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非晶合金涂层的工程应用
发布:lee_9124   时间:2015/8/14 11:03:46   阅读:3806 
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非晶合金材料简介及分类

非晶合金内部为单一原子组织结构。结构均匀,不存在晶界、位错和孪晶等晶体缺陷;化学成分均匀,无第二相、无成分波动、偏聚和偏析。腐蚀介质“无缝可钻”,具有优越的抗腐蚀性能。

 
固态物质中晶态和非晶态物质粒子排布示意图

这一组织结构使得原子之间的距离增大,在碾压和冲击工况环境下,给予材料收缩的空间,弹性及韧性提高,不容易被磨损和脱落,其抗磨损性能大大提高。同时大大提高了材料的物理性能,如抗拉强度、硬度、断裂强度和弹性模量等,都比晶态合金强得多。铁基非晶合金涂层材料的弹性模量是Ti合金的3-4倍。

非晶态合金材料又分为非晶带材,非晶块体,非晶涂层。
 

非晶带材: 国际上以日本日立金属为代表,国内以安泰科技、云路为代表,研究和制备带材非晶;安泰南瑞、置信、中机联供,莱特电机、华任兴科技(深圳)、唐山先隆,重庆源通等企业研究非晶带材的应用,利用铁基非晶态合金具有高饱和磁感应强度和低损耗的特点,制造配电变压器,电机等设备,具有显著的节能效果。其空载损耗只有传统变压器的25-30%。

非晶块体:以美国liquidmetal为代表,研究制备块体非晶,目前已经用于军工,体育、医疗、电子、机械等领域。国外企业有liquidmetal、苹果,三星等,国内企业有比亚迪股份有限公司, 宜安科技股份有限公司等。非晶材料自上个世纪九十年代开始就陆续应用到航空航天、武器装备、运动器材、奢侈品和消费电子的部件上,如:Vertu手机、欧米茄手表、Sandisk U盘壳、三星Ego手机滑轨、MOTO V3 转轴(部分)等。

非晶涂层:国际上,以美国liquidmetal公司为代表,国内,以中机非晶为代表,其粉末非晶制备技术已实现工业化量产,产品主要用于石油、化工、火电、水电、核电、汽车、海洋工程等领域的防腐耐磨。

铁基非晶合金涂层的主要性能

具有较强的耐腐蚀性、耐气蚀性、抗磨损性、抗热冲击性、摩擦系数小、热膨胀系数小,优异的磁性,可加工性强(车、磨削)、工程应用手段简单(热喷涂、堆焊、熔覆)等。

非晶态合金比晶态合金具有低得多的腐蚀速度,甚至可以低几个数量级。例如,铁基非晶态合金(Fe72Cr8P13C7) 在1N 的HCl 中浸渍168 h(30℃),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。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。

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,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。

非晶涂层的典型应用

1、钻具耐磨带,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;铁基非晶体结构耐磨带(气保护焊)剩余厚度超过2mm。可见,非晶的耐磨性及耐腐蚀性都显示出优异的性能,在钻杆的制造应用中起到了很好的作用。

2、往复泵柱塞,在注水泵上, 传统晶体结构的金属材料柱塞使用寿命为20天到45天,而使用非晶结构合金材料的柱塞使用寿命在180天以上。

3、高压球阀修复、叶轮修复、发动机制造和再制造、CFB水冷壁防护等,由于非晶合金涂层的优良耐磨性能,在叶轮修复中,喷涂非晶涂层之后24个月,其表层依旧完好。在CFB水冷壁防护中,喷涂非晶涂层12个月后,层厚度未发生可分辨的变化,表面粗糙度没有明显改变,基本无厚度缺失。而喷涂晶体结构合金材料,使用12个月后涂层已经基本全部被磨损。

4、在水电站转轮室抗气蚀、船舶防腐上也应用颇广。在水电站转轮室采用非晶涂层材料喷涂,运行一年后,看不到气蚀痕迹。而未采用非晶涂层处气蚀严重,材料性能已大部分失效。说明非晶涂层对抗气蚀非常有效,解决了长期困扰水电行业的气蚀难题。

非晶涂层应用展望

我国的再制造虽然起步较晚,但进展很快,通过从国外引进、国内自主研发,等离子喷涂、电弧喷涂、火焰喷涂、激光熔覆等表面工程技术得到快速发展,技术工艺和解决方案也逐渐成熟,以铁基非晶态合金材料为代表的非晶涂层材料也逐步得到制造和再制造企业的认同,近几年的实际应用充分证明,其卓越的防腐、抗磨减磨性能可以应对复杂工况环境下装(设)备的腐蚀、磨损问题。

结语

在材料耐磨耐腐蚀的要求下,非晶涂层是一个不二的选择。它诸多的优良性能被愈来愈多的地方采用,同时也表现出极高的应用价值。但非晶的制造技术及工艺还有很长的路需要与非晶相关专业的同学共同努力探索。相信通过大家的共同努力,非晶态合金材料的应用一定能对资源节约型,环境友好型的两型社会建设作出应有的贡献。


来源:中国腐蚀与防护网
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