國內外非（fēi）晶（jīng）塗層研究情況

近年來，國內外對（duì）熱噴塗非晶合金塗層材料進行了大量研究，尤其在鎳基和鐵基體係上，取得顯著成果。但能具備量產並達到工業化工（gōng）程應用的不多，國外有Liquidmetal Coatings LLC（美國）公司、國（guó）內有北京中機聯供非晶科技股份有限公司（sī），Liquidmetal Coatings LLC（美國）公（gōng）司（sī）生產的鐵基非晶塗層材料，非（fēi）晶（jīng）形成能力強，使用他們的（de）產品製備的非晶塗層具（jù）有卓越的防腐、耐磨性能、耐高溫，而且強度高、可後續加工（車、銷、磨、拋等（děng）），在石油化工（gōng）、電力（lì）、機械（xiè）、汽車等領域已經有許多（duō）工程應用案例（lì）。北京中機聯供非晶科技股份有限公司的產品報道較（jiào）少（shǎo）。中科院金（jīn）屬（shǔ）所、中科院材料所、同濟大學、北京科技大學等單位均（jun1）有課題組在研究非晶塗層，但大多還在實驗室階段，其應用案例報道較少。科盾公司擁有Liquidmetal Coatings LLC（美國）的核（hé）心材料和自己（jǐ）研發的獨有塗（tú）層製備技術，在國內非晶塗層領域的（de）領先優勢（shì）明顯。

在鎳基體係有Ni-Zr-Ti-Si-Sn、Ni-Cr-Mo-B等非晶塗層。研究表明，與鎳基多（duō）晶合金塗層相比，鎳基非晶塗層具有極其優異的抗腐蝕性能。如J.Jayaraj等采用氣霧化粉末和低壓等離子噴塗技術在鋼基（jī）體上噴塗了（le）Ni59Zr20Ti16Si2Sn3多晶和非晶塗（tú）層，並對（duì）其抗腐蝕性能進行了比較，結果表明，在0.5mol/L的H2SO4中成分相同的多晶合金塗層腐蝕率為2000μm/a左右，而非晶（jīng）合金塗層降低到幾個μm/a，抗腐蝕性（xìng）能提高了上千倍。

在鐵基非晶塗層體係，早在70年（nián）代（dài）Naka等發現了Fe10Cr7P3C塊（kuài）狀非晶具有極其優異的抗腐蝕能力，在1mol/L HCl中腐蝕（shí）速率約10-5mm/a，而304不鏽（xiù）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，隨後許多研究（jiū）者對鐵（tiě）基非晶塗層及抗腐蝕性進行了大量研（yán）究，發現Fe-Cr-Mo-（C-B）、Fe-Cr-P-C、Fe-Cr-Mo-P-C、Fe-Cr-Si-B-Mn等非（fēi）晶（jīng）塗層（céng）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（jīn）屬（shǔ）具（jù）有極好的抗腐蝕性能（néng），如SAM2X5（Fe49.7Cr17.7Mn1.9Mo7.4W1.6B15.2C3.8Si2.4）非晶合金塗層在海水中的腐蝕速率不到316L不鏽鋼的（de）1/50，約（yuē）0.18μm /a，而316L不鏽鋼在海水的腐（fǔ）蝕率（lǜ）為10μm/a左右（yòu）。 鐵基類非（fēi）晶塗層（céng）另一個優點是高硬抗磨，塗層（céng）硬度普遍達到1000HV水（shuǐ）平，抗磨性能（néng）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，硬度達到1000HV。

國內外電力行業非（fēi）晶塗層的應用情況

循（xún）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（dī）汙染的新型清潔（jié）煤燃燒（shāo）技術。與傳統燃煤鍋爐(煤粉爐)相比具有煤種適應性廣，能有效燃燒包（bāo）括劣（liè）質煤（méi）和固體垃（lā）圾在內的許多低熱值燃料，還具有汙染物排放量低、負荷調節性能好、灰渣易於綜合利用等優點，能夠有效地緩解（jiě）目前所麵臨的能源危機和環境問題，被廣泛應用在電力、石油、化工（gōng）以及垃（lā）圾處理等領（lǐng）域。但鍋（guō）爐“四管”水冷壁管（guǎn）、過熱器管、再熱器管、 省煤器管）的嚴重衝蝕磨損影響（xiǎng）了（le）機組的正常運行，該（gāi）問題引起的停爐（lú）維修造成了巨大的經濟（jì）損失。據統計，一台（tái）75t/h的鍋爐（lú），每小修一次需要（yào）停爐10～14天， 每大修一次需要停爐20～30天。 每停爐一天， 將少發電近30萬度，直接經濟損失18萬元/天，而由於停電給工農（nóng）業生產帶來的間接損失往往（wǎng）比（bǐ）直接損失還要大幾（jǐ）十倍。解決（jué）這一（yī）問題的有效途徑是在受（shòu）磨損部件的表麵製備（bèi）一層性能優異的耐磨蝕塗層，非晶合金與傳統合金材料相比,具有高強度、高硬度、耐磨損、耐腐（fǔ）蝕等獨特（tè）而優異的性能,采用熱噴塗技術製備非晶塗層可以將非晶合（hé）金推向耐磨損防護的應用領域,緩解長期（qī）以來困擾CFB四管衝蝕（shí）磨損（sǔn）帶來的難題。

