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铁基非晶涂层:“涂”的就是我便宜

中诺新材 2020-03-25

  铁基非晶涂层就是,材料表面熔化后,以超急冷方式冷却,在材料表面形成的铁基非晶层。主要采用等离子喷涂、超音速火焰喷涂(HVOF HVAF)和超音速电弧喷涂三种热喷涂工艺。目前投入应用的还有以下几种金属基非晶涂层及其特点:

  Ni基优异的耐腐蚀性能,制备成本较高,主要用于功能涂层。

  Ti基在强腐蚀介质中具有优异的耐腐蚀性能。

  Zr基良好的力学性能,高密度、强耐腐蚀性,但是硬度较低,不太适合做耐磨涂层。

  Al基密度低,极强的耐腐蚀性能,结构较致密、显微硬度高。

  和上述几种非晶涂层相比铁基非晶涂层具有以下优点:

  性能好

  具有卓越的防腐、耐磨、抗高温、摩擦系数小和再加工能力强等特点。

  成本低

  铁基非晶涂层以铁为主的多元金属为原料,成本相对其他基非晶要低的多。

  应用领域广

  铁基非晶涂层可应对腐蚀和磨损并存的恶劣工况环境,可用于航空航天、石油天然气、化工、电力(煤电、水电、核电)、煤炭、船舶、汽车、造纸、纺织、冶金、钢铁、机械等行业。

  铁基非晶涂层主要应用范围

  在国家重大能源战略背景下,铁基非晶涂层将会越来越多出现在电力、煤矿、军工、核电等领域,为我国金属表面防护起到重要作用。

  电力部门

  铁基非晶涂层使用得到越来越多电力企业和煤矿企业的认可。据了解,采用铁基非晶涂层技术的华电集团的乌达电厂、华能集团东海拉尔电厂、神华集团神东电力公司神木店塔电厂、京能热电股份有限公司的京玉电厂、京能热电股份有限公司的京海电厂、京能热电股份有限公司的京泰电厂等公司,均对铁基非晶涂层和其他涂层进行比较,认为铁基非晶涂层保护作用效果十分明显,对比取得的经济效益成效显著。

  有资料表明,国内100MW以上CFB锅炉有350台左右,装机容量6300万千瓦,100MW以下的CFB锅炉有3000台左右。如果100MW以上的CFB锅炉水冷壁管全部使用非晶涂层做防护,每年所节省的运维费用高达7.28亿,减少停机时间而增加发电量给工业、农业带来的间接经济效益可达上百亿。

  煤矿企业

  煤矿许多装备也是铁基非晶涂层发挥作用的地方。

  我们就拿目前使用较多的耐磨带分析:通过主流标准钻杆钻井进尺约7000米后,外观形貌及实测数据比较显示:铁基晶体结构耐磨带(气保护焊)剩余厚度不到1mm;铁基晶体结构耐磨带(等离子喷焊)剩余1mm左右,有明显掉块脱落;钛合金(晶体结构)耐磨带(气保护焊)基本磨平且严重氧化;铁基非晶涂层结构耐磨带(气保护焊)剩余厚度超过2mm。

  军工领域

  铁基非晶涂层在美国早就有使用报道。从美国各类舰艇的甲板使用反馈来看防腐耐磨效果得到肯定。军方科研人员为了验证铁基非晶涂层效果,他们把铁基非晶态合金(Fe72Cr8P13C7)在1N 的HCl中浸渍168 h(30℃),结果几乎没有重量上的变化;而在同样条件下,18Cr8Ni 的不锈钢却以10 mm/ a 的速率被盐酸腐蚀掉。

  目前,铁基非晶态合金已逐步成为化工、海洋等一些易腐蚀环境中装(设)备防腐的首选材料。

  国防科研人员发现:在军事装备中,在与铝合金、铜合金、钛合金、不锈钢四种常见合金的性能比较中,除了耐磨防腐以外,另外在屈服强度、强度重量比、弹性应变极限以及硬度四个方面,铁基非晶合金涂层均具有相当大的优势。

  核电工程

  铁基非晶合金涂层往往含有大量非金属元素B,并具有较好的玻璃形成能力。其中硼元素具有优异的中子屏蔽效果,其热中子吸收截面为3875b,且吸收中子后的二次射线产额小,能耗低,所以在核电领域得到广泛应用。

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  铁基非晶涂层研究进展

  在国外,美国先进材料公司在铁基非晶涂层研究、产业化等工作较早,技术处于领先。比较有名气的还有,美国Liquidmetal Coatings LLC公司生产的铁基非晶涂层材料,非晶形成能力强,表现出卓越的防腐、耐磨性能、耐高温,而且强度高、可后续加工(车、销、磨、抛等)。国内,北京中机联供也开始进入非晶涂层材料的研发和试生产。合资公司科盾公司拥有Liquidmetal Coatings LLC(美国)的核心材料,在国内非晶涂层应用领域的领先优势明显。

  科研单位,中科院金属所、北京科技大学、华中科技大学、同济大学、中科院宁波材料所、北京理工大学等相关工作得到行业关注。

  在材料耐磨耐腐蚀的要求下,价格实惠的铁基非晶涂层是一个不二的选择。目前,我国的铁基非晶涂层的制造技术、工艺和产业化推广还有很长的路要走,但相信通过大家的共同努力,铁基非晶涂层应用将逐渐被大家认识,必将会对资源节约型,环境友好型的两型社会建设作出应有的贡献。


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