1 表面工程及热喷涂技术的特点及发展,应用热喷涂技术后

日前,位于高新区的民企常州神力热喷涂技术有限公司,捧回了中国水利优质工程大禹奖,这是我国水利工程行业的最高奖项。中国水利工程协会负责人孙继昌在授牌时表示,神力公司不仅打破了国外热喷涂技术在水利设备领域的垄断,更为我国水利行业开展热喷涂技术研究发挥了“智库”作用。
据悉,在水利工程领域,每年设备的磨损和腐蚀所造成的损失不可估量。一份调查表明,国内每年因磨损和腐蚀导致的机器零件替换、功能不良及损坏超千亿元。“这是应用热喷涂技术的主要原因之一。”常州神力热喷涂技术有限公司总经理沈翔告诉记者,热喷涂涂层是一种喷涂在物体表面的覆盖层,通过使用保护性涂层可解决机械磨损和腐蚀,提高机械寿命。
常州神力热喷涂技术有限公司脱胎于常州液压成套设备厂有限公司,是国家水利部定点生产企业,已成功为国内500多座大中型水电站、水库、船闸等提供了优质液压设备。然而,在长期的生产应用过程中,公司发现产品与国外先进企业存在明显差距,尤其存在使用寿命偏低、维修保养频繁等不足。
“必须开拓最先进的热喷涂技术领域。”面对该领域核心技术被国外垄断的现状,作为我区千名海外人才集聚工程第八批获得者,2011年从海外留学归来的沈翔,决定组建研发团队。她引进了一位荷兰籍的世界热喷涂领域顶级专家,并配备专业领域的海归博士进行项目攻关。历时一年多努力,一举实现突破。此后,公司不断完善热喷涂技术性能,先后应用到了液压设备,发电机组的过流面、转轮、导叶、底环。到2013年,由神力提供的发电机组设备被应用到了三峡工程。
“热喷涂技术应用到三峡发电机组,为国家减少了大量损失。”沈翔表示,原先发电机组每年需停机保养一次,每停一天,电力公司损失上网发电费300万元。应用热喷涂技术后,可以连续3年不停机。
2015年,沈翔主持编写了“热喷涂技术在水利工程中的应用”学术文章,该研究被长江勘测规划设计研究院等多个国内大型水利设计院所运用。此外,公司还经常为各大型水利设计院提供相关技术参数等,充分彰显了民企作为研究院的“智库”作用。
民企“智库”还产生了溢出效应。上月底,巧借国家“一带一路”东风,作为中国水利工程协会推荐单位,神力公司中标了巴基斯坦卡洛特水电工程项目。

“中国之最”、“世界之最”,荣誉接踵而来,兴奋之余,沈立也感到担忧,“我们和国外先进企业还存在较大差距,尤其是在产品研发攻关上慢一拍。”

在强腐蚀介质中耐磨涂层

1996年,随着国家政策的逐步放开,沈立引进了一家总部位于德国的行业知名企业,由对方收购公司部分股权,成为常州第一家国有企业与外资企业合资的公司。

阳极性防护涂层

“我希望有生之年能重建一座奔牛公园,完成自己和母亲共同的心愿”,这个公园梦,一直埋在沈立心底。

热障涂层

经过一年多的建设,奔牛公园建成开放,亭台楼阁、曲水回廊,充满江南情调。如今,10年过去了,这里早已成为奔牛人民健身、散步、娱乐的好场所。

领域

一次偶然的机会,中国哈电集团的一位采购负责人找来,希望沈立能配套生产用于三峡工程发电机组上的配套导叶接力器。面对这个被认为是“走钢丝的任务”,沈立没有犹豫,为了业务和企业知名度,他决定拼一拼。

阴极性防护涂层

家乡情怀,设立全省单笔最大“光彩基金”

1 表面工程及热喷涂技术的特点及发展,应用热喷涂技术后。Ni基、Co基合金、MCrAIY合金、氧化物陶瓷

1990年,沈立迎来了奋斗路上十分重要的转折点,调往位于常州的电力配件厂(后更名为常州液压成套设备厂)。当时,摆在他面前的却是仅有的30万元固定资产和负债60万元。如何成功翻越这两座“大山”,成为沈立反复思考的课题。经过一段时间的观察分析,沈立首先明确了公司的定位——围绕水利液压成套产品全力攻坚。为此,他积极利用赴国外考察的机会,研究德国、意大利等同行的先进技术。回来后,和工程师们一起钻研攻关、提升产品性能。在他的努力下,到1995年前后,公司实现扭亏为盈。

