一、中心简介
江西省材料表面再制造工程技术研究中心（Jiangxi Province Engineering Research of Materials Surface Enhancing & Remanufacturing），2014年10月由江西省科学技术厅批准依托九江学院组建，九江市科学技术局主管。实验室由热喷涂实验室、粉末冶金实验室和先进材料及连接实验室三部分构成，中心总面积6987平方米，各类大型仪器设备246台套，设备总值1650万元。
中心现有专职人员52人，其中博士21人，教授9人，4人具有海外研究经历。其中，1人享受国务院特殊津贴，1人享受省政府特殊津贴，“江西省新世纪百千万人才工程”第一、二层人选5人。外聘兼职人员13人，其中中国工程院院士3人，长江学者1人。2014至2018年共获8项国家自然科学基金项目资助，2014至2018年研发项目47项，发表科研论文101篇，其中，SCI/EI收录44篇，授权发明专利10项，获2016年度江西省自然科学三等奖1项。
扫描电镜
X射线衍射仪
真空烧结炉
ABB机器人
激光熔覆系统
等离子喷涂系统
等离子堆焊系统
万能拉伸试验机
摩擦综合测试系统
金相观测系统
二、中心研究方向
中心围绕表面抗高温、抗磨损、抗腐蚀和冲蚀等要求，依据零部件使用工况和失效行为，从零部件表面强化与再生方案设计、强化与再生材料、强化再生层制备工艺和后处理等方面进行强化机制及应用技术开发研究。针对不同的零件服役条件、零件所用材料与基体，研究适合的修复技术，开发与完善以激光熔覆和热处理，热喷涂等各种表面强化、熔覆的材料、工艺和技术参数。
（1）基于粉体激光熔覆的绿色制造与表面强化机理研究
针对冲击磨损工况和高温条件下磨损的零部件表面强化要求，研究激光束粉体熔覆过程中粉体材料与零部件表面微区非平衡冶金行为。
（2）基于热喷涂层的绿色再制造与表面强化机理研究
针对小冲击磨损工况下磨粒磨损和冲蚀磨损的零部件表面强化要求，研究粉体材料颗粒特，特别是陶瓷颗粒尺寸、类型、粘结相含量分布等对超音速火焰沉积涂层结构、性能的影响。
（3）基于液-固金属陶瓷/金属复合层的绿色再制造与表面强化机理研究
针对大冲击磨损工况下零部件表面强化要求，通过液固复合成型技术，在已报废或新部件表面形成金属陶瓷/金属复合层结构，研究液、固界面的元素扩散行为及金属陶瓷颗粒特性、浇注温度等对复合层结合及结构的影响。
（4）表面强化与再生用材料研发
根据使用工况与环境的要求，以抗磨抗腐蚀为重点，从材料的成分、制备工艺、组织、性能关系研究入手，设计、制造出满足不同使用性能要求的合金以及复合材料。
三、中心研究成果
1.科研成果
中心在热喷金属陶瓷涂层结构演化及形成机制等方面具有原创性结果，共完成国家及省部级科技项目4项，发表相关论文95篇，其中，SCI收录20篇、EI收录48篇，CSCD收录56篇。论文被国内外论著他引459次，其中，SCI期刊他引230次。获授权发明专利4项。项目组成员应邀在国际会议上作邀请报告4次。研究结果多发表于本领域顶级期刊，得到国际学术界广泛认可。
2.服务行业和社会
中心注重服务地方经济建设，与企业建立合作关系，积极营造与企业互动的学术环境。其中，与崇义章源钨业股份有限公司合作，开发了用于低应力磨粒磨损和冲蚀磨损失效零部件再制造用WC-Co、WC-CoCr和Cr3C2-NiCr粉末，并进行了企业相关专业技术人才培训；在装甲兵工程学院再制造技术国防科技重点实验室专家指导下，进行了有关基于涂层再制造零部件质量评价研究；参与了西安交通大学有关喷涂设备的改进设计制造；与江西恒大高新技术股份有限公司进行了有关锅炉四管再制造和抗腐蚀涂层制备等技术合作；与奥盛（九江）新材料有限公司合作，研发高强度长寿命热镀锌加热器等项目；与九江发电产协作，探讨了热喷金属陶瓷涂层在锅炉四管上的应用。通过与企业合作，攻克了一批制约企业发展的关键技术、核心技术和共性技术，获取了一批自主知识产权；推动形成了一定规模的技术创新公共平台和科技基础条件平台。
技术产品应用情况
本项目研究获得的技术具体应用情况及前景
（1）HVOF喷涂NiCr-Cr3C2金属陶瓷涂层（应用于“高温腐蚀、冲蚀磨损”等电力、化工、冶金等领域）
