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铁基非晶涂层材料价格可降低50%以上

溅射靶材 2020-06-03 10:23

  中科院宁波材料所科研人员在铁基非晶成分设计及其涂层性能研究方面取得进展。消息称,他们通过利用Ni和P取代SAM合金中昂贵的稀土、W和Mo,以及调控Cr和Mo的比例,获得一系列非晶形成能力大于2 mm的新型铁基块体非晶合金。他们研究发现,该合金体系在少量Cr(8 at.%)和Mo(3.5 at.%)添加时就能实现优异的耐腐蚀性能,不仅优于常用的316L和S32750不锈钢,还与高Cr(15 at.%)和Mo(14 at.%)含量的非晶钢(SAM1651)相当,且钝化膜更稳定(Mater. Des., 95 (2016) 225-230)。通过简单的工艺优化,便能获得厚度为300微米以上的低氧含量、低孔隙率、高非晶含量的铁基非晶涂层。铁基非晶涂层材料价格可降低50%以上。

  铁基非晶涂层就是,材料表面熔化后,以超急冷方式冷却,在材料表面形成的铁基非晶层。主要采用等离子喷涂、超音速火焰喷涂(HVOF HVAF)和超音速电弧喷涂三种热喷涂工艺。目前投入应用的还有以下几种金属基非晶涂层及其特点:

  Ni基优异的耐腐蚀性能,制备成本较高,主要用于功能涂层。

  Ti基在强腐蚀介质中具有优异的耐腐蚀性能。

  Zr基良好的力学性能,高密度、强耐腐蚀性,但是硬度较低,不太适合做耐磨涂层。

  Al基密度低,极强的耐腐蚀性能,结构较致密、显微硬度高。

  和上述几种非晶涂层相比铁基非晶涂层具有以下优点:

  性能好

  具有卓越的防腐、耐磨、抗高温、摩擦系数小和再加工能力强等特点。

  成本低

  铁基非晶涂层以铁为主的多元金属为原料,成本相对其他基非晶要低的多。

  应用领域广

  铁基非晶涂层可应对腐蚀和磨损并存的恶劣工况环境,可用于航空航天、石油天然气、化工、电力(煤电、水电、核电)、煤炭、船舶、汽车、造纸、纺织、冶金、钢铁、机械等行业。

  铁基非晶涂层主要应用范围

  在国家重大能源战略背景下,铁基非晶涂层将会越来越多出现在电力、煤矿、军工、核电等领域,为我国金属表面防护起到重要作用。

  电力部门

  铁基非晶涂层使用得到越来越多电力企业和煤矿企业的认可。据了解,采用铁基非晶涂层技术的华电集团的乌达电厂、华能集团东海拉尔电厂、神华集团神东电力公司神木店塔电厂、京能热电股份有限公司的京玉电厂、京能热电股份有限公司的京海电厂、京能热电股份有限公司的京泰电厂等公司,均对铁基非晶涂层和其他涂层进行比较,认为铁基非晶涂层保护作用效果十分明显,对比取得的经济效益成效显著。

  有资料表明,国内100MW以上CFB锅炉有350台左右,装机容量6300万千瓦,100MW以下的CFB锅炉有3000台左右。如果100MW以上的CFB锅炉水冷壁管全部使用非晶涂层做防护,每年所节省的运维费用高达7.28亿,减少停机时间而增加发电量给工业、农业带来的间接经济效益可达上百亿。

  煤矿企业

  煤矿许多装备也是铁基非晶涂层发挥作用的地方。

  我们就拿目前使用较多的耐磨带分析:通过主流标准钻杆钻井进尺约7000米后,外观形貌及实测数据比较显示:铁基晶体结构耐磨带(气保护焊)剩余厚度不到1mm;铁基晶体结构耐磨带(等离子喷焊)剩余1mm左右,有明显掉块脱落;钛合金(晶体结构)耐磨带(气保护焊)基本磨平且严重氧化;铁基非晶涂层结构耐磨带(气保护焊)剩余厚度超过2mm。

  军工领域

  铁基非晶涂层在美国早就有使用报道。从美国各类舰艇的甲板使用反馈来看防腐耐磨效果得到肯定。军方科研人员为了验证铁基非晶涂层效果,他们把铁基非晶态合金(Fe72Cr8P13C7)在1N 的HCl中浸渍168 h(30℃),结果几乎没有重量上的变化;而在同样条件下,18Cr8Ni 的不锈钢却以10 mm/ a 的速率被盐酸腐蚀掉。

  目前,铁基非晶态合金已逐步成为化工、海洋等一些易腐蚀环境中装(设)备防腐的首选材料。

  国防科研人员发现:在军事装备中,在与铝合金、铜合金、钛合金、不锈钢四种常见合金的性能比较中,除了耐磨防腐以外,另外在屈服强度、强度重量比、弹性应变极限以及硬度四个方面,铁基非晶合金涂层均具有相当大的优势。

  核电工程

  铁基非晶合金涂层往往含有大量非金属元素B,并具有较好的玻璃形成能力。其中硼元素具有优异的中子屏蔽效果,其热中子吸收截面为3875b,且吸收中子后的二次射线产额小,能耗低,所以在核电领域得到广泛应用。

铁基非晶涂层材料成本可降低50%以上

  铁基非晶涂层研究进展

  在国外,美国先进材料公司在铁基非晶涂层研究、产业化等工作较早,技术处于领先。比较有名气的还有,美国Liquidmetal Coatings LLC公司生产的铁基非晶涂层材料,非晶形成能力强,表现出卓越的防腐、耐磨性能、耐高温,而且强度高、可后续加工(车、销、磨、抛等)。国内,北京中机联供也开始进入非晶涂层材料的研发和试生产。合资公司科盾公司拥有Liquidmetal Coatings LLC(美国)的核心材料,在国内非晶涂层应用领域的领先优势明显。

  科研单位,中科院金属所、北京科技大学、华中科技大学、同济大学、中科院宁波材料所、北京理工大学等相关工作得到行业关注。

  在材料耐磨耐腐蚀的要求下,价格实惠的铁基非晶涂层是一个不二的选择。目前,我国的铁基非晶涂层的制造技术、工艺和产业化推广还有很长的路要走,但相信通过大家的共同努力,铁基非晶涂层应用将逐渐被大家认识,必将会对资源节约型,环境友好型的两型社会建设作出应有的贡献。

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