河海大学表面涂层防护研究所

1、河海大学表面涂层防护研究所 主要研究成果转化简介河海大学表面涂层防护研究所多年来一直致力于材料表面新技术、新材料的研究，对提高工程零部件的耐磨损、耐腐蚀、抗冲蚀、抗空蚀性等大有可为。如化工、机械领域的钢结构工件表面的修复，化工领域中的常用设备-反应釜的修复；水运交通中各类闸门的转轴、土木工程中的盾构、顶管以及疏浚工程中的各类管道；火力发电的锅炉“四管”(水冷壁管、过热器管、再热器管、省煤器管)等；还可应用于煤矿刮板输送机中部槽、截齿等，轧钢领域中热轧辊、泥浆泵等易磨耗件的表面硬化及修复，其推广应用前景非常广阔，以下主要研究成果转化收效显著。（一）表面技术应用主要成果-等离子熔覆硬化的刮板输送机

2、采用高能等离子熔覆技术可在金属制件表面制备高硬度、高耐磨损熔覆层。熔覆层依原始粉末不同及工艺条件的变化，含有陶瓷、微晶、非晶等物相也不相同。通过添加特殊成分，可使所制备的耐磨熔覆层在冲击、磨损过程中不产生火花，避免了井下作业可能引发的瓦斯爆炸危险。该技术在山东的一些矿山机械工厂得到大幅度的推广应用，且使用效果良好。采用该方法所研制的熔覆层种类多，可满足防腐耐蚀、减摩、耐高温等多种苛刻工况要求，且涂层厚度范围广，可实现0.1-7mm厚度范围的熔覆层处理，图1 为我们研制成功的等离子熔覆硬化的刮板输送机中部槽及表面微观形貌。经过表面技术处理过的中部槽可满足各种腐蚀、磨损部件的工况需要，该项技术亦可

3、对磨损超差、甚至废弃的部件进行修复，使其起死回生、修废利旧。图2 为我们为保护该项技术所申报的专利。 图1 等离子熔覆硬化的刮板输送机中部槽及表面微观形貌图2等离子熔覆硬化的刮板输送机中部槽专利证书（二）表面涂层技术应用主要成果-热喷涂法数字行程控制陶瓷涂层活塞杆液压启闭机的制备（性能要求：耐磨损、耐腐蚀、抗空蚀）热喷涂是是我国重点推广的一种表面强化与制造技术，它是表面工程技术的重要组成部分，依靠某种热源（如电弧、等离子喷涂或燃烧火焰等）将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰流本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种技

4、术。它可使工件表面获得不同硬度、耐磨、耐腐、耐热、抗氧化、抗硫化、隔热、绝缘、导电、密封及其他各种特殊物理化学性能。该项研究成果得到江苏省自然科学基金和江苏省水利厅的重点资助，且在南水北调东线工程淮安站三站上试验、并推广应用至其他试点，效果良好。在梅钢热轧辊方面的修复和强化应用中效果显著，并推广应用。采用该种技术，可以制备厚度从0.01至几毫米的涂层，且操作工艺灵活方便，不受工件形状限制，对基体材料影响小。图3为研究所采用热喷涂技术与企业合作开发的“数字行程控制陶瓷涂层活塞杆液压启闭机”，该项技术获得了江苏省科技进步二等奖和大禹水利科学技术奖，所开发的产品已投入应用、效果良好。在热喷涂陶瓷涂层

5、方面所承担的科研项目多，其中图4为2009年所承担的“江苏省科技计划项目”验收证书。还有很多的热喷涂法所制备的性能优良的涂层有的已经与企业进行联合开发，投入运营。图3 热喷涂发所制备的数字行程控制陶瓷涂层活塞杆液压启闭机 图4 部分产品成果转化证书与相关项目验收证书该项技术还开推广应用于电力行业（如：水轮机叶片抗空蚀及耐磨涂层；燃气轮机叶片、风机叶轮、球磨机等磨损件耐磨涂层；阀门配件、阀座耐磨耐蚀涂层及锅炉“四管”等部件强化修复涂层等）、冶金行业（高炉风口、渣口耐热耐蚀涂层；板坯连铸线的导辊和输送辊；钢铁和有色金属加工中的各种工艺辊；钢铁表面处理生产线的各种辊类的耐磨、耐蚀和抗积瘤等涂层）、交

