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2024-KJ-2-023高性能陶瓷增韧复合涂层的开发与应用
日期:2025年01月06日    来源: 中国腐蚀与防护学会     分享:
获奖项目编号:2024-KJ-2-023
获奖项目名称:高性能陶瓷增韧复合涂层的开发与应用
第一完成单位:上海海洋大学
项目联系人:褚振华
联系人电话:13821493340
联系人邮箱:zhchu@shou.edu.cn
项目简介:

  随着海洋资源开发不断向深度和广度扩展,海洋装备材料的发展及应用受到了前所未有的重视。但海洋装备服役时处于海水腐蚀、泥沙冲击磨损交互作用的复杂环境,面临腐蚀−磨损交互作用下的力−电耦合损伤,影响设备运行的可靠性和安全性。高效防护涂层技术被认为是有效突破上述问题的重要途径。据此,本项目开发了兼具高耐蚀耐磨性能的长效防护复合涂层。主要技术创新包括:
  1. 成功开发了系列陶瓷增韧的铁基非晶复合涂层,通过微观组织调控形成具有层状多级结构长效防护涂层。构建了不同质材料的混杂结构,实现涂层的界面/电位匹配;探明了多相复合涂层的腐蚀磨损机制;揭示宏观-介观-微观多级结构、载荷和环境因子对性能的影响规律。
  2.发展了粉末包覆技术,制备适于喷涂的喂料粉,极大提升复合涂层的耐蚀和耐磨性能。实现了将轻质石墨烯、纳米陶瓷、纳米金属和微米非晶合金材料等多级、异质材料的复合,解决微细颗粒特别是轻质石墨烯无法喷涂的问题。实现复合涂层中成分和比例可调控。较之前技术无需对喷涂设备进行改造,喷涂工艺简单。
  3.研制了多路异位送粉、气体隧道反应等离子喷涂技术,成功实现了多相材料的共沉积。成功解决非晶粉喷涂结晶问题,实现非晶和陶瓷两者比例可控的共沉积。该复合涂层腐蚀-磨损过程中通过高硬的陶瓷与非晶的软化的协同作用,二者的性能互补,显著提高涂层的韧性及耐蚀性。
  4.建立了复相陶瓷/非晶复合涂层微弧氧化一体化成形体系。构建了涂层结构与微弧氧化溶液成分的关联机制;阐明了陶瓷复相涂层的形成过程;揭示了复合涂层相组成对耐蚀性能的影响;复合涂层优化了产业化生产的工艺参数。
  该技术在国家自然基金资助项目(2项),省级优青项目(1项)的资助下,授权发明专利5项(其中1项为澳大利亚发明专利);发表SCI论文15篇。研制的复合涂层通过成分设计可简化生产工艺,生产每平方米涂层可以缩短3-6小时,涂层的制备成本可节省30%-60%。开发的陶瓷增韧铁基非晶复合涂层应用于高磨损、腐蚀多条件耦合工况下的水下作业机器手、油气钻探、石油化工、燃煤发电等企业中长期运行在腐蚀、机械磨损的恶劣环境下的设备及阀门产品,三年累计产生直接经济效益28128.48万元。经评价成果整体达到国内领先水平。


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