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納米復(fù)合粉末滲鋅防腐技術(shù)

成果與項目的背景及主要用途：鋼鐵材料的腐蝕現(xiàn)象普遍存在于國民經(jīng)濟的 116天津大學(xué)科技成果選編各部門中，給社會發(fā)展帶來巨大的經(jīng)濟損失和金屬材料資源的消耗。據(jù)統(tǒng)計，每年鋼材腐蝕損失占鋼材總產(chǎn)量的 10%，經(jīng)濟損失占國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的 2%?4%。我國 2003 年對腐蝕最新調(diào)查表明，每年為腐蝕支付的直接與間接費用的總和估計可達 5000 億人民幣，約占國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的 5%，2001 年因腐蝕損耗鋼材約 1500 萬噸。腐蝕也是導(dǎo)致設(shè)備失效、造成重大災(zāi)難性事故和嚴重的環(huán)境污染的重要原因之一，這在石油化工及電力能源領(lǐng)域尤為突出。因此，研究和開發(fā)先進的防腐蝕技術(shù)對于經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。目前主要的鍍鋅工藝有：電鍍鋅(電鍍、離子鍍或離子注入等)、冷鍍鋅(機械鍍、涂刷鍍等)、熱鍍鋅(包括熱浸鍍、熱噴涂鍍)。納米復(fù)合粉末滲鋅工藝是利用熱處理中金屬原子相互滲透擴散的原理，在鋼鐵構(gòu)件表面形成一種鋅/鐵合金保護層，以防止環(huán)境腐蝕的一種新型防腐方法。與其它鍍鋅工藝如熱噴涂鋅、電鍍、熱浸鍍鋅比較，粉末滲鋅工藝具有獨特的優(yōu)勢，如工藝過程簡單、不污染環(huán)境、耗鋅量低及節(jié)省能源等。滲鋅涂層均勻光滑，屬于冶金結(jié)合因而其結(jié)合強度高，具有優(yōu)異的耐腐蝕性和抗磨損特性等。納米復(fù)合粉末滲鋅技術(shù)從工藝到設(shè)備研制完全采用國產(chǎn)的原料和設(shè)備，不需要進口專用的原料和部件，具有自主的知識產(chǎn)權(quán)。該項目屬于投資少、生產(chǎn)成本低和見效快的高新科技成果。經(jīng)過近二年多的工業(yè)化生產(chǎn)探索實踐，證明該技術(shù) 的先進、合理和實用性，工藝過程穩(wěn)定、技術(shù)成熟可靠。技術(shù)原理與工藝流程簡介：納米復(fù)合粉末滲鋅技術(shù)屬于化學(xué)熱處理范疇，原理為：將表面清潔的金屬構(gòu)件埋入裝有沖擊粒子(SiO2)、金屬粉末(Zn、Al/Zn)合金粉末、活化劑(NH4Cl)、促進劑稀土硅鐵粉末等組成粉末滲劑的密封容器中，放置在爐中加熱并進行機械旋轉(zhuǎn)滾動；在活化劑與促進劑、以及機械滾動能和熱能的共同作用，將金屬原子擴散滲入鋼鐵構(gòu)件表面，形成均勻和致密的、具有一定厚度的金屬化合物冶金擴散涂層。為了提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本，采用機械滾動輔助加熱方式，以運動粒子和活性高的粉末不斷沖擊構(gòu)件表面，加速熱傳導(dǎo)和擴散速度并提高滲金屬效率。與目前常用防腐工藝比較，其突出特點是：(1)涂層均勻性和致密性好、與基體為冶金結(jié)合附著強度很高；(2)可實現(xiàn)鋅、鋁及鋅鋁復(fù)合等熱擴散涂層，耐腐蝕能明顯高于電鍍、熱鍍與噴涂涂層；(3)將傳統(tǒng)化學(xué)熱處理的熱擴散溫度由 900-1100oC 高溫狀態(tài)降低到低溫 400-600oC 范圍、并縮短加熱保溫時間，生產(chǎn)過程耗能明顯降低；(4)由于加熱溫度低對鋼鐵構(gòu)件力學(xué)性能沒有影響；(5)設(shè)備投資少、維護簡單及使用壽命長，節(jié)約能源及原材料，是一種低成本、高效率的綠色生產(chǎn)技術(shù)。