[00983188]高耐磨金属陶瓷熔覆层/涂层的原位反应合成技术及其应用

中国能源结构具有以煤炭为主的特点,在较长时期内燃煤火电机组仍将在电力结构中占据主导地位。中国发电用煤品种多，其中杂质含量较高的低热值煤和高硫煤所占比例逐年增加，导致电厂设备因磨损、腐蚀等原因而失效的问题日益突出，传统的耐磨材料与制备技术难以满足重要磨损部件长寿命、可靠、高效工作要求。该项目致力于高耐磨陶瓷-金属复合材料（以下简称金属陶瓷）熔覆层/涂层的制备新技术研究与应用，并得到国家863计划、教育部创新团队、国家自然科学基金及大型国有企业的资助，取得了如下成果：1.抗固体颗粒冲蚀磨损金属陶瓷熔覆层制备技术。针对火电厂风机、除尘系统等重要设备的冲蚀磨损问题，提出了利用氩弧、等离子弧在大型磨损部件表面熔覆粉芯丝、低成本原位反应合成高耐磨金属陶瓷熔覆层的思路，发明了系列用于原位反应合成金属陶瓷熔覆层的粉芯丝、粉末材料及制备工艺，具有成本较低、可现场施工等优点。解决了在大型磨损部件上原位反应合成厚度为2-15mm、陶瓷相体积分数达60-90%的金属陶瓷熔覆层的技术难题，熔覆层的表面硬度可达1100-1700HV。代表性的发明包括：（1）用于引风机、排粉机叶轮机等部件磨损防护的Ti-Nb-V-Mo-C- La2O3-Ni-Mo-Co粉芯丝及熔覆方法；（2）用于高温风机等部件抗固体颗粒冲蚀的Ti-Nb-C-B-Ni-Cr-Mo粉芯丝及熔覆方法；（3）用于高温部件冲蚀防护的Mo-Si-Ni-Cr-W-Ge粉芯丝和高铬含量的Ti-Nb-C-B-Ni-Cr-Mo粉末材料。在应用方面，开发了基于金属陶瓷熔覆层防护的长寿命节能引风机叶轮、排粉机叶轮，使引风机叶轮自重为常规耐磨处理叶轮的80-90%，排粉机叶轮自重为常规耐磨处理叶轮的85-90%。自2006年以来，成果已成功应用于火电厂重要部件（包括排粉机叶轮、引风机叶轮、一次风管、燃烧器、循环水泵、排灰阀门等）、水泥厂重要部件（高温引风机叶轮、耐磨衬板等）及其它磨损部件。累计应用企业达30余个，普遍达到了延寿2-12倍的显著效果。2.用于磨料磨损及其它复杂工况下重要部件的粉芯丝及熔覆技术。针对火电厂磨煤机的磨料磨损问题，发明了Ti-W-Nb-V-C-Ni-Mo-Al粉芯丝。利用氩弧、等离子弧熔化粉芯焊丝形成由(W,Ti,Nb,V)C、(W,Ti,Nb,V，Mo)C等陶瓷固溶体和Ni-Mo-Al粘结相组成的高耐磨金属陶瓷熔覆层。该发明已在多个电厂应用并取得了显著的延寿效果，发明的新材料已写入国家电力行业标准-燃煤电厂磨煤机耐磨技术条件。此外，还发明了用于装甲板及穿管机顶头的粉芯丝及熔覆层的制备方法。3.超高速喷涂法原位反应合成金属陶瓷涂层新技术及其应用。（1）针对薄壁部件的磨损问题，在国际上首次开发了电热爆炸-电磁加速超高速喷涂技术，首次提出了利用脉冲大电流加热粉芯丝、并通过电热爆炸过程中的瞬时高温作用原位反应合成亚微米晶、纳米晶金属陶瓷涂层的思路，制备出了多种亚微米晶、纳米晶金属陶瓷涂层及由亚微米晶陶瓷与非晶组成的复合涂层。（2）自主开发了电热爆炸-电磁加速等离子粉末喷涂技术,该技术的优点为可喷涂不导电的粉末材料。（3）建成了国际首条5kV、15kV电热爆炸-电磁加速超高速喷涂中试生产线。基于超高速喷涂技术，开发了高耐磨高热响应速度热电偶保护管、高温耐磨热电偶保护管、热作模具等新产品并得到推广应用。该项目共获得授权国家发明专利13项、实用新型专利3项，发表论文190余篇，并获2006年中国国际工业博览会创新奖1项。截至2012年12月，成果在电力、水泥等行业的40余个企业得到推广应用。根据其中4个代表性企业财务部门提供的应用证明，2010年1月-2012年12月期间，已为该4个企业合计新增利润1114.8万元、新增税收427.2万元、节支1868.4万元。该项成果显著延长了大型企业重要设备的寿命，提升了企业的安全、经济运行水平，并为企业提供了节能节材的新途径，产生了显著的经济和社会效益。