國內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（le）大量研究，尤其在鎳基和鐵基體係上，取得（dé）顯著成果。但能具備量產（chǎn）並達到工業化工程應用的（de）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）公司生產的鐵基非晶塗層材料，非晶形成能力強，使用他們的產品製備的非晶塗層具有卓（zhuó）越的防（fáng）腐、耐磨性能、耐高溫（wēn），而且（qiě）強度高、可後續加工（車、銷、磨、拋等（děng）），在（zài）石油化工、電力（lì）、機械、汽車等領域已（yǐ）經有許多工程應用案例。北京中機聯供（gòng）非晶科技股份有限公司的產品報道較少。中科（kē）院金屬所、中科院材（cái）料所、同濟大（dà）學、北京科技（jì）大學（xué）等單（dān）位均（jun1）有課題組在研究非晶塗層，但大多（duō）還在實驗室階段，其（qí）應用案例報道較少。科盾（dùn）公司擁有Liquidmetal Coatings LLC（美國）的核（hé）心材料和（hé）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明顯。

在鎳基體係有Ni-Zr-Ti-Si-Sn、Ni-Cr-Mo-B等非（fēi）晶塗層。研究表明，與鎳基（jī）多（duō）晶合金塗層相比，鎳基非晶塗層具有極其（qí）優（yōu）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（duō）晶和非晶塗層，並對其抗腐蝕性（xìng）能進行了比較，結果表明（míng），在（zài）0.5mol/L的H2SO4中成分相同（tóng）的多晶合金塗層腐蝕率為2000μm/a左右，而非晶合金塗層降低到（dào）幾個μm/a，抗腐蝕性能提高了（le）上千倍（bèi）。

在（zài）鐵基非晶塗層體係，早在70年（nián）代Naka等發現了Fe10Cr7P3C塊狀非晶具有極其優異的（de）抗腐蝕能力，在（zài）1mol/L HCl中腐蝕速率約10-5mm/a，而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腐蝕性能，隨後（hòu）許多研究者對鐵（tiě）基非晶塗層及抗腐蝕性進行了大量研究（jiū），發現Fe-Cr-Mo-（C-B）、Fe-Cr-P-C、Fe-Cr-Mo-P-C、Fe-Cr-Si-B-Mn等（děng）非晶塗層均（jun1）具優良的抗腐蝕（shí）性（xìng）能。最近還發現更多組（zǔ）元的Fe-Cr-Mn-Mo-W-B-C-Si係列結構非晶金屬具有（yǒu）極好的（de）抗腐蝕性（xìng）能，如SAM2X5（Fe49.7Cr17.7Mn1.9Mo7.4W1.6B15.2C3.8Si2.4）非晶合（hé）金塗（tú）層在海水（shuǐ）中的腐蝕速率不到316L不鏽鋼的1/50，約0.18μm /a，而316L不鏽鋼在海水的腐蝕率為10μm/a左（zuǒ）右。 鐵基類非晶塗層另一個優點是高（gāo）硬抗磨，塗層硬度普遍達到1000HV水平，抗（kàng）磨性能優異；如Kim等采用Liquidmetal Coatings LLC公司的Fe49Cr48Si1.7Ni0.6Co0.3Mo0.1鐵基合金粉末，在碳鋼基體上用熱噴塗法製備了500μm厚的非晶塗層，硬度達（dá）到1000HV。

國內（nèi）外電力行業非晶塗層的應用情況

循環流化床(Circulating Fluidized Bed，簡稱CFB)燃（rán）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（xiàng）比具有煤種適應性廣（guǎng），能有效燃燒包括（kuò）劣質煤和固體垃圾在內的許多低（dī）熱值燃料，還（hái）具有汙染物（wù）排放量低、負（fù）荷調節性能好（hǎo）、灰渣易於綜合（hé）利用等優（yōu）點，能夠有效地緩解目前所麵（miàn）臨的能源危機和（hé）環境問題，被廣泛應用在（zài）電（diàn）力、石油、化工以及垃圾處理等領域。但鍋爐（lú）“四管”水冷壁管、過熱器管、再熱器管、 省煤器管）的嚴重衝蝕磨損影響了機組（zǔ）的正常運行，該問題引起（qǐ）的停爐維修造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（lú）20～30天（tiān）。 每停爐一天， 將少發電近30萬度，直接經濟損失18萬元/天（tiān），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（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性能（néng）優異的耐磨蝕塗層，非晶合金與傳統合（hé）金材料相（xiàng）比,具有高強度、高硬度、耐磨損、耐腐蝕等獨特而優異的性能,采用熱噴塗技（jì）術製備非晶塗層可以將（jiāng）非晶合金推向耐磨損防護的（de）應用領域,緩解長期以（yǐ）來困擾CFB四管衝蝕磨損帶來的（de）難題。

