水力裝備表面納米抗磨蝕材料及涂層制備技術(shù)研究與工程應(yīng)用

水力裝備表面納米抗磨蝕材料及涂層制備技術(shù)研究與工程應(yīng)用提 綱一、單位簡介二、關(guān)鍵問題三、納米科技及其效應(yīng)四、抗磨蝕關(guān)鍵技術(shù)五、案例介紹提 綱一、單位簡介二、關(guān)鍵問題三、納米科技及其效應(yīng)四、抗磨蝕關(guān)鍵技術(shù)五、案例介紹水力機(jī)械的磨蝕破壞水力裝備表面磨蝕失效制約行業(yè)發(fā)展，危及運(yùn)行安全，破壞生態(tài)環(huán)境，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。交互作用…污損疲勞磨損腐蝕氣蝕 沖蝕困擾久，難度大磨蝕問題十分復(fù)雜：泥沙沖蝕、汽蝕、腐蝕、疲勞等交互作用。50多年，國內(nèi)外學(xué)者、工程師做了大量工作，并取得了不少進(jìn)展，但不盡理想。超音速熱噴涂、激光技術(shù)、納米技術(shù)的發(fā)展為解決這些問題帶來了曙光。造成嚴(yán)重破壞高硬度高結(jié)合力高韌性對防護(hù)材料要求提 綱一、單位簡介二、關(guān)鍵問題三、納米科技及其效應(yīng)四、抗磨蝕關(guān)鍵技術(shù)五、案例介紹從宏觀世界到微觀世界納米（nanometer）是一個(gè)長度單位，簡寫為nm。1nm=10-3μm=10-6mm=10-9m納米材料：尺度在1-100納米范圍內(nèi)，具有不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀的物質(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料。納米粉末:一般指粒度在100納米以下的粉末或顆粒，是一種介于原子、分子與宏觀物體之間處于中間物態(tài)的固體顆粒材料。納米鐵粉納米銅粉納米鋁粉納米材料納米材料性能優(yōu)于一般的粗晶材料的性能：強(qiáng)度和硬度大、韌性好、高活性等主要源自四大效應(yīng)：小尺寸效應(yīng)；表面效應(yīng)；量子尺寸效應(yīng)；宏觀量子隧道效應(yīng)。納米效應(yīng)11當(dāng)顆粒尺寸減小到納米量級(jí)時(shí)，一定條件下導(dǎo)致材料宏觀物理、化學(xué)性質(zhì)發(fā)生顯著地變化。熱性能—熔點(diǎn)力學(xué)性能—粘結(jié)力、韌性陶瓷：脆性小尺寸效應(yīng):納米陶瓷：韌性、強(qiáng)度、延展性為什么我們的牙齒這么堅(jiān)強(qiáng)？牙釉質(zhì)中的納米礦物粒子1納米纖維：可大大增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。合金改性：“烯合金”，如：石墨烯+鋁合金，可提高鋁合金強(qiáng)度45%，提高韌性15%特殊的力學(xué)性能:提 綱一、單位簡介二、關(guān)鍵問題三、納米科技及其效應(yīng)四、抗磨蝕關(guān)鍵技術(shù)五、案例介紹涂層質(zhì)量粉末配方噴涂設(shè)備噴涂工藝粉末工藝影響涂層質(zhì)量的關(guān)鍵因素利用熱源將金屬和非金屬材料加熱到熔化、半熔化狀態(tài)，并將熔融狀粒子以一定的速度噴射到基體表面形成涂層的方法。AcceleratingHeatingSplat

formation:Impact,flatteningSolidificationParticleor

Dropletgeneration熱噴涂技術(shù)：電弧噴涂技術(shù)火焰噴涂技術(shù)等離子噴涂技術(shù)氧-航空煤油超音速火焰噴涂爆炸噴涂技術(shù)熱噴涂技術(shù)的發(fā)展歷程氧-丙烷超音速火焰噴涂技術(shù)技術(shù)創(chuàng)新之一：噴涂設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)國外：

6-7馬赫我所：11馬赫發(fā)明專利超音速火焰噴涂技術(shù)（氧氣-丙烷噴涂設(shè)備）超音速火焰噴涂技術(shù)（氧氣-煤油噴涂設(shè)備）技術(shù)參數(shù)：氧-丙烷超音速

5-6馬赫技術(shù)參數(shù)：6-7馬赫(2193m/s)我所跟國外某公司合作，提高到11馬赫氧-丙烷與氧-煤油設(shè)備性能比較涂層相成分組成圖（11馬赫）焰流速度高 大幅減少W2C生成，保證涂層性能涂層相成分組成圖（6-7馬赫）W2C衍射峰值相對高，W2C含量相對高比較可發(fā)現(xiàn)，焰流速度越低，涂層的W2C相越明顯，

