?yōu)選了mxene材料的添加量，在固相組分中添加15~25份的mxene材料時(shí)，抗高溫水蒸汽氧化的作用更佳，mxene材料添加量太低或太高均不利于抗高溫水蒸汽氧化作用的提高。

技術(shù)特征：

1.一種抗高溫水蒸汽氧化的涂層漿料，其特征在于，所述涂層漿料由固相組分和液相組分按照10g:（3~7）ml的比例混合得到；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗高溫水蒸汽氧化的涂層漿料，其特征在于，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，所述固相組分包括：50~60份的鋁粉，5~15份的硅粉，10~20份的氧化鋁粉，15~25份的mxene材料。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗高溫水蒸汽氧化的涂層漿料，其特征在于，所述mxene材料為多層ti2ctx?mxene粉、多層nb2ctx?mxene粉或多層mo2ctx?mxene粉。

4.權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的抗高溫水蒸汽氧化的涂層漿料的制備方法，其特征在于，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的抗高溫水蒸汽氧化的涂層漿料的制備方法，其特征在于，步驟（1）中所述球磨為濕法球磨，濕法球磨采用的溶劑為乙醇。

6.一種抗高溫水蒸汽氧化的涂層，其特征在于，由權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的抗高溫水蒸汽氧化的涂層漿料涂覆在基體上制備得到。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的抗高溫水蒸汽氧化的涂層，其特征在于，所述基體為鍋爐用鋼。

8.權(quán)利要求6所述的抗高溫水蒸汽氧化的涂層的制備方法，其特征在于，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的抗高溫水蒸汽氧化的涂層的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，固化溫度為300~400℃，固化時(shí)間為30~50min。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的抗高溫水蒸汽氧化的涂層的制備方法，其特征在于，步驟（3）中，熱處理溫度為900~1100℃，時(shí)間為10~20?min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于材料表面涂層技術(shù)領(lǐng)域，提供一種抗高溫水蒸汽氧化的涂層漿料、涂層及其制備方法，所述抗高溫水蒸汽氧化的涂層漿料，由固相組分和液相組分按照10g:（3~7）mL的比例混合得到；按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，所述固相組分包括：50~60份的鋁粉，5~15份的硅粉，10~20份的氧化鋁粉，5~35份的MXene材料；所述液相組分包括磷酸二氫鋁溶液、三氧化鉻和水玻璃；其中，磷酸二氫鋁溶液、三氧化鉻和水玻璃的比例為100mL:（10~30）g:（5~15）mL?；谏鲜鐾苛现苽淞送繉?，本發(fā)明提高了涂層的抗裂性能和抗高溫水蒸汽氧化性能。

技術(shù)研發(fā)人員：魯金濤,胡新元,趙興龍,趙文瑋,黃思源,張醒興,王鵬,雷中輝,黃錦陽(yáng),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：2024/12/17