Mo或Mo+合金;有色金属及合金;自熔性合金;氧化物陶瓷

2001年,“武进市委、市政府推动所有国企改制”,沈立回忆,改制造成了整个公司员工队伍的惶惶不安。

耐摩擦磨损涂层

2007年1月6日,常州液压成套设备厂千万光彩基金捐赠仪式在奔牛镇政府会堂举行,沈立代表企业捐资1580万元,重建奔牛公园。这是当时全省单笔最大的光彩基金。这笔金额,对于常州液压成套设备厂而言,也是一笔相当大的资金。面对社会各界的不解,捐赠仪式上,沈立动情地说出了缘由,说出了自己的“公园梦”。

特殊功能涂层

导叶接力器产品一炮打响后,常州液压成套设备厂迅速进入国家大型水电工程的供应商体系。此后,公司在三峡金沙江溪洛渡水电站建起了世界上最大的快速门液压油缸,用于核工业领域的超高压油缸,成为国内首个1000吨以上超高压油缸;配套渤海湾海洋钻井平台,成功制造了中国第一套自主研发的钻井平台液压升降系统……

电弧喷涂

为了稳定人心,他召开全员大会,明确告知所有员工工资不降、奖金不降、福利不降。充足的底气源自发展业绩,当时,公司已成为国家水利部定点生产液压油缸的工厂。

金属+非金属复合材料

故乡情结,于沈立而言,是一个属于他和母亲的“公园梦”。

涂层材料类型

2015年,沈立父女俩主持编写了《热喷涂技术在水利工程中的应用》学术文章,被多个国内大型水利设计院所参考。此后,公司又经常为各大型水利水电枢纽量身定制适合的金属防腐方案,武进民企一跃成为国家级研究院的“智库”。同时,作为中国水利工程协会推荐单位,常州液压成套设备厂和神力热喷涂先后中标了巴基斯坦卡洛特水电工程等多个“一带一路”涉外项目。

可磨密封涂层

从电工、翻车工、装配工,一步步成长为国营企业负责人;从具有“公家”身份的企业家,脱胎为民营企业掌门人,回顾常州液压成套设备厂有限公司董事长沈立的奋斗路,几乎都与“第一”有关:在业内引进第一台珩磨机,推动常州第一家国有企业与外资企业合作,产品多次实现“中国之最”乃至“世界之最”。

2000年

致富不忘乡邻,致富更善待员工。多年来,在常州液压成套设备厂,员工用餐全部免费,年年组织员工培训,人人都有机会旅游。沈立说,企业文化也是凝聚力,只有以人为本,企业才能更具竞争力、生命力。

15%

改制后,沈立开始“二次创业”。卸下了国有企业包袱的常州液压成套设备厂有限公司,接触了一批国家大型工程,插上了发展的腾飞之翼。

高速火焰喷涂

沈立告诉记者,当时生产的这种接力器,必须在发电机组中24小时不间断运行,连续运转8年后才能检修,如果因故障停运一天,将会造成500万元的损失。因此,三峡工程对这一配件的要求是零缺陷。承接这一任务后,公司立即组织骨干组成攻关小组开始技术攻关,并投入数百万元改进工艺装备。在生产最关键的时候,公司中层以上领导日夜值班,24小时坚守一线,保障产品的精度。

火焰喷涂

“只有始终坚持创新发展,企业才能走在前列。”沈立说,由于公司产品主要应用于水电行业,产品长时间遇水腐蚀,存在使用寿命偏短、维修保养频繁等不足。而一家位于欧洲的国际大公司,将金属陶瓷防腐技术应用到发电机组后,能耐高温、防腐蚀、防磨损,使用寿命可达20年以上。

年份

技术被外企垄断,不仅导致我国企业竞争力下降,更会影响中国制造的生命力。为此,沈立以前瞻性布局开始了自己的实业报国之路。他与正在国外留学的女儿进行了一次深入交谈,并把技术攻关的任务交给了女儿沈翔。