W2C的存在，降低了涂層的整體硬度。焰流速度低2WC+O2→W2C+CO2 W2C呈脆性，易破碎，導(dǎo)致涂層開裂。微米碳化鎢粉末（20000倍）納米碳化鎢粉末（20000倍）微米粉納米粉納米改性粉2.噴涂粉末材料發(fā)展兩種粉末形成涂層沉積過程的比較微米涂層

納米涂層S4020粉末特點(diǎn)：1、涂層更致密；2、細(xì)晶強(qiáng)化，韌性、硬度更高;3、耐磨性提高。S4020碳化鎢粉末（10000倍）我所的納米改性碳化鎢粉末配方序號(hào)涂層性能國外微米涂層我所納米改性涂層1孔隙率1%左右＜0.5%2顯微硬度約1100HV0.2≥1300HV0.23結(jié)合力60-70MPa>85MPa；4抗磨蝕性能(與水輪機(jī)材料ZG00Cr13Ni5Mo不銹鋼比較）3-4倍≥20倍WC-CO-Cr涂層技術(shù)指標(biāo)對比涂層微觀形貌分析納米改性涂層（3000倍）納米涂層（3000倍）微米涂層（3000倍）微米涂層：0.87%納米涂層(S4010)：0.38%納米改性涂層(S4020)：0.24%13801350105039040020006008001000120014001600納米改性涂層納米涂層微米涂層基體顯微硬度顯微硬度基體（ZG00Cr13Ni5Mo）微米粉涂層納米粉涂層（S4010)納米改性粉涂層(S4020)390105013501380

HV0.2結(jié)合力97.8Mpa納米改性涂層（S4020）結(jié)合力81Mpa納米涂層（S4010）結(jié)合力66Mpa氧—丙烷噴涂

國外

X微米涂層結(jié)合力耐磨性能基體微米粉涂層納米粉涂層（S4010)納米改性粉涂層(S4020)165倍120倍140倍納米改性涂層(S4020)納米涂層（S4010)微米涂層基體0510201525微米涂層納米涂層納米改性涂層耐磨蝕性能3-4倍10倍左右20倍左右微米粉涂層納米粉涂層（S4010)納米改性粉涂層(S4020)3-4倍10倍左右20倍左右基體國外

X粉末納米改性粉末耐磨蝕性能（與基體ZG00Cr13Ni5Mo相比）耐氣蝕性能（美國ASTM

G

32-06）微米粉涂層納米粉涂層（S4010)納米改性粉涂層(S4020)0.9-1.1倍1.3-1.5倍1.5-1.8倍1.5-1.8倍 1.3-1.5倍 0.9-1.1倍 0.80.60.40.20121.81.61.41.2微米涂層 納米涂層耐氣蝕性能（與基體0Cr13Ni5Mo相比）納米改性涂層耐氣蝕性能-0.40-0.35-0.30-0.25

-0.20-0.15-0.10-8.0-8.5-9.0-9.5-7.5-4.0-4.5-5.0-5.5-6.0-6.5-7.00電位：E

(V)電流密度對數(shù):lg

J抗腐蝕性能優(yōu)于基體材料（0Cr13Ni5Mo）抗腐蝕性能基體通過大量試驗(yàn)，得到抗腐蝕性能優(yōu)于基體材料的粉末配方。塔菲爾圖抗腐蝕性增強(qiáng)31智能噴涂部分科研成果在腐蝕防護(hù)領(lǐng)域，系列研發(fā)成果連續(xù)幾年獲得全國行業(yè)科技獎(jiǎng)。提 綱一、單位簡介二、關(guān)鍵問題三、納米科技及其效應(yīng)四、抗磨蝕關(guān)鍵技術(shù)五、案例介紹水泵狹小空間噴涂雙吸泵噴涂（揚(yáng)黃工程）小浪底機(jī)組納米熱噴涂項(xiàng)目黃河小浪底工程單機(jī)容量30萬KW，由6臺(tái)混流機(jī)組組成，國家戰(zhàn)略地位重要，工程規(guī)模復(fù)雜，水沙條件特殊，被中外水利專家視為世界上最復(fù)雜、最具挑戰(zhàn)性的水利工程之一（平時(shí)泥沙20多kg/m3

，汛期高達(dá)80多kg/m3

，極端達(dá)到200多kg/m3）。納米熱噴涂自主工