换热器是石化等工业生产装置设备中的重要设备，在生产运行中由于腐蚀、冲刷等作用，使换热器造到破坏，使用寿命缩短，不仅造成严重的经济损失，而且影响生产的正常进行。 目前，国内已发展了多种碳钢换热器的保护技术，但这些技术仍存在各种不足之处，限制了这些技术的推广应用，碳钢换热器的保护仍然是一有待于发展的问题。例如，采用牺牲阳极保护可以延长碳钢换热器的使用寿命，但牺牲阳极保护的作用尽限于管子入口处的有限长度内，管内深处无法实现阴极保护，所以牺牲阳极保护法在换热器上的应用受到很大限制。近年来渗铝碳钢管束换热器在国内得到发展，收到较好的效果，但是管束与管板连接处（或焊接处）的保护问题至今没有很好解决，是渗铝碳钢管束换热器的薄弱环节，影响到它的使用寿命。近年来碳钢换热器的另一发展是对换热器进行整体化学镀镍磷，但是镍磷化学镀层是阴极性镀层，只能起机械隔离腐蚀介质的作用，一旦镀层局部出现缺陷，将构成大阴极小阳极，加速缺陷处的腐蚀，使保护效果并不十分理想。国内还发展了各种用于换热器的涂料，但这些涂料在换热器的维修吹扫中，往往剥落，保护作用有限。   换热器整体渗锌可以提高换热器的耐腐蚀、耐冲刷性能，有效地提高换热器的使用寿命，降低换热器的工业使用成本。 本技术针对换热器的具体结构特点研制的专门工艺，可减少投资，节约能源，降低成本。 换热器整体渗锌可以提高换热器的耐腐蚀、耐冲刷性能，特别是耐海水腐蚀性能，提高使用寿命3倍以上。

成果与项目的背景及主要用途：钢铁材料的腐蚀现象普遍存在于国民经济的 116天津大学科技成果选编 各部门中，给社会发展带来巨大的经济损失和金属材料资源的消耗。据统计，每 年钢材腐蚀损失占钢材总产量的 10%，经济损失占国民经济总产值的 2%4%。 我国 2003 年对腐蚀最新调查表明，每年为腐蚀支付的直接与间接费用的总和估 计可达 5000 亿人民币，约占国民经济总产值的 5%，2001 年因腐蚀损耗钢材约 1500 万吨。腐蚀也是导致设备失效、造成重大灾难性事故和严重的环境污染的 重要原因之一，这在石油化工及电力能源领域尤为突出。因此，研究和开发先进 的防腐蚀技术对于经济的可持续发展具有重要意义。 目前主要的镀锌工艺有：电镀锌(电镀、离子镀或离子注入等)、冷镀锌(机械 镀、涂刷镀等)、热镀锌(包括热浸镀、热喷涂镀)。纳米复合粉末渗锌工艺是利用 热处理中金属原子相互渗透扩散的原理，在钢铁构件表面形成一种锌/铁合金保 护层，以防止环境腐蚀的一种新型防腐方法。与其它镀锌工艺如热喷涂锌、电镀、 热浸镀锌比较，粉末渗锌工艺具有独特的优势，如工艺过程简单、不污染环境、 耗锌量低及节省能源等。渗锌涂层均匀光滑，属于冶金结合因而其结合强度高， 具有优异的耐腐蚀性和抗磨损特性等。 纳米复合粉末渗锌技术从工艺到设备研制完全采用国产的原料和设备，不需 要进口专用的原料和部件，具有自主的知识产权。该项目属于投资少、生产成本 低和见效快的高新科技成果。经过近二年多的工业化生产探索实践，证明该技术 的先进、合理和实用性，工艺过程稳定、技术成熟可靠。 技术原理与工艺流程简介：纳米复合粉末渗锌技术属于化学热处理范畴，原 理为：将表面清洁的金属构件埋入装有冲击粒子(SiO2)、金属粉末(Zn、Al/Zn)合金 粉末、活化剂(NH4Cl)、促进剂稀土硅铁粉末等组成粉末渗剂的密封容器中，放置 在炉中加热并进行机械旋转滚动；在活化剂与促进剂、以及机械滚动能和热能的 共同作用，将金属原子扩散渗入钢铁构件表面，形成均匀和致密的、具有一定厚 度的金属化合物冶金扩散涂层。为了提高生产效率和降低生产成本，采用机械滚 动辅助加热方式，以运动粒子和活性高的粉末不断冲击构件表面，加速热传导和 扩散速度并提高渗金属效率。 与目前常用防腐工艺比较，其突出特点是：(1)涂层均匀性和致密性好、与 基体为冶金结合附着强度很高；(2)可实现锌、铝及锌铝复合等热扩散涂层，耐 腐蚀能明显高于电镀、热镀与喷涂涂层；(3)将传统化学热处理的热扩散温度由 900-1100oC 高温状态降低到低温 400-600oC 范围、并缩短加热保温时间，生产过 程耗能明显降低；(4)由于加热温度低对钢铁构件力学性能没有影响；(5)设备投 资少、维护简单及使用寿命长，节约能源及原材料，是一种低成本、高效率的绿 色生产技术。 生产工艺流程包括：除油→除锈→水洗→防锈→烘干(凉干)→装加热渗罐→热 117天津大学科技成果选编 扩散过程→构件保温冷却至出炉→分离→钝化→冲洗→干燥包装成品。 技术水平及专利与获奖情况：该项目已于 2004 年 6 月通过天津市科委组织 的鉴定，被认为达到国内领先水平。“纳米复合粉末渗锌防腐技术”是天津市科 委鉴定成果、登记号：津 20040241。 应用前景分析及效益预测：该技术在国内市场具有很强的竞争能力和应用前 景，其主要原因为：1)热扩散涂层综合性能高。与热镀、热喷涂等比较，涂层具 有优异抗高温氧化性、耐腐蚀性和耐磨损冲击性；与物理及气相沉积、离子化学 热处理等比较，工艺简单、设备投资少、成本低效率高，因而具有很好市场竞争 力。2)纳米复合粉末热扩散涂层工艺是自主开发新型技术，目前处于国内领先水 平。该生产工艺先进，能耗低，成本低廉，具有良好的技术和价格优势。3)目前 我国大力促进清洁生产，为绿色表面热扩散涂层生产技术创造很好的市场发展前 景。粉末渗锌涂层与电镀锌和热浸镀锌比较，具有节约原材料、生产过程没有“三 废”排放及涂层耐腐蚀性高的特点，在目前国家积极促进改造传统电镀和热浸镀 加工行业的形势下，粉末热扩散渗锌涂层工艺将是替代上述传统工艺的最有效防 腐技术。 我国 20 世纪 90 年代就进行了粉末渗锌技术的产业化生产研究，但目前在国 内市场真正实现批量化渗锌涂层产品加工的单位很少。利用该技术加工的产品价 格为 1700-2000 元/吨，消耗原料主要为锌粉 1.4-1.5 万元/吨，投资 80 万元可以 建成一条年生产能力为 5000 吨的生产线，可处理工件长度为 4.5m，这样年产值 可达 850-1000 万元，利税可达 255-300 万元。 应用领域：纳米复合粉末渗锌技术在钢铁材料的防腐蚀方面具有广泛的工程 应用前景，其主要应用范围包括：（1）电力输变电设备：电力、电信铁塔构件； （2）邮电通讯工程：线路金具、输线管件及部件防腐处理；（3）船舶制造：各 种紧固标准件、管件和锚链等；（4）建筑领域：马钢脚手架、五金及钢钉等；（5） 航空航天：火箭发射架和飞机制造紧固件等；（6）海洋工程：搭建海上油田各种 构件；（7）石油化工：塔板、浮阀及填料等化工设备塔内各种构件；（8）工程机 械：各种五金标准件、钢结构配件、水暖件等；（9）汽车制造：各种螺钉、螺母、 垫圈及配件等；（10）铁路和高速公路：紧固件和高速公路上的护栏等。 合作方式及条件：技术合作、转让和技术服务，设备销售和产品加工。 9 海洋生物材料——骨水泥

