[01142922]矿冶机械增材修复材料、关键技术、装备研发及工程应用

腐蚀和磨损是材料的主要失效形式,全世界每年由于腐蚀和磨损而报废的设备和材料相当远年产量的1/3,我国因金属腐蚀造成的经济损失占国民生产总值的4%。采用堆焊、喷焊、喷涂等增材修复的方法对失效零部件进行修复,提高其耐蚀耐磨性能,实现废旧机械零部件的再制造,延长使用寿命,是实现循环经济发展模式的重要技术途径。项目针对矿山机械、金属冶炼、石油化工等行业对增材修复的迫切需求和关键技术难点,开发了高耐蚀、超耐磨、成形好的系列增材修复材料,解决了堆焊修复层高硬度需求与高裂纹敏感性之间的矛盾问题、攻克了喷焊修复层气孔、裂纹控制难题,开发了系列设备,解决了修复层变形大、效率低、稳定性差的核心技术问题,推动了我国增材修复关键技术的进步,用于单辊、篦板、弯头、耐磨板、采油装备的修复,取得了显著的经济效益和社会效益。项目取得的创新性成果如下： （1）基于梯度功能材料设计原理,提出了过渡层、缓冲层、隔离层技术,解决了修复层高硬高耐磨需求与裂纹敏感性高的矛盾问题。开发了耐蚀耐磨钴基合金堆焊修复材料,通过设计过渡层,攻克了大厚度修复层的裂纹控制难题,用于单辊辊齿的修复;改进了篦板表面增强工艺,通过增加低碳钢缓冲层,降低了耐磨堆焊层的拘束度,规避了修复层开裂、剥落风险;开发了镍基喷焊材料及“隔离层-喷焊”复合修复层成形工艺,解决了商用镍基粉末制备喷焊层时气孔、裂纹敏感性高的技术难题,用于抽油杆杆头的修复。 （2）开发了成套增材修复装备,解决了传统人工修复效率低、修复构件变形大、修复层质量不稳定等技术难题,并实现工程应用。研制了单辊辊齿自适应修复装备和多工位同步修复装备,修复效率是人工修复的6倍,变形量是人工修复的1/3,使用寿命是原来的3倍;研制了管线内壁喷焊、堆焊、喷涂修复装备,实现了清理-预热-修复-后热的一体化成形,应用于弯头内壁的堆焊修复,使用寿命是人工修复方法的3倍;研制了管线内壁修复后多余物的清理清除装备,应用于大长径比管线的清理,显著降低了内壁腐蚀、冲蚀失效的风险。 （3）针对特殊工况对修复层质量的极高需求,开发了修复层表面精整、超声冲击/滚压增强增韧装备,处理过程中可保持冲击/滚压载荷的稳定,进一步提高了修复层的强度、硬度和抗疲劳性能。相关技术和装备率先应用于抽油杆杆头镍基喷焊层的强化,在均值应力为540MPa、应力比为0.1、加载频率100Hz的标准测试条件下,疲劳寿命超过555万次,性能远超H级抽油杆100万次的疲劳寿命要求,是普通喷焊抽油杆疲劳寿命的13倍。 项目经过6年的基础研究、技术开发和企业应用,取得如下科技成果： 获得授权发明专利12项。 在国内外期刊发表学术论文31篇,发表的论文被高校、企业广泛引用。