热辐射涂层

2011年,作为武进千名海外人才集聚工程第八批领军型人才之一,留学归来的沈翔,不仅带回了父亲开拓最先进热喷涂技术领域的梦想,还引进了一位荷兰籍的世界热喷涂领域顶级专家。同年,常州神力热喷涂技术有限公司成立,正式启动了技术攻关。历时一年多努力,一举实现突破。此后,公司不断完善热喷涂技术性能,先后应用到液压设备和发电机组的过流面、转轮、导叶、底环等。到2013年,公司提供的发电机组设备又一次被应用到了三峡工程。

6%

上世纪70年代末,沈立进入卜弋一家国营电梯厂工作,开始他艰辛的打工路。尽管只是一名最基层的工人,但沈立心中一直埋着向上攀登的种子,他时刻铭记“不想当将军的士兵不是好士兵”。凭着刻苦勤奋和灵活敏捷的商业头脑,80年代初,他被调往奔牛一家液压配件厂担任营销科长。甫一上任,他就看出工厂只能生产原料,而没有自己终端产品的弊端,积极推动转型。

3 热喷涂技术在化工、石油行业中的应用

临危受命,带领亏损企业一路攀升

导电屏蔽及防辐射涂层

早在新中国成立那年,奔牛作为当时常州的一个大镇,就拥有了自己的公园。然而,“文革”期间,这个公园逐渐被毁,成为包括母亲在内的众多老奔牛人心中的遗憾,更是沈立心中的遗憾。

金属

实业报国,成功打破国际巨头垄断

近年的发展趋势和特点是:大面积长效防护技术得到广泛应用,对于长期暴露在户外大气的钢铁结构件采用喷涂铝、锌及其合金涂层,代替传统的刷油漆的方法,实行阴极保护进行长效大气防腐;采用热喷涂技术修复与强化大型关键设备及进口零部件国产化;超音速火焰喷涂技术的应用:气体爆燃式喷涂技术进一步得到应用;高速、自动氧乙炔火焰末喷涂技术发展迅速;热喷技术在化工防腐工程中得到应用;激光重熔技术开始应用。目前,热喷涂技术在军事、水利、电力、化工、建筑、环保、生物等众多工程领域等方面得到了日益广泛的应用,热喷涂在海洋工程方面也得到了广泛应用。对船身、甲板、驳船、大平底船、拖船等,热喷涂都取得了良好的长效保护效果。

“二次创业”,把产品做到“世界之最”

在化工行业中,腐蚀尤为严重,它不仅造成大量材料和设备损失,而且因腐蚀造成的企业停产。安全事故及环境污染所带来的损失更难以估量的。防止“跑、冒、滴、漏”是化工企业设备管理的主要任务之一。集多种工艺方法于一身、以表面强化为宗旨的热喷涂技术可以喷涂所有的固态工程材料,并具有良好的化学稳定性,目前在化工行业中已得到日益广泛的应用。化工介质往往含有硫及氧,如燃料、酒精、醋酸、甲苯、甘油、糖浆的储罐,原轴套机械密封和叶轮,均可通过热喷涂解决防腐。对一般弱腐蚀介质可以通过金属热喷涂铝、锌、不锈钢加封闭解决,对强酸、碱等通过塑料火焰喷涂环氧、聚四氟乙烯等解决。效果十分显著。热喷涂在化工行业中的典型应用有如下几个方面:1、以低级材质
和加热喷涂层取代不锈钢、钛合金等高级材质不锈钢。2、可作为化工反应罐、贮罐、搅拌装置和管道的防腐涂层。3、可作为搪玻璃设备崩瓷损坏的良好修补层。
热喷涂在石油工业中也得到了广泛的应用。热喷涂已成功用于石油勘探,开采等设备的修复和防护。热喷涂涂层已成功用于石油钢管、海洋平台的长效防腐。某井下作业公司工程安装公司引进的电弧喷涂技术,较好地解决了金属防腐难题,填补了油田金属防腐空白。工程安装公司目前已将该技术应用到线材、板材、型材及金属设备中,喷涂后的产品防腐能力提高了2倍以上。

依托国外大公司技术优势,常州液压成套设备厂生产技术、产品性能得到了很大提升,沈立自己的专业技术能力也上了一个台阶。然而,好景不长,两年后,外方企图吞并国有企业,垄断国内市场的意图逐渐暴露。在处理好股权纠葛后,沈立毅然带着一群老工人来到了刚刚成立不久的武进高新区北区,筹建起新的常州液压成套设备厂。