一、 项目简介通过化学热处理方式在钢基表面形成铁锌化合物层。渗剂经改良可以缩短渗锌时间、提高渗层形能。该技术特点：渗层均匀致密，厚度精确可控，耐蚀性、耐磨性好，后期涂覆性好。可有效避免氢脆，对工件本身力学性能影响小，且工艺过程无污染。与热镀锌相比可以节约60%的锌，对于企业而言可以大幅度降低成本，满足日益严格的环保需求。二、 项目技术成熟程度已完成实验，中试阶段的工作，需要工业应用。三、 技术指标镀层厚度20-100微米，耐蚀性能较热镀锌提高10%-30%，耐SO2腐蚀能力是热镀锌的2倍以上，耐磨性提高一倍。（申报发明专利1项）四、 市场前景由于渗层厚度精确可控，特别适用于具有公差配合要求的紧固件、形状复杂件、小件等。可广泛应用于城市建设、桥梁、电力、建筑等方面。工艺流程与传统热镀工业相比更加环保、节锌，具有广泛的应用前景。五、 规模与投资需求最好在原有业务基础上利用现成的市场投资。资金100万元，厂房1000平米，电力500千瓦。六、 生产设备粉末渗锌炉七、 效益分析按每年生产1000吨计算，产值200万元，可获利约60万元。八、 合作方式面谈。九、 项目具体联系人及联系方式项目负责人：曹晓明 ，电话：13902060727  ，联系人：杜安 ，电话：60204527  邮箱：caoxiaoming@hebut.edu.cn 。十、 附件：成果图片1）粉末渗锌与热镀锌及电镀锌耐腐蚀性能的对比曲线暴露在盐雾室中厚度的变化2）粉末渗锌样品