生產(chǎn)工藝流程包括：除油→除銹→水洗→防銹→烘干(涼干)→裝加熱滲罐→熱 117天津大學(xué)科技成果選編擴散過程→構(gòu)件保溫冷卻至出爐→分離→鈍化→沖洗→干燥包裝成品。技術(shù)水平及專利與獲獎情況：該項目已于 2004 年 6 月通過天津市科委組織的鑒定，被認為達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。“納米復(fù)合粉末滲鋅防腐技術(shù)”是天津市科委鑒定成果、登記號：津 20040241。應(yīng)用前景分析及效益預(yù)測：該技術(shù)在國內(nèi)市場具有很強的競爭能力和應(yīng)用前景，其主要原因為：1)熱擴散涂層綜合性能高。與熱鍍、熱噴涂等比較，涂層具有優(yōu)異抗高溫氧化性、耐腐蝕性和耐磨損沖擊性；與物理及氣相沉積、離子化學(xué) 熱處理等比較，工藝簡單、設(shè)備投資少、成本低效率高，因而具有很好市場競爭力。2)納米復(fù)合粉末熱擴散涂層工藝是自主開發(fā)新型技術(shù)，目前處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。該生產(chǎn)工藝先進，能耗低，成本低廉，具有良好的技術(shù)和價格優(yōu)勢。3)目前我國大力促進清潔生產(chǎn)，為綠色表面熱擴散涂層生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)造很好的市場發(fā)展前景。粉末滲鋅涂層與電鍍鋅和熱浸鍍鋅比較，具有節(jié)約原材料、生產(chǎn)過程沒有“三廢”排放及涂層耐腐蝕性高的特點，在目前國家積極促進改造傳統(tǒng)電鍍和熱浸鍍加工行業(yè)的形勢下，粉末熱擴散滲鋅涂層工藝將是替代上述傳統(tǒng)工藝的最有效防腐技術(shù)。我國 20 世紀 90 年代就進行了粉末滲鋅技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)研究，但目前在國內(nèi)市場真正實現(xiàn)批量化滲鋅涂層產(chǎn)品加工的單位很少。利用該技術(shù)加工的產(chǎn)品價格為 1700-2000 元/噸，消耗原料主要為鋅粉 1.4-1.5 萬元/噸，投資 80 萬元可以建成一條年生產(chǎn)能力為 5000 噸的生產(chǎn)線，可處理工件長度為 4.5m，這樣年產(chǎn)值可達 850-1000 萬元，利稅可達 255-300 萬元。應(yīng)用領(lǐng)域：納米復(fù)合粉末滲鋅技術(shù)在鋼鐵材料的防腐蝕方面具有廣泛的工程應(yīng)用前景，其主要應(yīng)用范圍包括：（1）電力輸變電設(shè)備：電力、電信鐵塔構(gòu)件；（2）郵電通訊工程：線路金具、輸線管件及部件防腐處理；（3）船舶制造：各種緊固標(biāo)準(zhǔn)件、管件和錨鏈等；（4）建筑領(lǐng)域：馬鋼腳手架、五金及鋼釘?shù)龋唬?）航空航天：火箭發(fā)射架和飛機制造緊固件等；（6）海洋工程：搭建海上油田各種構(gòu)件；（7）石油化工：塔板、浮閥及填料等化工設(shè)備塔內(nèi)各種構(gòu)件；（8）工程機械：各種五金標(biāo)準(zhǔn)件、鋼結(jié)構(gòu)配件、水暖件等；（9）汽車制造：各種螺釘、螺母、墊圈及配件等；（10）鐵路和高速公路：緊固件和高速公路上的護欄等。合作方式及條件：技術(shù)合作、轉(zhuǎn)讓和技術(shù)服務(wù)，設(shè)備銷售和產(chǎn)品加工。 9 海洋生物材料——骨水泥

天津大學(xué) 2021-04-11

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