國內外非晶塗層研究情況

近年來，國內外對熱（rè）噴塗非晶合金塗層材（cái）料進（jìn）行了大量研究，尤其在鎳基和鐵基體係上，取得顯著成果。但（dàn）能具備量產並（bìng）達（dá）到工業化工程應用的不多，國外有Liquidmetal Coatings LLC（美國）公司、國內有北京中機聯供非晶科技股份有限公司，Liquidmetal Coatings LLC（美國（guó））公司生產的鐵基非晶塗層材料，非晶形成能力強（qiáng），使用他們的產品製備的非晶塗層具有（yǒu）卓越的防腐、耐磨性能、耐高溫，而且強度高、可後續加工（車（chē）、銷、磨、拋（pāo）等），在石油（yóu）化工、電力、機（jī）械、汽（qì）車等領域已經有許多工（gōng）程應用案例。北京中機聯供非晶科技股份有限公司的產品報道較少。中科院金屬所、中科院（yuàn）材料所、同濟大學、北京科技大學（xué）等單位均有課題組在研（yán）究非晶塗層，但大多還在實驗室階段，其應用案例報道較少。科盾公司擁有Liquidmetal Coatings LLC（美國）的核心（xīn）材料和自己研發的獨有塗層製備技術（shù），在國內非晶塗層領域的領先優勢（shì）明顯。

在鎳基體係有Ni-Zr-Ti-Si-Sn、Ni-Cr-Mo-B等（děng）非晶塗（tú）層。研究表（biǎo）明，與鎳（niè）基多（duō）晶合（hé）金塗層相比（bǐ），鎳基非晶（jīng）塗層具有極其（qí）優異的抗腐蝕性（xìng）能。如J.Jayaraj等采用氣霧化粉末和低壓等離子（zǐ）噴塗技術在鋼基體上噴塗了Ni59Zr20Ti16Si2Sn3多晶和非晶塗層，並對其抗腐蝕性能進行了比較，結果表明，在0.5mol/L的H2SO4中成分相同的多晶（jīng）合金塗（tú）層腐蝕（shí）率（lǜ）為2000μm/a左右，而非晶（jīng）合金塗層降低到幾個μm/a，抗腐蝕（shí）性能提高了上千倍。

在（zài）鐵基非晶塗（tú）層體係（xì），早在70年代Naka等發現了Fe10Cr7P3C塊狀非晶具有極其優異的抗腐蝕能力，在（zài）1mol/L HCl中腐（fǔ）蝕速率約（yuē）10-5mm/a，而304不鏽鋼為（wéi）1mm/a左右。1996年Kishitake發現Fe10Cr7P3C非晶塗層也具（jù）有同樣優異（yì）的抗腐（fǔ）蝕性能，隨後許多研究者對鐵基非晶塗層及抗腐蝕性（xìng）進行了大量研究（jiū），發現Fe-Cr-Mo-（C-B）、Fe-Cr-P-C、Fe-Cr-Mo-P-C、Fe-Cr-Si-B-Mn等非晶塗層均（jun1）具優良的抗（kàng）腐蝕性能。最近還發現更多組元的（de）Fe-Cr-Mn-Mo-W-B-C-Si係列結構非晶金屬具有極好的抗腐蝕性（xìng）能，如SAM2X5（Fe49.7Cr17.7Mn1.9Mo7.4W1.6B15.2C3.8Si2.4）非晶合（hé）金（jīn）塗層在海水中（zhōng）的腐蝕速率不到316L不鏽鋼的1/50，約0.18μm /a，而316L不鏽鋼在海（hǎi）水的腐蝕率為（wéi）10μm/a左右。 鐵基類非晶塗層另一個（gè）優點是高硬抗磨，塗層硬度普遍達到1000HV水平（píng），抗磨性能優異；如Kim等采用Liquidmetal Coatings LLC公司的Fe49Cr48Si1.7Ni0.6Co0.3Mo0.1鐵基合金（jīn）粉末，在碳鋼基體上用熱噴塗法（fǎ）製（zhì）備了500μm厚的非晶塗層，硬度（dù）達到1000HV。