锌的标准电极电位为-0.76V，是典型的钢铁基体牺牲阳极保护镀层。锌合金镀层是电镀锌镀层的进一步发展，通过加入镍、锡、钴、铬等合金元素，在成本增加很少或不增加情况下，不仅保持了锌镀层的牺牲阳极保护特性，又可使镀层的性能、尤其是耐蚀性可获得大幅度提高。 锌镍合金电镀技术是锌合金镀的一种。含镍25~30%的锌镍合金镀层耐蚀性和机械性能均好但内应力大，含镍10~20%的锌镍合金镀层耐蚀性和机械性能均好，抗海水和抗湿能力比锌高6~7倍，含镍7~9%的锌镍合金镀层镀后可成型加工，易于钝化。北京科技大学开发了以下两类锌－镍合金电镀技术。（1）锌－镍合金镀层高速电镀技术 锌－镍合金镀层钢板作为制造汽车用高耐蚀性表面处理钢板80年代起被重视，为此开发了锌－镍合金镀层钢板的高速电镀技术。 高速电镀技术采用简单的硫酸盐类镀液体系，在使钢板以100米/秒左右的速度高速运行下，以50安培/平方分米以上的高电流密度进行电镀。电流效率达95%以上。镀层含镍10~20%，镀层相结构为耐蚀性最好的单一γ相，组织细密，外观呈青白色金属光泽，镀层耐蚀性是电镀锌镀层的5倍以上。（2）常规锌－镍合金镀层电镀技术 开发的常规铵盐类弱酸性镀液体系锌－镍合金镀层电镀技术获得了国家专利。以1~5安培/平方分米的电流密度进行电镀，镀层光亮，色调与不锈钢相仿，但成本低。所得锌镍合金镀层的耐蚀性是电镀锌镀层的5－10倍，而且耐热性比镀锌层大为提高。

技术先进性、成熟度和知识产权情况：近年来课题组开展了离子预氧化催渗快速离子渗氮技术研究，发现了离子预氧化对离子渗氮具有明显催渗作用，相关研究成果已发表如下论文4篇、获授权发明专利1件：1) Jingcai Li, Xingmei Yang, Shukai Wang, Kunxia Wei, Jing Hu*，A rapid D.C. plasma nitriding technology cata

热浸锌是防止钢铁被大气腐蚀的常用方法。本团队将表面纳米技术引入传统热浸锌行业，研发了锌镍合金镀层技术、高耐蚀锌铝 及锌铝镁镀层技术、绿色热镀锌生产线技术、连续热浸锌合金钢筋生产线技术、无铬钝化技术、助镀液除铁再生技术、储锌罐技术等。 

本成果通过技术鉴定，获得省、市、部科技进步奖及专利；大规模应用于广州地铁、铁路中弹条螺旋道钉挡板等工务配件操作中，可提高工务配件防腐蚀性能与疲劳性能；大幅度延长使用寿命减少维修成本。

本成果系我国自主知识产权、达到规模化生产阶段。金属腐蚀造成损失约占GDP的4%，目前主要防腐蚀技术：电镀、热镀锌、发蓝与涂料技术。涂料技术由于结合力差很多条件下难于使用。电镀与热镀锌存在污染问题急待新技术代替。本成果是集成智能化装备、先进工艺及检测一种无污染新型防腐蚀技术，成本低于热镀锌，抗盐雾腐蚀可以达到5000小时以上（国际最高标准2000小时）1999年获得成都市科技成果一等奖、四川省科技成果三等奖、铁道部科技成果四等奖。2009年在电力系统应用，通过四川省鉴定达到国内领先、国际先进水平，铁路系统十多个单位使用。本成果极为适用海洋环境零部件防腐蚀及代替不锈钢产品。

ZnO 压敏陶瓷是以 ZnO 粉料为主体，添加微量的其他金属氧化物添加剂(如 Bi2O3,Sb2O3, Co2O3, MnO2, Cr2O3 等)，经过混合、成型后在高温下烧结而成的多晶半导体陶瓷元件。自 1968 年日本松下开发出 ZnO 压敏电阻以来， ZnO 压敏电阻就以其造价低廉、制造方便、非线性系数大、 响应时间快、残压低、电压温度系数小、漏电流小等优良性能，应用广泛于高压输电线路、城市地铁直流供电线路以及铁路电网系统。随着超高电压大功率输变电工程的发展，对输变电设备的安全性和可靠性要求越

节能和环保是绿色社会的主要议题，发展取代化石燃料的新能源技术迫在眉睫。锌-空气电池是一种化学能转换为电能的装置，由于其理论能量密度高、安全性高、价格低廉以及环保等优势有望弥补锂离子电池的缺陷而成为下一代新能源电池。柔性可穿戴电子器件是5G时代先进制造业的重点研究方向，尤其是便携式电子产品正朝着超薄、集成、灵活的可穿戴设备方向发展。作为一个新兴领域，柔性锌-空气电池符合可穿戴电子设备的要求，发展潜力巨大。 柔性电池是一个复杂的系统，柔性锌空气电池的容量和能量密度等关键参数很大程度上取决于催化剂和正极材料。团队瞄准电池正极材料这一难题，积极自主研发，致力于发展具有完全自主知识产权的下一代新型高容量柔性锌空气电池。目前，团队制备的高容量/耐低温柔性锌空气电池可用于穿戴的智能电子产品，病人植入式监测、追踪和定位的医疗器械、物联网智能标签、环境传感器、助听器等等。