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納米復合粉末滲鋅防腐技術

成果與項目的背景及主要用途：鋼鐵材料的腐蝕現象普遍存在于國民經濟的 116天津大學科技成果選編各部門中，給社會發展帶來巨大的經濟損失和金屬材料資源的消耗。據統計，每年鋼材腐蝕損失占鋼材總產量的 10%，經濟損失占國民經濟總產值的 2%?4%。我國 2003 年對腐蝕最新調查表明，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，約占國民經濟總產值的 5%，2001 年因腐蝕損耗鋼材約 1500 萬噸。腐蝕也是導致設備失效、造成重大災難性事故和嚴重的環境污染的重要原因之一，這在石油化工及電力能源領域尤為突出。因此，研究和開發先進的防腐蝕技術對于經濟的可持續發展具有重要意義。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，在鋼鐵構件表面形成一種鋅/鐵合金保護層，以防止環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勢，如工藝過程簡單、不污染環境、耗鋅量低及節省能源等。滲鋅涂層均勻光滑，屬于冶金結合因而其結合強度高，具有優異的耐腐蝕性和抗磨損特性等。納米復合粉末滲鋅技術從工藝到設備研制完全采用國產的原料和設備，不需要進口專用的原料和部件，具有自主的知識產權。該項目屬于投資少、生產成本低和見效快的高新科技成果。經過近二年多的工業化生產探索實踐，證明該技術的先進、合理和實用性，工藝過程穩定、技術成熟可靠。技術原理與工藝流程簡介：納米復合粉末滲鋅技術屬于化學熱處理范疇，原理為：將表面清潔的金屬構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。為了提高生產效率和降低生產成本，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件表面，加速熱傳導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、與基體為冶金結合附著強度很高；(2)可實現鋅、鋁及鋅鋁復合等熱擴散涂層，耐腐蝕能明顯高于電鍍、熱鍍與噴涂涂層；(3)將傳統化學熱處理的熱擴散溫度由 900-1100oC 高溫狀態降低到低溫 400-600oC 范圍、并縮短加熱保溫時間，生產過程耗能明顯降低；(4)由于加熱溫度低對鋼鐵構件力學性能沒有影響；(5)設備投資少、維護簡單及使用壽命長，節約能源及原材料，是一種低成本、高效率的綠色生產技術。生產工藝流程包括：除油→除銹→水洗→防銹→烘干(涼干)→裝加熱滲罐→熱 117天津大學科技成果選編擴散過程→構件保溫冷卻至出爐→分離→鈍化→沖洗→干燥包裝成品。技術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，被認為達到國內領先水平。“納米復合粉末滲鋅防腐技術”是天津市科委鑒定成果、登記號：津 20040241。應用前景分析及效益預測：該技術在國內市場具有很強的競爭能力和應用前景，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、離子化學熱處理等比較，工藝簡單、設備投資少、成本低效率高，因而具有很好市場競爭力。2)納米復合粉末熱擴散涂層工藝是自主開發新型技術，目前處于國內領先水平。該生產工藝先進，能耗低，成本低廉，具有良好的技術和價格優勢。3)目前我國大力促進清潔生產，為綠色表面熱擴散涂層生產技術創造很好的市場發展前景。粉末滲鋅涂層與電鍍鋅和熱浸鍍鋅比較，具有節約原材料、生產過程沒有“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電鍍和熱浸鍍加工行業的形勢下，粉末熱擴散滲鋅涂層工藝將是替代上述傳統工藝的最有效防腐技術。我國 20 世紀 90 年代就進行了粉末滲鋅技術的產業化生產研究，但目前在國內市場真正實現批量化滲鋅涂層產品加工的單位很少。利用該技術加工的產品價格為 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能力為 5000 噸的生產線，可處理工件長度為 4.5m，這樣年產值可達 850-1000 萬元，利稅可達 255-300 萬元。應用領域：納米復合粉末滲鋅技術在鋼鐵材料的防腐蝕方面具有廣泛的工程應用前景，其主要應用范圍包括：（1）電力輸變電設備：電力、電信鐵塔構件；（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：各種緊固標準件、管件和錨鏈等；（4）建筑領域：馬鋼腳手架、五金及鋼釘等；（5）航空航天：火箭發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件；（7）石油化工：塔板、浮閥及填料等化工設備塔內各種構件；（8）工程機械：各種五金標準件、鋼結構配件、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：技術合作、轉讓和技術服務，設備銷售和產品加工。 9 海洋生物材料——骨水泥

天津大學 2021-04-11

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