从专利变化解析耐高温冲蚀材料的军民转化之路

　　摘要：耐高温冲蚀熔覆层粉末属于表面工程技术的特种材料，以前针对性地应用在火箭炮钢板表面，用来抵挡高温冲蚀和海洋性大气腐蚀。随着时代的变迁和社会的进步，其已经拓展应用在热电厂和火电厂的热电偶保护管等表面。本文将对比2011年和2018年耐高温冲蚀熔覆层粉末材料及熔覆层的制备方法两个专利，希望借此能看到技术在军民转化之路的端倪。

　　对性能要求降低，民用品中价格昂贵的组分含量减少

　　作为同样一类技术，2011年的“耐高温冲蚀熔覆层粉末材料及熔覆层的制备方法”应用于火箭炮表面，为军用品。粉末材料中所含粉末的重量百分比为，纯钛粉24%-32%，石墨碳粉4. 8%-8%，铬粉24%-30 %，钼粉5%-10%，二硼化钛粉3%-5%，碳化铌粉1%-3%，镍粉为余量。以上粉末中，纯钛粉与石墨碳粉重量比在3. 8-4范围。

　　2018年的“一种耐高温冲蚀熔覆层粉末材料及熔覆层的制备方法”应用于热电偶保护管表面，为民用品。粉末材料中所含粉末的重量百分比为：铝硅钛合金粉末20%-30%，(其中，硅20%-25%，钛0.5%-3% ，铝为余量)。二硼化铬粉末15%-25%，镍铬钼碳合金粉末(铬10%-20%，钼3%-5%，碳1%-1.5%，镍为余量)为余量。

　　通过对比发现最终在平板表面形成陶瓷/金属复合材料熔覆层中，一些价格昂贵的金属组分含量差异非常大。军用品中纯钛粉的含量大致上是民用品的16倍，纯钼粉的含量是民用品的近2倍。目前，纯钛粉市场均价是每吨5万多，纯钼粉市场均价是每吨22万左右。一方面，民用品的耐冲蚀、耐高温等性能要求远不及军用品的高：热电偶保护套耐高温范围仅为1000℃-1300℃;对热电偶保护套也去除了耐海洋性大气腐蚀的要求;火箭炮熔覆层的寿命须更长……另一方面，这些价格昂贵的金属组分反应形成的特殊结构及合金化复合材料是进一步提高抗高温冲蚀性能的关键。所以，对性能要求降低，民用品中价格昂贵的组分含量减少是军民转化的普遍现象。

　　军用转为民用后，施工工艺极大地被简化

　　制备火箭炮钢板表面熔覆层需要五个步骤，(1)选用波长为1064nm、光纤偶合的Nd：YAG灯泵浦固体激光器，其额定输出功率为800W。采用与光纤相连的激光工作头做水平匀速运动及步进运动、工件固定方法制备熔覆层，熔覆时采取激光头吹氩气的保护措施，以防止熔覆材料氧化;(2)将待熔覆钢板点焊在网格形防变形支座上，并将防变形支座置于熔覆工作台上;(3)将混合粉末装入送粉器中，采用预撒粉法熔覆，其具体参数为：送粉量0. 7kg/h，激光器工作电流为450A、频率为8Hz，光斑直径3. 5mm，激光束在x轴向的扫描速度6mm/s，激光头Y轴向的步进长度为2. 5mm;(4)单道熔覆时，所形成熔覆层厚度约为400μm。采用相邻两道熔覆层搭接熔覆的方法，在整个钢板表面上制备平均厚度约为400μm的陶瓷——金属复合材料熔覆层;(5)熔覆工艺完成后，将钢板与防变形支座放入热处理炉内进行消除内应力退火处理，处理温度为550℃，保温时间为5小时，将钢板与防变形支座随炉缓冷至200℃后取出，再室温冷却至常温。采用机械切割方法将钢板点焊点与防变形支座分离后得到成品耐高温冲蚀复合钢板。

　　而制备热电偶保护管熔覆层只需要二个步骤。(1)将待熔覆保护管进行表面除锈、除油处理，将待熔覆保护管固定在熔覆工作台的卡盘上;(2)将粉末材料装入气动同步送粉器的储粉容器中，采用激光头静止、保护管相对于激光头作螺旋运动、搭接熔覆的方法制备熔覆层。熔覆主要参数为：选用功率为2kW的光纤藕合输出半导体激光器进行熔覆，激光束焦点光斑为2.5mm，熔覆时激光器输出功率为1.9kW、送粉器送粉量2kg/h，激光光斑与工件相对运动速度3cm/s。相邻两道熔覆层的搭接率为50%，所形成熔覆层厚度为600μm。

　　归纳总结后可以看出，军用转为民用后，施工工艺极大地被简化。原来需要五个步骤被简化为两步。被省略的主要工艺流程包括：熔覆时吹氩气防止氧化，安装防变形支座，消除内应力退火处理，机械切割法将焊点与支座分离。对同种技术，施工工艺上的简化，归根结底还是因为民用品的技术标准现对于军用品的技术标准的降低，很多保证军用品在质量和技术层面高精尖的步骤变得不那么重要。另外，民用品的使用环境也相对单一，不会同时面临高温和海洋大气腐蚀这样的极端挑战。

　　结语

　　耐高温冲蚀熔覆层粉末材料及熔覆层的制备方法，以前针对性地应用在火箭炮钢板表面，用来抵挡高温冲蚀和海洋性大气腐蚀，现在已经拓展应用在热电厂和火电厂的热电偶保护管等表面。从同类技术的对比来看，军用技术转化为民用技术往往需要一定的时间，因为民用品对性能的要求降低，产品中贵重组分的含量会相应的减少，并且施工工艺也被大大的简化。