非晶图层信息简介

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☑ 1.1

火力发电：锅炉四管，挖煤截齿，液压支架等 ☑ 1.2 油气开采：钻杆，钻铤，扶正器，万向轴等☑ 1.3 核能：核安全、核废料处理等☑ 1.4 海洋能源：深海工程结构，钻井平台桩腿，近海风电塔筒等 ☑ 1.5 新能源：燃料电池分离片，锂离子电池、生 物质发电等

☑我国以煤为主要一次能源的局面长期难以改变，75%的电 力来源于煤炭发电，发展洁净煤发电技术，降低污染排放，

是我国能源发展的重要战略

☑循环流化床锅炉可燃烧劣质煤及生物质等燃料，是污染

排放控制成本低、极具商业化潜力、能源电力及冶金行业重 点推广的技术。锅炉的水冷壁管、过热器管、再热器管、省

煤器管（简称锅炉四管）的腐蚀、磨损问题是长期困扰电厂

的经济和技术难题。高温腐蚀和冲蚀磨损使管壁减薄，严重

者会造成“四管”的泄露，大大增加电厂的临时性检修和大

修的工作量，给电厂造成很大的经济损失。

腐蚀磨损是循环流化床锅炉运行中普遍存在的重要问题

● 采用煤矸石等劣质燃料磨损非常严重，采用烟煤及褐煤磨损有

所减轻；

● 由于磨损造成停炉已占到非计划性停炉的30%以上，严重影响

锅炉安全运行，并造成能耗增加、消耗大量耐热钢等损失；

● 水冷壁管平均磨损速率为0.685～2mm/年，如不采取防磨措施

，水冷壁管局部磨损严重区域运行仅200多小时就磨穿（磨损

速率高达0.025mm/小时。

美国电力能源研究所

-1997年发电厂锅炉腐蚀实验 (Armacor 16 - 2000 小时)

3 Years8 Years

☑非晶合金在油气田的开采中可以用于钻杆接头耐磨带， 同时还可以应用到加重钻杆、万向轴外壳、钻铤、矫

正扶正器、加重扶正器等方面。

☑这些应用可以使原本磨损易坏的设备数倍地延长使用时间，从而大幅度降低生产成本。

无磁耐蚀非晶涂层

我国在无磁或弱磁材料的研究上仍然相对落后，与发达国家 相比仍然有很大的差距。

下图为油田无磁MWED管道 (长约3米，单价1300万/根，内置 高精密井下探测系统，依赖进口），表面需要无磁耐磨耐蚀的低 熔点低摩擦涂层进行防护，非晶涂层在该方面极具综合优势。

抗核辐照非晶涂层 金

美国：非晶涂层核废料储罐

抗核辐照非晶涂层
（SAM2X5）
一种 Fe 基非晶合金（SAM2X5）与 其他几种合金中子吸收截面对比

Fe 基非晶合金
(a)
(b)
经过 8 个完整的盐雾测试周期后，作为参照物的碳 钢
板(a)腐蚀严重，而非晶涂层(b)基本没有被腐蚀

(a)
C22
Fe
(
(b)
rEE ku

2. 重大科学问题
★（1）非晶功能涂层材料成分设计
耐海水腐蚀、抗冲刷 耐强酸腐蚀、 耐磨损 抗辐照（电磁波，热中子）
★（2）非晶涂层材料超精细微观结构分析及调控
（先进分析电镜，同步辐射，原子尺度模拟）
★（3）非晶涂层材料功能特性作用机理
（腐蚀，磨损，辐照，多相流）
★（4）非晶涂层材料在能源领域的安全服役行为
（时效、疲劳、多作用耦合）

3. 研究目标
本项目旨在结合当前火电、核能、海洋能源及新能源领 域 关键部件，如锅炉四管、钻铤、核废料容器、海水泵， 在 服役过程中面临的严重的辐射、腐蚀、磨损等问题， 研究、 开发集耐蚀、耐磨、高结合强度于一体的防护涂 层，以满 足国家能源领域重大战略需求。
本项目拟通过系统研究非晶合金的本征结构特性，开发 并完善具有自主知识产权及耐蚀、耐磨、抗辐照、高强 的铁基非晶合金成分体系，以此为基础，进行热喷涂非 晶合金涂层和大厚度激光熔覆非晶涂层的工程化制备、 结构特性与性能研究，揭示合金设计-涂层制备-特种功 能机理间的内在联系，使得我国在非晶合金涂层相关领 域的研究和应用达到国际领先水平。

6. 研究基础 6.1 实验平台及装备
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Jet Nozzle Combustion Chamber
Ceramic Insert
Gas Mixing Powder-
Chamber
Hydrogen Mixer
Air In
Accelerating area
Heating area
H2 Powder Fuel 1
18

Particle Temperature, oC Plasma
3000
2500
Detonation HVOF
2000 1500 1000
500
Melting temperature of Fe-, Ni-, Co-, Ti- and Si-alloys
Melting temperature of Cualloys
HVAF (hot-spray mode)
HVAF
(warm- spray and cold-spray mode)
Melting temperature of Al-alloys
Cold Spray
0
200
400
600
800
1000
1200
Particle Velocity, m/s
AcuKote HVAF technological windows
19

6.2
(1) HVOF
20

（3）铁基非晶合金涂层冲蚀行为

高速冲蚀方法：喷射式、旋转圆盘式

喷射式：研究居多，10-100 m/s

旋转式：可模拟泵实际工况，速率低(18m/s)

旋转圆盘冲蚀仪和冲蚀试样