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

DS­105(Cr3C2),DS­200(75 Cr3C2­25NiCr),Fe19Cr15W7Ti6Ni抗衝蝕­氧化塗層，隨（suí）後該公司又推（tuī）出了高速火焰電（diàn）弧（hú）噴塗塗層新技（jì）術,即ComARC噴塗Duocor塗層, 用於電（diàn）廠煤粉鍋爐、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（huǒ）焰噴塗75Cr3C2/25NiCr合金粉製備高溫耐磨蝕塗層,均（jun1）取得了一定的效果；英國針（zhēn）對電廠鍋爐管道（dào）的腐蝕及衝蝕用等離子噴塗50Cr­50Ni作為受（shòu）熱麵耐腐蝕防（fáng）護塗層，等離子噴塗Al2O3,Cr3C2和75Cr3C2­25NiCr作（zuò）為（wéi）抗飛灰（huī）衝蝕（shí）塗層；瑞典運（yùn）用電弧和火焰絲材（cái）噴塗相結合的技術在80年代對鍋爐水冷壁、過熱器管道（dào）噴塗Fe22Cr6Al合金,具有較好的抗硫化（huà）和抗氧化性能；國內的研究人員針（zhēn）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,逐漸找到了比較有效的技術（shù）手段,如（rú）電弧噴塗高鉻鎳絲材,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。科盾（dùn）工業設備（bèi）製造（天津）有限公司用超音速電弧噴塗FeCrBSiMn，在水冷壁管上製備（bèi）非晶塗層，取得較理想的防護效果。

2013年4月，實（shí）施了內蒙古華（huá）電烏達熱電有限公司（烏達（dá）電（diàn）廠）150MW 的CFB鍋（guō）爐的水冷壁非晶塗層施工，至2015年6月停爐，運行26個（gè）月，非（fēi）晶塗層平均減薄約為30%，按此磨損速（sù）率推算，在CFB鍋（guō）爐水冷壁（bì）上做1次非晶塗層可以使用5年以（yǐ）上（采（cǎi）用（yòng）常規的晶體合金材料塗層，1年（nián）需要（yào）做2次）。有效地解（jiě）決了（le）長期困擾CFB鍋爐電廠水冷壁管磨損的難題，大大（dà）減（jiǎn）少了因水（shuǐ）冷壁管磨損原因而（ér）引發的爆管事故，縮短了每次檢（jiǎn）修的時間，給（gěi）企業節省了運維費用，在1個大修周期，帶來的直接經濟效益1040萬。

廣西投資集團有（yǒu）限公司旗下的廣西柳州發電有（yǒu）限責任公司柳（liǔ）州電廠使用的煤質含（hán）硫量高達3.5%，2014年8月采用超音速電弧噴塗技術在其煤粉爐（lú）的水（shuǐ）冷壁上製備非晶塗層,2015年8月停爐（使（shǐ）用12個月），經檢測，非（fēi）晶塗層減薄約為11%，同時（shí），與同期噴塗的45CT塗層比，結（jié）焦（灰）厚度也大大減少，按此磨（mó）損率推算，非晶塗層的使（shǐ）用壽（shòu）命遠大於一個大修周期（5年），延長（zhǎng）了（le）防護塗層的使用壽命，減少了（le）因水冷壁腐蝕磨損原（yuán）因導致的非（fēi）計（jì）劃停爐次數，經濟效益和社會效（xiào）益顯著。

應用前景

鐵基（jī）非晶塗層以鐵為主的（de）多元（yuán）金屬為原料，采用霧化手段製備，成本相對其他基非晶要低的（de）多，具有卓越的防腐、耐磨、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磨損（sǔn）並存的（de）惡劣工況環境（jìng），可用於航空航天、石（shí）油天然氣、化工、電力（煤電（diàn）、水電、核電）、煤炭、船舶、汽車、造（zào）紙、紡（fǎng）織、冶金、鋼鐵（tiě）、機械等行業（yè）。

目（mù）前，采用非晶塗層技術（shù）的電廠有華電集團的烏達電（diàn）廠、華能集（jí）團東海拉（lā）爾（ěr）電廠、神華集（jí）團神東電力（lì）公司神木店塔電廠、京能熱電股份有限（xiàn）公司的京玉電廠、京能熱電股份有限（xiàn）公司的京海電（diàn）廠、京能熱電股份有限公司的京泰電廠等。

據統計，國內（nèi）100MW以上CFB鍋爐（lú）有350台，裝機容量（liàng）6300萬（wàn）千瓦，100MW以下的CFB鍋爐有3000台。如果100MW以上的CFB鍋爐水冷壁（bì）管全部使（shǐ）用非（fēi）晶塗層做防護，每年所（suǒ）節省的運維（wéi）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（dá）上百億。