國內外非晶塗層研究情況

近年來，國內（nèi）外對熱噴塗非晶合金塗層材料進行了大量研究，尤其在（zài）鎳基和鐵基體係上（shàng），取得顯著成（chéng）果。但能（néng）具備量產並達到工業（yè）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（jī）聯供非晶科技股份有限公司，Liquidmetal Coatings LLC（美國）公司生產的鐵基非（fēi）晶塗（tú）層材料，非晶形成能力強，使用他們的產品製備的非晶（jīng）塗層具有卓越的防腐、耐磨性能、耐高溫，而且強度高、可後續加工（車、銷、磨、拋等），在石油化工、電力、機械（xiè）、汽車等領域已經有許多工程應用案（àn）例。北京中機聯供非晶科技股份（fèn）有（yǒu）限（xiàn）公司的產品報道較少。中科院金（jīn）屬所、中科院材料所、同濟大學、北京科技大學等單位均有課題組在研究非晶塗層，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）的核心材料和自己研發的獨有塗層製備技術，在國內非晶塗層領域的領（lǐng）先優勢明顯。

在鎳基體係有Ni-Zr-Ti-Si-Sn、Ni-Cr-Mo-B等非晶（jīng）塗層。研究表明，與鎳基多晶合金塗層相（xiàng）比，鎳基非晶（jīng）塗層具（jù）有極其優異的抗腐蝕性能。如J.Jayaraj等采用氣霧化粉末和低壓等離子噴塗技術在鋼基體上噴塗了Ni59Zr20Ti16Si2Sn3多晶和非晶塗層（céng），並對其抗腐蝕（shí）性（xìng）能進行了比（bǐ）較，結（jié）果表明，在0.5mol/L的H2SO4中成分相同的多晶合金塗層腐蝕率為2000μm/a左右，而非晶合金塗（tú）層降低到幾個μm/a，抗腐蝕性能提高了上千倍。

在鐵基非晶塗層體係，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1mol/L HCl中（zhōng）腐蝕速率約10-5mm/a，而304不（bú）鏽鋼為1mm/a左右。1996年Kishitake發現Fe10Cr7P3C非晶塗層也具有同樣優異的抗腐蝕性能，隨後許（xǔ）多研究者對鐵基非晶塗層及抗腐蝕性進行（háng）了大量研究，發現Fe-Cr-Mo-（C-B）、Fe-Cr-P-C、Fe-Cr-Mo-P-C、Fe-Cr-Si-B-Mn等非晶塗層均具優良的抗腐蝕性能（néng）。最近還發現更多組元的Fe-Cr-Mn-Mo-W-B-C-Si係列結構（gòu）非晶金屬具有極好的抗腐蝕性能，如SAM2X5（Fe49.7Cr17.7Mn1.9Mo7.4W1.6B15.2C3.8Si2.4）非晶合金塗層在海（hǎi）水中的腐蝕速率不到316L不鏽鋼的1/50，約0.18μm /a，而（ér）316L不（bú）鏽鋼在（zài）海水的腐蝕率為10μm/a左右。 鐵基（jī）類非晶塗層另一個（gè）優點是（shì）高硬抗磨，塗層硬度普（pǔ）遍達到1000HV水平，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（yòng）熱噴塗法製備了500μm厚的（de）非晶塗層，硬度（dù）達到1000HV。

國內外電力行業非晶塗層的（de）應用情況

循環流化床(Circulating Fluidized Bed，簡稱CFB)燃燒技術是近三十年來發展起來的一種高效（xiào）、低汙染的新型清（qīng）潔煤燃燒技術（shù）。與傳統燃煤鍋爐(煤粉爐)相比具有煤種適（shì）應性廣（guǎng），能有（yǒu）效燃燒包括劣質煤和固（gù）體垃圾在內的許多低熱值燃料，還具有汙染物排放量低、負荷調節性能好、灰渣易於綜合利用等（děng）優點，能夠有效地緩解目（mù）前所麵臨的能源危機（jī）和環境問（wèn）題，被廣泛（fàn）應用在電力、石油、化工以及垃圾處（chù）理等領（lǐng）域（yù）。但鍋（guō）爐“四管”水冷壁管、過熱器管、再（zài）熱器管、 省煤器管（guǎn））的嚴重衝蝕磨損影響了機（jī）組的正（zhèng）常運行，該問題引起的停爐維修造（zào）成了巨大的經濟損失。據統計，一台75t/h的鍋爐，每小修一次需要停爐10～14天， 每大修一次需要停爐20～30天。 每停爐一天（tiān）， 將少發（fā）電近30萬度，直（zhí）接經濟損失18萬元（yuán）/天，而由於停電給工農業生產帶來的間接損失往往比直接損失還要大幾十倍。解決這一問（wèn）題的（de）有效途徑是在受磨損部件的表麵製備一層性能優異的（de）耐磨蝕（shí）塗層，非晶合金與傳統合金（jīn）材料相（xiàng）比,具有高強度、高硬度、耐磨損、耐（nài）腐蝕等獨特而優異的性能,采用熱噴塗技術製備非晶塗層可以將非（fēi）晶（jīng）合金推（tuī）向耐磨損防護（hù）的應用領域,緩解長期以來困（kùn）擾CFB四管衝蝕（shí）磨損帶來的（de）難題。

