水轮机表面稀土改性纳米复合抗磨蚀涂层关键技术

该技术成果基于省部计划项目，已获得3项发明专利：一种超高音速火焰喷枪 （ZL 201610466204.3）；一种含Re的抗高温碳化钨基金属陶瓷复合粉末、涂层及其制备工艺（ZL 201610169159.5 ）；一种稀土掺杂纳米复合陶瓷涂层及其制备工艺 （ZL 201410186130.9 ）。

▲技术原理

针对水轮机在服役过程中遭受的磨蚀问题，研究分析磨蚀的内在机制：泥沙冲蚀、汽蚀、磨损、腐蚀、疲劳等复杂的交互作用，在超高音速热喷涂技术、材料微结构设计以及制备稀土改性纳米配方等的研发基础上，解决关键技术难题，形成一种水轮机表面稀土改性纳米复合抗磨蚀涂层关键技术，最终有效解决水轮机表面的磨蚀问题，大幅提高了水轮机的表面性能及使用寿命。

▲技术特点

（1）喷枪结构创新设计。通过结构创新设计，大幅提高了喷枪的焰流速度，达到11马赫。显著提升了热喷涂过程中粒子速度、聚集度等，从而提高涂层与基体的结合力、降低涂层孔隙率（0.5%以下，显微镜400倍放大测试）。解决了普通超音速喷涂的焰流速度低（一般为6-7马赫）、孔隙率高（一般在1%-2%左右）等关键技术问题。

（2）稀土改性纳米抗磨蚀功能粉末配方及超高音速火焰热喷涂喂料开发。基于材料的微结构设计，运用纳米粉末技术、稀土改性技术及复合材料技术，获得新型的稀土改性纳米粉末配方，并进一步研究使得粉末配方、颗粒度、流动性等适合超高音速火焰喷枪，成为新型的、稳定的喷涂喂料。

（3）通过涂层的设计及工艺优化，不断完善粉末配方以及与超高音速火焰喷涂技术的匹配度，开发出最终的水轮机表面抗磨蚀涂层。可以解决普通热喷涂涂层与基体结合力较低，强韧性差，在高浓度、高速、高压泥沙冲击下，表面涂层易剥落等问题。

▲技术指标

抗磨蚀涂层结合强度≥125MPa，显微硬度>1350HV0.2，孔隙率<0.5%，抗磨损性能是基体（ZG000Cr15Ni5Mo）的120倍以上，耐磨蚀性能是基体（ZG00Cr13Ni5Mo）的20倍以上。

▲应用范围及前景

该技术可应用于水利水电行业的水轮机、水泵等水力机械，同时可用于航空航天、交通运输冶金、石油化工等领域。

案例1：在水利水电大型工程上，该成果已应用到新疆卡拉贝利、小浪底、万家寨-龙口、缅甸瑞丽江一级水电站等水利枢纽和大型水电站，以及红寺堡、东雷引黄泵站等水利工程设施，取得良好的抗磨蚀效果。

案例2：该成果成功应用于杭州恒力泵业制造有限公司、常州东申泵业股份有限公司、安徽莱恩电泵有限公司等10余个企业的产品上，成功进行了产业化，大大提高了产品的竞争力。累计新增销售额近20多亿元。获得了显著的经济、社会和环境效益。利用本项目技术成果，可延长设备使用寿命，大幅度实现节能减排，生态效益明显。

▲持有单位信息