美國Metal­spray公司在90年（nián）代初用（yòng）高速火焰噴塗(HVOF)製備的DS­300,(75Cr3C2/TiC­25NiCrMoAl),DS­128(WC­17Co),

DS­105(Cr3C2),DS­200(75 Cr3C2­25NiCr),Fe19Cr15W7Ti6Ni抗衝蝕­氧化塗（tú）層，隨後該公（gōng）司（sī）又推出（chū）了高速火焰電弧（hú）噴塗塗層新技術,即ComARC噴塗Duocor塗層（céng）, 用於電廠煤粉鍋爐、循環流化床鍋爐和垃圾焚（fén）燒鍋爐爐管高溫抗衝蝕（shí）磨損防護；日本也采用超音速火焰（yàn）噴塗（tú）75Cr3C2/25NiCr合金粉製備（bèi）高溫耐磨蝕塗層,均取得了一定的（de）效果；英國（guó）針（zhēn）對電廠鍋爐管道的腐蝕及衝蝕用等離子噴塗50Cr­50Ni作為（wéi）受熱麵耐腐蝕防護塗層，等離子噴塗Al2O3,Cr3C2和75Cr3C2­25NiCr作為抗飛灰衝蝕塗層；瑞典運用電弧和火焰絲材噴塗相結合的技術在（zài）80年代對（duì）鍋爐水冷壁、過（guò）熱器管道噴塗Fe22Cr6Al合金,具有較（jiào）好（hǎo）的抗（kàng）硫化和抗氧化（huà）性能；國內（nèi）的研究人（rén）員針對我（wǒ）國國情（qíng）,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）代以來,逐漸找到了比較有效的技術（shù）手段,如電弧噴塗高鉻鎳絲材,噴焊Ni60,高速電弧噴（pēn）塗（tú）Fe­Al/WC等,但使用效果也不是很理想。科盾工業設備製（zhì）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晶（jīng）塗層，取得較（jiào）理想的防（fáng）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鍋爐的水（shuǐ）冷壁非晶塗層（céng）施（shī）工，至（zhì）2015年6月停爐，運行26個月，非晶（jīng）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（cì）非晶塗層可以使用5年（nián）以上（采用常規的晶體合金材（cái）料塗層（céng），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（bì）管磨損的難題，大（dà）大減少了因水冷壁管磨損原因而引發的爆管事故，縮短了每次檢修的時間，給企業（yè）節省了運維費用，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（xī）柳州發電有限責任公司柳（liǔ）州電廠使（shǐ）用（yòng）的煤質含硫量高達3.5%，2014年8月采用超（chāo）音（yīn）速電弧噴塗技術（shù）在其煤粉爐的水冷壁上製備非晶塗（tú）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45CT塗層比，結焦（灰）厚（hòu）度也（yě）大大減少，按此磨損率推算，非晶塗層的使用壽命遠大於一個大修（xiū）周期（5年），延（yán）長了防護塗層的使用壽命，減少了因水冷壁腐蝕（shí）磨損原因導致的非計劃停爐次數（shù），經濟效益和社會效益顯著。

應（yīng）用前景

鐵基非晶塗層以鐵為主的多元金屬為原料，采用霧化手段製備，成本相對其他（tā）基非晶要低的多，具有卓越的（de）防腐、耐磨（mó）、抗高溫、摩擦係數小和再加工能力強等特點，鐵基非晶塗層可應對腐蝕和（hé）磨損並存的惡劣工況環境，可用於航空（kōng）航天、石油天（tiān）然氣、化（huà）工、電力（lì）（煤電、水電、核電）、煤炭、船舶、汽車、造紙、紡織、冶（yě）金、鋼鐵、機械等行（háng）業。

目前，采用非（fēi）晶塗層技術的電（diàn）廠有華電集團的烏達電廠、華能集團東海拉爾電廠、神華集團神東電力公（gōng）司神木店塔電廠（chǎng）、京能熱電股份有限公司的京玉電廠、京能熱電股份有限公（gōng）司的京海電廠、京（jīng）能熱電股份有限公司的京泰電廠等。

據統計（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（quán）部使用非晶塗（tú）層做防護，每年所（suǒ）節省的運維費用高達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（yì）。