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

DS­105(Cr3C2),DS­200(75 Cr3C2­25NiCr),Fe19Cr15W7Ti6Ni抗衝蝕­氧化塗層，隨後該公司又推出了高速火焰電弧噴塗塗（tú）層新技術,即ComARC噴塗Duocor塗層, 用於電廠煤（méi）粉鍋爐、循環流化床鍋爐和垃（lā）圾焚燒鍋爐爐管高溫抗衝蝕（shí）磨損防護（hù）；日本也采用超音速火焰噴塗75Cr3C2/25NiCr合金粉（fěn）製備高溫耐磨蝕塗層,均取（qǔ）得了一定的效果；英國針對電廠鍋爐管道的腐蝕及（jí）衝蝕用等離子噴塗50Cr­50Ni作為受熱麵耐腐蝕防（fáng）護塗層（céng），等離子（zǐ）噴塗Al2O3,Cr3C2和75Cr3C2­25NiCr作為抗飛灰衝蝕塗層；瑞典運用電弧和火焰絲材噴塗相結合的技術在80年代對鍋爐水冷壁、過熱器管道噴塗Fe22Cr6Al合金,具有較好的抗（kàng）硫化和抗氧化性能；國內的研究人員針對我國國情,在CFB鍋爐防護技術方麵也進（jìn）行了（le）許多（duō）嚐試和研究。自90年代以來,逐漸（jiàn）找到了比較有效的技（jì）術手段,如電弧噴塗高鉻鎳（niè）絲材（cái）,噴焊Ni60,高速電弧噴塗Fe­Al/WC等（děng）,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（chāo）音速電弧噴塗FeCrBSiMn，在水冷壁管上製備非晶塗層，取得較理想的防護（hù）效果。

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

廣西（xī）投資集團有限公司旗下的廣西柳州發電（diàn）有限責任公司柳（liǔ）州電廠使（shǐ）用的煤質含硫（liú）量高達3.5%，2014年8月采用超（chāo）音速電弧噴（pēn）塗技術（shù）在（zài）其（qí）煤粉爐的水（shuǐ）冷（lěng）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，與同期噴塗的（de）45CT塗層比，結焦（灰）厚度也大大（dà）減少，按此磨損率推算，非晶塗層的使用壽（shòu）命遠大於一個（gè）大修周期（5年），延長了防護（hù）塗（tú）層的使用壽命，減少了因水冷壁腐蝕磨損原（yuán）因導致的非計劃停爐次數，經濟效益和社會效益顯著。

應用前景

鐵基非晶（jīng）塗（tú）層以鐵為主的多元金（jīn）屬為原料，采用霧化（huà）手段製備，成本相（xiàng）對其他（tā）基非晶要低的多，具有卓越的防腐、耐（nài）磨、抗高溫、摩擦係數小和再加工能力強等（děng）特點，鐵基非晶塗層可應對腐蝕和磨損並存的惡劣工況環境，可用於航空航天、石油天然（rán）氣、化工、電力（煤（méi）電、水電、核電）、煤（méi）炭、船舶、汽車、造紙、紡織、冶金、鋼鐵、機械等行業。

目前，采（cǎi）用（yòng）非晶（jīng）塗層技（jì）術的電廠有華電集團的烏達電廠、華能集團東海拉（lā）爾（ěr）電廠（chǎng）、神（shén）華集（jí）團神東電力（lì）公司神木店塔（tǎ）電（diàn）廠、京（jīng）能熱電股份有（yǒu）限公司的京玉電廠、京能熱電股份（fèn）有（yǒu）限公司的京海電廠、京能熱電股份有限公司的京泰電廠等。

據統計，國內100MW以上CFB鍋爐有350台，裝機容量（liàng）6300萬千瓦，100MW以下的CFB鍋（guō）爐有3000台（tái）。如果100MW以上的CFB鍋爐水冷（lěng）壁管全部使（shǐ）用非晶塗層做防護，每年所節省的運維費用高（gāo）達7.28億，因減（jiǎn）少停機時間而增加發電量給工業、農業帶來的間接經濟效益可達上百億。