热喷涂技术目前已经得到了广泛的应用,其主要应用领域如表2所示。

1998年6月选址建厂,9月30日,一座颇具规模的现代化厂房就已建成。“外国人能做到的,中国人同样能做到!”凭着这股信念,沈立购买了当时行业内第一台进口珩磨机。“这台机器花了近400万元,几乎拿出了厂里一半的流动资金。”虽然压力很大,但这也给企业发展带来了一片新的天地。

耐磨粒磨损及冲蚀磨损

“创新是生命力,要实现创新,就要勇于做‘第一个吃螃蟹的人’。”沈立是这么说,也是这么做的。

自熔性合金、高合金、陶瓷

三峡工程顺利竣工发电,经过一年多时间的运转,哈电集团提供的4台机组全部被评为金牌机组,这一切都离不开关键部件的制造商——常州液压成套设备厂有限公司的努力。

主要类型

在奔牛,沈立投巨资建公园的消息不胫而走。有位70多岁的老人无法表达自己内心的激动,亲手书写了长达六七米的横幅,上书“欢迎重建奔牛公园”几个大字,拖着行动不便的双腿,颤巍巍地把它送到了奔牛镇政府。他说,这是他和乡邻们的一点心意。

39%

“热喷涂技术应用到三峡发电机组,为国家挽回了大量损失。”沈立说,原先发电机组每年需停机保养一次,每停一天,电力公司损失上网发电费数百万元。应用热喷涂技术后,可以连续3年不停机。

抗高温氧化涂层

不锈钢、有色金属及合金、氧化物陶瓷、塑料等高分子材料

表面工程是经表面预处理后,通过表面涂覆、表面改性或多种表面工程技术复合处理,改变固体金属表面和非金属表面的形态、化学成份和组织结构和应力状态,以获得所需要表面性能的系统工程。
表面工程综合了多个领域的基础理论、技术和最新成果。表面工程技术因在基体材料表面制造了一层涂层或薄膜,或通过表面改性赋予材料许多特殊性能,使材料的表面性能大大优于材料基体,不仅能大大延伸基体材料的应用领域,而且解决了许多领域中材料无法满足环境要求的问题。表面工程技术在解决人类发展中遇到资源、能源、环境等共同问题中起着不可替代的重要作用。
由于表面工程技术节能、节材,从而保护了人类赖以生存的宝贵资源,同时还对环境保护起到了非常关键的作用。21世纪表面工程技术将渗透各行各业,推动社会文明、提高生活质量。
热喷涂技术是表面工程中的一个重要分支,它是通过火焰、电弧或等离子体等热源,将某种线状和粉末状的材料加热至熔融或半融化状态,并将加速形成的熔滴高速喷向基体形成涂层。涂层具有耐磨损、而腐蚀、而高温和隔热等优异性能,并能对磨损、腐蚀或加工超差引起的零件尺寸减小进行修复。热喷涂技术的应用主要包括:长效防腐、机械修复及先进制造技术、模具制作与修复、制造特殊的功能涂层等四个方面。目前,热喷涂技术已广泛应用于几乎所有工业领域以及家庭用品。
20世纪末,热喷涂技术的发展十分迅速,并迅速被推广使用。1980年到2000年,热喷涂市场的变化见表1。到20世纪末,等离子喷涂仍然居主导地位。值得注意的是,高速火焰喷涂迅速发展,将占据25%的市场比例,居第二位。电弧喷涂技术,由于经济性好、涂层性能比火焰喷涂层优越,将部分代替火焰喷涂技术上升到第三位。

55%

Zn、Al、Zn-Al合金、Al-Mg合金、Al-Re

氧化物复合材料

强化涂层

超导、耐电、高温塑料等特殊涂层

1980年

氧化物陶瓷

www.419net,防护涂层

固体润滑涂层

碳化物+金属、自熔性合金、氧化物陶瓷

48%

等离子喷涂

12%

25%

表1 主要热喷涂方法的应用比例

表2 热喷涂涂层的主要应用领域

2 热喷涂技术的应用

金属+非金属复合材料

1 表面工程及热喷涂技术的特点及发展

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