在火力发电厂中,高温高压锅炉的“四管”(即水冷壁管、过热器管、再热器管、省煤器管),尤其是过热器管和再热器管的腐蚀与磨损问题,是长期困扰行业发展重要经济和技术问题。据统计,由于锅炉“四管”爆漏,某火力发电厂的强迫停运约占非计划停运次数的50%。燃煤火力发电厂中,锅炉“四管”产生的腐蚀、磨损、积灰结渣等一系列问题十分突出,管道使用寿命降低,爆漏现象频繁。解决上述问题比较经济而有效的办法是采用热喷涂技术制备耐磨耐蚀涂层,从而提高管道使用寿命,节约维修成本,延长维修周期和经济效益。本项目采用HVOF技术在九江电厂锅炉“四管”表面喷涂耐高温腐蚀和冲蚀NiCr-25%Cr3C2金属陶瓷防护涂层（图1）。
图1 锅炉“四管”表面HVOF喷涂Cr3C2-NiCr金属陶瓷保护涂层
（九江电厂锅炉四管表面）
（2）HVOF喷涂WC-Co金属陶瓷涂层（应用于“滑动轴、密封圈”等矿山机械、水利、电力等领域）
WC-Co金属陶瓷涂层能够提高各种机械零部件的耐磨性，目前已广泛应用于各种工业领域。许多热喷涂技术，如空气等离子喷涂（APS），超音速（HVOF）喷涂，可用于沉积WC-Co涂层，然而，涂层的性能主要取决于喷涂技术。相对于其它技术，HVOF喷涂是沉积传统WC-Co金属陶瓷涂层的最好方法之一。因为粉末在高速及低温的喷涂过程中，WC不容易分解。因此，制备的涂层保留大量的WC，并且孔隙率低。
众所周知，WC-Co涂层的微观结构影响其力学性能。研究表明，原料粉末的物理和化学性质、喷涂工艺条件极大地影响其力学性能。目前研究的热点是降低碳化物的尺寸至纳米级，因为相比较传统尺寸材料，纳米WC-Co烧结材料能提高滑动磨损性能。然而，纳米WC-Co涂层有较高的硬度，但耐磨性却比传统涂层低。HVOF喷涂纳米结构涂层带来的性能不足归咎于较高的脱碳影响，因为纳米尺寸的WC的比表面积比传统材料的比表面积要大，因此有必要优化喷涂参数和粉末结构来提高力学性能。本项目采用自主知识产权的多尺度WC-Co粉末，并优化HVOF喷涂参数，同步调控WC-Co涂层硬度和断裂韧性，获得了磨损性能优异的WC-Co涂层（图2）。
图2 不锈钢表面HVOF喷涂高强韧多尺度WC-Co金属陶瓷涂层
（3）液固（液）复合制备表面复合材料强化层（应用于“锤式破碎机锤头、轧钢机导位板”等矿山机械、冶金等领域）
锤式破碎机的主要工作部件锤头。锤头是主要的易磨损件，锤头的好坏直接影响了破碎机的破碎效率。锤头在工作期间，除受到撞击外，还受到物料的冲击，这样长期反复使用，锤头的工作面就会受到破坏，使表面形状发生变化。目前国内的锤式破碎机锤头大部分是由高锰钢制作而成的，在某石料厂一般使用寿命为30小时。本项目采用液-液复合技术在高锰钢表面制备高铬铸铁双金属锤头（图3），显著提高了锤头的耐磨性和韧性，其使用寿命高于普通高锰钢或者锻打锤头。同时，采用液-固复合技术，在普通碳钢表面制备了高锰钢双金属轧辊（图4），研究表明，两层金属间结合紧密，呈现良好的耐磨性能。
图3 液-液复合双金属锤头
图4 液-固复合双金属轧辊
本技术制备的其他产品实际装机使用，达到以下效果：
轧钢机使用的导位板为耐磨耐热合金钢，一般使用寿命为1周，应用本技术，使用直径为4mm、长度为20mm的Al2O3陶瓷棒，以5mm的间距斜排于磨损部位，采用普通碳素铸钢做本体材料。在相同条件下使用寿命为4周，寿命是原来的4倍。制砂机护板为高锰钢材质，在使用鹅卵石的条件下使用寿命为600小时，应用本发明，使用直径为4mm、长度为20mm的Al2O3陶瓷棒，以,10mm的间距垂直排列于磨损部位，采用高锰钢做本体材料，在相同条件下使用寿命为2000小时左右，寿命是原来的3.3倍。
（4）冷喷涂Ti、Al、Cu金属功能涂层（应用于“金属材料增材制造”、“电脑CUP快速散热”的电子，材料等领域）
冷喷涂技术，在温度敏感材料（Al、Ti、Cu等合金）的增材制造和修复再制造领域有着独特优势。相对于激光3D打印技术，冷喷涂增材制造技术具有温度低、对材料热影响小、设备简单、成本低廉的优势。目前，国外已有冷喷涂应用于制造Cu，Ti，不锈钢块材或零件的报道。本项目采用冷喷涂技术在电脑CUP散热器表面制备5mm后纯铜散热体，可显著提高散热效果，具有一定市场应用背景（图5）。此外，本项目采用冷喷涂技术制备了致密度几乎为零的Ti、Al、Cu棒材，为温度敏感材料的增材制造提供了一种快速、廉价的制备方法（图6）。
图5 CUP散热器表面冷喷涂高导热CU涂层图
图6不锈钢表面冷喷Ti、Al、Cu
江西省材料表面再制造工程技术研究中心网页：https://bmgc.jju.edu.cn/