國內外電力行業非晶塗層的應用情況（kuàng）

循環流化床(Circulating Fluidized Bed，簡稱CFB)燃燒技術是近三（sān）十年來發展起（qǐ）來的一種高效、低汙染的新型清潔煤燃燒技術。與傳統燃（rán）煤鍋爐(煤粉爐（lú）)相比具有煤種適應性廣（guǎng），能有效燃（rán）燒包括劣質煤和固體垃圾在內的許多低熱值燃料，還具有汙染（rǎn）物排放量低、負荷調節（jiē）性能好、灰渣易於綜合利（lì）用等（děng）優點，能夠有效地緩解目（mù）前所麵臨（lín）的能源（yuán）危機和環境問題，被廣泛應（yīng）用在電力、石油（yóu）、化（huà）工以及垃圾處理等領域（yù）。但鍋爐“四管”水冷壁管、過熱器管、再熱器管、 省煤器管）的嚴重衝蝕（shí）磨損影響了機組的正常運（yùn）行（háng），該問題引起的停（tíng）爐（lú）維（wéi）修造（zào）成了巨大的（de）經濟損失。據統（tǒng）計，一台75t/h的鍋爐（lú），每小修一次需（xū）要停爐10～14天， 每大修一次需要（yào）停爐20～30天。 每停（tíng）爐一天， 將少發電近30萬度（dù），直接經濟損失18萬元/天，而由（yóu）於停電給工農業生（shēng）產帶來的間接損失往往比直接損失還要大幾十倍。解（jiě）決這一問題的有效途徑是在（zài）受磨損部件的表麵製（zhì）備一層性能優異的耐磨蝕塗層，非晶合金與傳統合金材料相比（bǐ）,具有高強度、高硬度、耐磨損、耐（nài）腐蝕等獨特而優異（yì）的性能,采（cǎi）用熱噴（pēn）塗技（jì）術製備非晶塗層可（kě）以將非晶合金（jīn）推向耐（nài）磨損（sǔn）防護的應用領域,緩解長期以來困擾CFB四（sì）管衝蝕磨損（sǔn）帶（dài）來的難題。

美國（guó）Metal­spray公司在（zài）90年代初用高速火焰噴塗(HVOF)製備的DS­300,(75Cr3C2/TiC­25NiCrMoAl),DS­128(WC­17Co),

DS­105(Cr3C2),DS­200(75 Cr3C2­25NiCr),Fe19Cr15W7Ti6Ni抗衝蝕（shí）­氧化塗層，隨後該公司又推出了高（gāo）速火焰電弧噴塗塗（tú）層新技術,即ComARC噴塗Duocor塗層（céng）, 用於電廠煤粉鍋爐、循環流化（huà）床鍋爐（lú）和（hé）垃圾焚燒鍋爐爐管高溫抗（kàng）衝（chōng）蝕磨損（sǔn）防護；日本也采用超音（yīn）速火焰（yàn）噴（pēn）塗75Cr3C2/25NiCr合金粉（fěn）製備高溫耐磨蝕塗層,均（jun1）取得了一定的效果；英國針對電廠鍋爐管道的腐（fǔ）蝕及衝蝕用等離子（zǐ）噴塗50Cr­50Ni作（zuò）為受熱麵耐（nài）腐（fǔ）蝕防護（hù）塗層，等離子噴塗Al2O3,Cr3C2和75Cr3C2­25NiCr作為抗（kàng）飛灰衝蝕（shí）塗層；瑞典運用電弧和火焰絲材噴塗相結合的（de）技術在80年代對鍋爐水冷壁（bì）、過熱器管道噴塗Fe22Cr6Al合金,具有較好的抗（kàng）硫化（huà）和抗氧化性能；國內的（de）研究人員針對我國國情,在CFB鍋爐（lú）防護技術方麵也進行了許多嚐試和研究。自90年（nián）代以（yǐ）來,逐漸找到了比較有效的技術手段,如電弧噴（pēn）塗高鉻鎳絲材,噴焊Ni60,高速電弧（hú）噴塗Fe­Al/WC等,但使用效果也不是很理想。科盾工業設備製造（天津）有限公司用超音速電弧噴塗FeCrBSiMn，在水冷壁（bì）管上製備非晶塗層，取得較理想的防護效果。

