國內（nèi）外非晶塗層研究情況

近年來，國內外對熱噴塗非晶合金塗層材料進行了大（dà）量研究（jiū），尤其在鎳（niè）基和鐵基體係上，取得顯著成果。但能具備量產並達到工業化工程應用的不（bú）多，國外有（yǒu）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）公司生產的鐵基（jī）非晶塗層（céng）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卓越的防腐、耐磨性能、耐高溫，而且強度高、可後續加工（gōng）（車、銷、磨、拋等），在石油（yóu）化工（gōng）、電力、機械、汽車等領域已經（jīng）有（yǒu）許多工程應用案例。北京中機聯（lián）供非晶科技股（gǔ）份有限公（gōng）司的產品報道較少。中（zhōng）科院金屬所（suǒ）、中科院材（cái）料所（suǒ）、同濟大學、北京科技大（dà）學等（děng）單位均有課題（tí）組在研（yán）究非晶塗層，但大多還在實驗（yàn）室階段，其應用案例報（bào）道較少。科盾公司擁有Liquidmetal Coatings LLC（美國）的核（hé）心材料（liào）和自己（jǐ）研發的獨有塗層製備技術，在國（guó）內非晶（jīng）塗層領域的領先優勢明顯（xiǎn）。

在鎳基體（tǐ）係有Ni-Zr-Ti-Si-Sn、Ni-Cr-Mo-B等非晶塗層。研究表明，與鎳基多（duō）晶（jīng）合金塗（tú）層相比，鎳基非晶塗層具（jù）有極其優異的抗腐蝕性能。如J.Jayaraj等采用（yòng）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，並對其抗腐蝕性能進行了比較，結果表明（míng），在0.5mol/L的H2SO4中（zhōng）成分相同（tóng）的多晶合（hé）金塗層腐蝕率為2000μm/a左右，而非晶合金塗層降低到幾個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（kuài）狀（zhuàng）非晶具有極其（qí）優異的抗腐蝕能力，在1mol/L HCl中腐蝕速率約10-5mm/a，而（ér）304不鏽鋼為1mm/a左右。1996年Kishitake發現Fe10Cr7P3C非晶塗層也具有同樣優異的抗（kàng）腐蝕性能，隨後許多研究者對鐵基非晶塗層及（jí）抗腐蝕性進行了大量研究，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。最近還發現更多組元的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能，如SAM2X5（Fe49.7Cr17.7Mn1.9Mo7.4W1.6B15.2C3.8Si2.4）非晶合（hé）金塗層在海水中的腐蝕速率不到（dào）316L不鏽鋼的1/50，約0.18μm /a，而316L不鏽鋼在（zài）海（hǎi）水的腐蝕率為10μm/a左右。 鐵基類非晶塗層另一個優點是高硬抗磨，塗層硬度普遍達到1000HV水平，抗磨（mó）性能優異；如Kim等采用Liquidmetal Coatings LLC公司的Fe49Cr48Si1.7Ni0.6Co0.3Mo0.1鐵基合金粉末，在碳鋼基體上用熱噴塗法製備（bèi）了500μm厚的非晶塗層，硬度達到1000HV。

國內外電（diàn）力行業非晶塗層的應用情況

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、低汙染的新型清潔煤燃燒技術（shù）。與傳統燃煤鍋爐(煤粉爐)相比具有煤種適應性（xìng）廣，能有效燃燒包括劣（liè）質煤和固體垃圾在內（nèi）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（zōng）合利用等優點，能（néng）夠有效地緩解目前所麵臨的能源（yuán）危機和環境問題（tí），被廣泛應用在電力、石油、化工以及垃圾處理（lǐ）等領域。但鍋爐“四管”水冷壁管、過熱器管、再熱器（qì）管（guǎn）、 省煤器管）的嚴重衝（chōng）蝕磨損影響了機組的（de）正常運行，該問題引起的停（tíng）爐維修造成了巨大的經濟損失（shī）。據統計（jì），一台75t/h的鍋爐，每小修一次需要停（tíng）爐10～14天， 每大修（xiū）一次需（xū）要停爐20～30天。 每停（tíng）爐一天， 將少發電近30萬度，直接經濟損（sǔn）失18萬元/天，而由於停電給工農業生產帶來的間接損失往往比直接（jiē）損失還要大（dà）幾十倍。解決這一問題的有效途徑是在受磨損部件的表麵製備一層（céng）性（xìng）能優異（yì）的耐磨蝕塗層，非晶合金與傳（chuán）統合金材料相比,具有（yǒu）高強度、高硬度、耐磨損、耐腐蝕等獨特而優異的（de）性（xìng）能（néng）,采（cǎi）用熱（rè）噴塗技術製（zhì）備非晶塗層（céng）可以將非晶（jīng）合金推向耐磨損防（fáng）護的應用（yòng）領域,緩解長期以來困（kùn）擾CFB四管衝蝕磨（mó）損帶來的難題。