6、通运输行业（各种磨损部位的耐磨涂层）、化工行业（各种容器反应器、管道、泵、阀及密封部件修复；各种搪瓷罐、专用容器的现场修复；锅炉、空压机、水泵等零部件修复等）、市政工程（各类钢结构的热喷涂长效防护涂层、防腐、长效防腐，一次防护寿命可达30年以上）以及各种辊类轴承位喷涂修复和强化等。 (三) 表面涂层技术应用主要成果-制备耐高温氧化/抗硫化腐蚀涂层（性能要求：耐磨，抗高温氧化，抗热腐蚀）针对锅炉管道的使用环境，以及材料表面的各种失效形式（如冲蚀、磨损、腐蚀、氧化、过热、应力破坏、疲劳等），开发具有更高性能的炉管用钢，如用低碳低合金珠光体Cr-Mo钢、Cr-Mo-V钢代替低碳钢，18-8型奥氏体不

7、锈钢(如347)和高Cr铁素体不锈钢(如T91)等技术；或采用高速电弧喷涂技术制备抗硫化腐蚀防护涂层。喷涂材料大多选用高Cr，高Al合金，镍基、高铬基、铁铬基复合粉末等。由于高速电弧喷涂的喷涂温度高，金属丝经过电弧加热成为液态，活性气流在加速、雾化作用后产生颗粒细小的喷涂粒子，雾化微粒的尺寸比常规电弧喷涂小5-6倍，平均颗粒速度比常规电弧喷涂高几倍等，可得到极其致密的高质量的喷涂涂层。该技术较常规的电弧喷涂有如下方面优势：（1） 喷涂粒子运行速度很高，沉积率高，达75%左右；（2） 喷涂粒子细小、均匀；涂层更光滑、更均匀、表面精度更高涂层致密，孔隙率低于10%；（3） 喷涂射流更集中，飞行距离

8、长，喷涂距离可在很大范围内调节，工艺的适应能力高；（4） 基体过热少；（5） 结合强度高。喷涂不锈钢丝时，其涂层与基体的结合强度可高达60MPa。普通电弧喷涂，其结合强度一般在2040 MPa，一般火焰喷涂的结合强度小于20MPa 。其中，尤其适用于锅炉管道防腐的典型涂层为电弧喷涂45CT涂层，这种涂层的热膨胀系数与基体碳钢管材料非常接近，大幅度降低了在使用过程中机械剥落，且涂层脆性低，结合强度高，该涂层从试验到工程应用都表现出了优异的抗腐蚀性，800下热腐蚀后拉伸强度远高于没有保护材料的强度值，其使用寿命显著延长。结合使用高温封孔剂可进一步强化涂层的防腐性能。该项技技术可直接转化，投入运营。

9、亦可采用HVOF工艺制备Cr2C3 -NiCr复合涂层，该方法所制备的涂层具有极低的孔隙率，非常细的晶粒，均匀的组织、较高的结合强度和硬度。这种涂层具有很好的抗高温腐蚀性，特别是具有抗粒子高温冲蚀性能，专用于锅炉高温冲蚀严重的部位，但成本造价较高能电弧的高。 (四) 主要成果转化-金属材料强韧化技术 采用新型的热处理工艺，如亚温淬火、零保温淬火，得到马氏体贝氏体双相组织，铁素体马氏体双相组织，达到金属材料强韧化的目的。该项技术成果转化非常成熟，多次在与企业合作、解决技术难题中发挥成效。尤其是在郑州煤机厂液压支架油缸热处理工艺优化研究中收效最为显著，受到企业好评。主要优势和特色优势：研究条件：配

10、备美国PRAXAIR/TAFA-3710等离子喷涂系统、高能电弧喷涂系统、日本HITACHI 3400扫描电子显微镜、D/max-A型X射线衍射仪、德国STA409PC热分析仪、日本HIROX KH-7700型三维视频显微镜、美国PARSTAT 2273型电化学工作站、磁致伸缩汽蚀仪、盐雾试验箱等材料组织、性能分析检测仪器，为开展材料表面防护研究提供了良好的条件。行业特色：腐蚀、磨损和汽蚀是水利工程和水利机械的主要失效形式，研究材料的腐蚀机理、磨损机理和汽蚀机理及其对策，不仅有利于提高我国水利水电机械的技术水平，同时也是对我校特色优势学科的强有力支撑。为其他行业涉及到摩擦磨损、腐蚀等问题的解决，提供优良的表面技术处理。由于制备方法和选材的不同，各种涂层的成本各有差异。表1为几种主要的表面技术方法所制备的涂层的市场价格估算，依据涂层选料的不同略有差异。图1 不同方法所制备的涂层价格估算主要表面技术市场价格万元/平方米备注等离子喷涂3.0视所用材料价格有所不同超音速火焰喷涂2.5高能电弧喷涂0.3 河海大学金属材料与防护研究所将走学研产相结合的路子，对外承担技术转让、技术咨询、合作开发，热忱欢迎相关的公司、企业与我们洽谈、合作！联系单位：河海大学金属材料防护研究所联 系 人：吴玉萍（所长，