2013年（nián）4月，實施了內蒙古華電烏達熱電有限公司（烏達電廠）150MW 的CFB鍋（guō）爐的水冷（lěng）壁非晶塗層（céng）施工，至2015年6月停爐，運行26個月，非晶塗層平均減薄約為30%，按此磨損速率推算，在CFB鍋爐水冷壁上（shàng）做1次非晶塗層可以使用5年（nián）以上（采用常規的（de）晶體合金材料塗層，1年需要做2次）。有效地解決了長期困擾CFB鍋爐電廠水冷（lěng）壁管磨損的難（nán）題，大大減少了因水冷壁管磨損原因而（ér）引發的爆管事故，縮短了每次檢修的時間，給企業節省了運維費用，在1個大修周期，帶來的直接經濟效益1040萬。

廣西（xī）投資集團（tuán）有限（xiàn）公司旗下的（de）廣西柳州發電有限（xiàn）責任公司柳州電廠使用（yòng）的煤質（zhì）含硫量高（gāo）達3.5%，2014年8月采用超音速電弧噴塗（tú）技術在其煤粉爐的（de）水冷壁上製備非晶塗層,2015年8月停爐（使用12個月），經檢測，非晶塗層減薄約為11%，同時（shí），與（yǔ）同期噴塗的45CT塗層比，結焦（灰）厚度也大大減少，按（àn）此磨損率（lǜ）推算（suàn），非晶塗層的使用壽命遠大於一個（gè）大修周期（5年（nián）），延長了（le）防護塗層的使用壽命，減少了因水冷壁腐蝕磨損原因（yīn）導致（zhì）的非計劃（huá）停爐次數，經（jīng）濟效益和社會（huì）效益顯著（zhe）。

應用前景

鐵基非晶塗層以（yǐ）鐵（tiě）為主的多（duō）元金屬為原料，采用霧化手段製備，成本相對其（qí）他（tā）基非（fēi）晶（jīng）要低的多，具有卓越的防腐（fǔ）、耐磨、抗高（gāo）溫、摩擦係數小和再加工能力強等特點，鐵基（jī）非晶塗層可應對腐蝕和磨損並存的惡劣工況環境，可用（yòng）於航空航天、石油天然氣、化工（gōng）、電力（煤電、水電、核（hé）電）、煤炭（tàn）、船舶、汽車、造（zào）紙、紡織、冶金、鋼鐵、機械等行業。

目（mù）前（qián），采用非晶塗層技術的電廠有華電（diàn）集團的烏達電廠、華能（néng）集團東（dōng）海拉爾電廠（chǎng）、神華集團神東電力公司神木店塔電廠、京能熱電股（gǔ）份有限公司的京玉電廠、京能熱電股份有限公司的京海電廠、京能熱電股份有限（xiàn）公司（sī）的京泰（tài）電廠等。

據統（tǒng）計，國內100MW以上CFB鍋爐（lú）有（yǒu）350台，裝機容量（liàng）6300萬千瓦，100MW以下的CFB鍋爐有3000台。如果100MW以上的（de）CFB鍋爐水冷壁（bì）管全部（bù）使用（yòng）非晶塗層做防護，每年所節省的運維費用高達7.28億，因減少停機（jī）時間而增加發電量給工業、農業帶來的間接經濟效益（yì）可達上百億（yì）。