水力裝備表面納米抗磨蝕材料及涂層制備技術研究與工程應用提 綱一、單位簡介二、關鍵問題三、納米科技及其效應四、抗磨蝕關鍵技術五、案例介紹提 綱一、單位簡介二、關鍵問題三、納米科技及其效應四、抗磨蝕關鍵技術五、案例介紹水力機械的磨蝕破壞水力裝備表面磨蝕失效制約行業發展，危及運行安全，破壞生態環境，造成巨大經濟損失。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雜：泥沙沖蝕、汽蝕、腐蝕、疲勞等交互作用。50多年，國內外學者、工程師做了大量工作，并取得了不少進展，但不盡理想。超音速熱噴涂、激光技術、納米技術的發展為解決這些問題帶來了曙光。造成嚴重破壞高硬度高結合力高韌性對防護材料要求提 綱一、單位簡介二、關鍵問題三、納米科技及其效應四、抗磨蝕關鍵技術五、案例介紹從宏觀世界到微觀世界納米（nanometer）是一個長度單位，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，具有不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀的物質的特殊性能構成的材料。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于一般的粗晶材料的性能：強度和硬度大、韌性好、高活性等主要源自四大效應：小尺寸效應；表面效應；量子尺寸效應；宏觀量子隧道效應。納米效應11當顆粒尺寸減小到納米量級時，一定條件下導致材料宏觀物理、化學性質發生顯著地變化。熱性能—熔點力學性能—粘結力、韌性陶瓷：脆性小尺寸效應:納米陶瓷：韌性、強度、延展性為什么我們的牙齒這么堅強？牙釉質中的納米礦物粒子1納米纖維：可大大增加結構強度。合金改性：“烯合金”，如：石墨烯+鋁合金，可提高鋁合金強度45%，提高韌性15%特殊的力學性能:提 綱一、單位簡介二、關鍵問題三、納米科技及其效應四、抗磨蝕關鍵技術五、案例介紹涂層質量粉末配方噴涂設備噴涂工藝粉末工藝影響涂層質量的關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，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：電弧噴涂技術火焰噴涂技術等離子噴涂技術氧-航空煤油超音速火焰噴涂爆炸噴涂技術熱噴涂技術的發展歷程氧-丙烷超音速火焰噴涂技術技術創新之一：噴涂設備關鍵技術國外：

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

5-6馬赫技術參數：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現，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：1、涂層更致密；2、細晶強化，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結合力60-70MPa>85MPa；4抗磨蝕性能(與水輪機材料ZG00Cr13Ni5Mo不銹鋼比較）3-4倍≥20倍WC-CO-Cr涂層技術指標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結合力97.8Mpa納米改性涂層（S4020）結合力81Mpa納米涂層（S4010）結合力66Mpa氧—丙烷噴涂

國外

X微米涂層結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:lg

J抗腐蝕性能優于基體材料（0Cr13Ni5Mo）抗腐蝕性能基體通過大量試驗，得到抗腐蝕性能優于基體材料的粉末配方。塔菲爾圖抗腐蝕性增強31智能噴涂部分科研成果在腐蝕防護領域，系列研發成果連續幾年獲得全國行業科技獎。提 綱一、單位簡介二、關鍵問題三、納米科技及其效應四、抗磨蝕關鍵技術五、案例介紹水泵狹小空間噴涂雙吸泵噴涂（揚黃工程）小浪底機組納米熱噴涂項目黃河小浪底工程單機容量30萬KW，由6臺混流機組組成，國家戰略地位重要，工程規模復雜，水沙條件特殊，被中外水利專家視為世界上最復雜、最具挑戰性的水利工程之一（平時泥沙20多kg/m3

，汛期高達80多kg/m3

，極端達到200多kg/m3）。納米熱噴涂自主工