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

DS­105(Cr3C2),DS­200(75 Cr3C2­25NiCr),Fe19Cr15W7Ti6Ni抗衝蝕­氧化塗層，隨後（hòu）該公司又推（tuī）出了高速火焰電弧（hú）噴塗塗層新技術,即ComARC噴塗Duocor塗層, 用於電廠（chǎng）煤粉鍋爐、循環流化床鍋爐和垃（lā）圾（jī）焚燒鍋爐爐管（guǎn）高溫抗衝蝕磨損防護；日本也采用超音速火焰噴塗75Cr3C2/25NiCr合金粉製備高溫耐磨蝕（shí）塗層,均取得了（le）一定的效果；英國針對電廠鍋爐管道的腐蝕及（jí）衝蝕（shí）用等離（lí）子噴塗50Cr­50Ni作為受熱麵耐（nài）腐蝕防護塗層，等離子噴塗Al2O3,Cr3C2和75Cr3C2­25NiCr作為抗飛灰衝蝕塗層；瑞（ruì）典運用電弧和火焰絲材噴塗相結合的技（jì）術在80年代對鍋爐水冷壁（bì）、過熱器管道噴塗Fe22Cr6Al合金,具有較好的抗硫化和抗氧化性能；國內的研究人員（yuán）針對我國國情,在CFB鍋爐防護技術方麵也進行了許多嚐試和研究。自90年代以來（lái）,逐漸找到了比較有效的（de）技術手段,如電（diàn）弧噴塗高鉻（gè）鎳絲材,噴焊Ni60,高速電弧噴塗Fe­Al/WC等,但使用效果（guǒ）也不是（shì）很理想（xiǎng）。科盾工業設（shè）備製造（天津（jīn））有限公司用超音速電弧（hú）噴塗FeCrBSiMn，在水冷壁管上製備非（fēi）晶塗層，取得較理想的防護效果。

2013年4月，實施了內（nèi）蒙古華電烏達熱電有限（xiàn）公司（烏達（dá）電廠）150MW 的CFB鍋爐的水冷壁非晶塗層（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（wéi）30%，按此磨損速（sù）率推算，在CFB鍋（guō）爐水冷壁上做1次非晶塗層可以使用5年（nián）以上（采用常（cháng）規的晶體合金材料塗層，1年需要（yào）做2次）。有效地解決（jué）了長期困擾CFB鍋爐電廠水冷壁管磨損（sǔn）的難題，大大減少了因水冷壁管磨（mó）損（sǔn）原因（yīn）而引發的爆管事（shì）故（gù），縮短了每次檢修的時間，給企業節省（shěng）了運維費用，在1個大修周期，帶來的（de）直接經濟效益1040萬。

廣西投資集團有限公司旗下的廣西柳（liǔ）州發電有（yǒu）限責任公司柳州電廠（chǎng）使用的煤質含硫量高達3.5%，2014年8月采用超音速電弧噴（pēn）塗技術在其煤粉爐的水冷壁上製備（bèi）非晶塗層,2015年8月停爐（lú）（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45CT塗層比，結（jié）焦（灰）厚度也大大（dà）減少，按此磨損率推算，非晶塗層的使用壽命（mìng）遠大於一個大修周期（5年），延長了防護（hù）塗層的使用壽命，減少了因水冷壁腐蝕磨損原因導致的非計劃停爐次數，經濟效益和社會（huì）效益顯著。

應用前景

鐵基非晶塗層（céng）以鐵為主的多元金屬為原（yuán）料，采用霧化（huà）手段製備，成本相對其他基非晶要低（dī）的（de）多，具有卓越（yuè）的防腐、耐磨、抗高溫、摩擦係數小和（hé）再加工能力（lì）強等（děng）特點，鐵基非晶塗層可應對腐蝕和磨損並存的惡（è）劣工況環境，可用於航空航天、石油天然氣（qì）、化（huà）工、電力（煤電（diàn）、水電、核（hé）電）、煤炭、船舶（bó）、汽車、造紙、紡織、冶金、鋼鐵、機（jī）械等行業。

目前，采用非晶塗層技（jì）術的電廠有華（huá）電集團的烏達電廠、華能集團東海拉爾電廠、神華（huá）集團神東電（diàn）力公司神木店塔電廠、京能熱電（diàn）股份（fèn）有限（xiàn）公司的京玉電廠、京能熱（rè）電股份有限公司的京海電廠、京能熱電股份有限公司的京泰電廠等。

據（jù）統計（jì），國內100MW以上CFB鍋爐有350台，裝機容量6300萬千瓦，100MW以下的CFB鍋爐有3000台。如果100MW以上的CFB鍋爐水冷壁管全部使用非晶塗層做（zuò）防護，每年所節省的（de）運維費用（yòng）高達7.28億，因減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。