從專利現狀展望噴涂防護技術在礦山渣漿泵中的應用

劉 博，顏 娟，蘇 偉

（自貢硬質合金有限責任公司，四川 自貢643011）

作為通用機械，渣漿泵在礦山中屬于常用的部件。各種金屬礦，如鐵礦、銅礦等的礦漿或其他雜質漿料在提升、運輸、充填過程中都需要使用渣漿泵提供動力［1］。由于礦山嚴苛的工況環境，渣漿泵的服役周期往往較短，其過流部位為磨損、腐蝕嚴重區域，如葉輪、護板、泵殼等。因此礦山企業為提高設備作業效率、降低成本、減少材料消耗，對渣漿泵過流部件防護技術進行了大量研究，以期達到延長渣漿泵的使用壽命、提高經濟效益、降低維護費用及能源消耗的目的。以下對國內礦山用渣漿泵防護技術專利情況進行了初步研究與分析，對礦山渣漿泵噴涂防護技術的專利申請工作提出一些思考與建議。

1 國內礦山用渣漿泵防護技術專利狀況

使用Incopat［2］商業版數據庫，輸入“渣漿泵、礦山、涂層、防護”等關鍵詞組成檢索式，檢索出國內與礦山用渣漿泵防護技術相關的專利有171件，其中發明專利88件、實用新型專利81件、外觀設計專利2件。圖1為該領域近四十年的專利申請趨勢情況，圖2為該領域現有專利的法律狀態，圖3為該領域專利技術構成。

從圖1可以看出，近十年該領域專利申請數量進入快速增長期，2016年達到峰值37件。從圖2中可以看出，當前礦山用渣漿泵防護技術授權有效的專利占比約為31.17%，占比率低。結合專利申請類型、圖1及圖2總體來看，該技術從2005年起專利申請趨勢穩步提升，其研發創新能力在不斷地提高，發明專利申請居多。但隨著企業間市場競爭的加劇，技術發展變化較快，專利淘汰率較高。

圖1 礦山用渣漿泵防護技術專利申請趨勢情況

圖2 礦山用渣漿泵防護技術專利法律狀態情況

圖3 礦山用渣漿泵防護技術專利申請技術構成

依據《國際專利分類表》，專利技術屬性分類如下：A（人類生活需要）、B（作業、運輸）、C（化學、冶金）、D（紡織、造紙）、E（固定建筑物）、F（機械工程）、G（物理）和H（電學）。從圖3可以看出礦山用渣漿泵防護技術專利申請技術構成主要分布在F和C兩大類，總占比約為45.1%。其中F04D（非變容式泵）類專利申請數為39件，涉及金屬鍍覆、涂層的C23C和涂料組分的C09D這兩類的專利申請數為28件。

2 礦山用渣漿泵防護技術主要專利情況

國內企業在提高渣漿泵使用壽命上主要采取了兩個方面技術手段：一方面是改進礦山用渣漿泵過流部位基體材料性能，從而延長使用壽命，如使用高鉻、硬鎳、鉻鉬和鎳鉻等合金鑄鐵材料［3］；另一方面是對礦山用渣漿泵過流部位采用耐磨、耐腐蝕防護技術［4］，同時配合使用廉價的鋼材，它既有利于延長渣漿泵的整體使用壽命，也能降低產品成本，節約資源。表1列出了這兩方面技術的代表專利，下面對這些專利技術進行一一介紹。

表1 礦山用渣漿泵防護技術代表專利

2.1 改進礦山用渣漿泵過流部位基體材料性能

CN1132259A、1995年3月28日申請的一種高鉻鑄鐵發明專利，在常規高鉻鑄鐵的基礎上，添加一定數量的C、Cr、Mo、稀土等復合元素提高產品的綜合機械性能及使用壽命。該技術與鎳硬鑄鐵工件在相同工況和條件下相比壽命提高了1.2－2.33倍，與一般的高鉻鑄鐵材質相比，使用壽命提高了1.03－1.47倍。

結合礦山用渣漿泵防護技術專利申請趨勢分析得出，其改進過流部位基體材料性能的專利申請時間普遍較早，雖然該專利技術已成為過時研究技術，但它提供了基體材料性能研究的技術路徑，具有基礎研究意義。

2.2 礦山用渣漿泵過流部位防護技術

隨著市場應用領域的擴展，大家已經意識到高鉻鑄鐵等合金材料已然不能滿足礦山開采惡劣工況的要求。國內外學者通過大量的研究，發現渣漿泵過流部位的磨損形式主要有：物料沖擊磨損、氣蝕磨損及輸送磨損。針對這些磨損形式，礦山用渣漿泵過流部位表面涂層防護技術已成為當前的主流研究方向，該技術能替代備件的更換、減少檢修頻次、降低人力成本及增強整機使用壽命［5］。目前該涂層防護技術主要有：冷噴涂、熱噴涂及膠粘技術。

2.2.1 冷噴涂

冷噴涂是一種金屬、陶瓷噴涂技術。其工作原理是利用高壓氣體低溫加熱，攜帶粉末顆粒，通過縮放管產生超音速氣流，通過加大的縮性流動變形而沉積于基體表面上形成涂層［6］。CN104862640A、2015年5月29日申請的一種渣漿泵過流件抗沖蝕耐磨涂層的制備方法發明專利，采用的就是冷噴涂銅包鎳合金粉末制備涂層技術。該專利披露的技術特征是采用銅包覆型鎳基合金粉末，運用冷噴涂工藝通過控制縮放管超音速氣流使涂料沉積于基體表面，形成一定厚度的涂層，該粉末粒度0.05～2μm；顆粒表面為純銅，內部為鎳基合金。冷噴涂技術具有操作簡便的優點，可配套便攜式冷噴涂設備，其噴涂技術能夠制備性能優良的防腐蝕涂層，相比傳統的熱噴涂保護涂層，冷噴涂保護涂層的抗腐蝕性更好，使用壽命更長［7］。本專利技術方案的公開提示了本領域技術人員冷噴涂技術在提高渣漿泵過流件的抗沖蝕和抗磨損性能，延長使用壽命上具有研究及市場推廣價值。

2.2.2 熱噴涂

熱噴涂是利用某種熱源（如電弧、等離子噴涂或燃燒火焰等）將粉末狀或絲狀的金屬或非金屬材料加熱到熔融或半熔融狀態，然后借助焰流或壓縮空氣以一定速度噴射到預處理過的基體表面，沉積而形成具有各種功能的表面涂層的一種技術［8］。CN106544620A，2016年11月17日申請的一種渣漿泵過流部件表面大氣等離子噴涂修補工藝發明專利公開的技術方案是：通過對渣漿泵過流部位進行噴砂處理后，采用大氣熱噴涂WC－NiCrAl混合粉末得到0.2－0.6mm厚度的梯度復合耐磨涂層從而達到表面強化、增加耐腐蝕和耐磨蝕性能的目的。該申請人同日申請的CN106282889A一種渣漿泵過流部件表面等離子噴涂修補工藝發明專利與前者采用的工藝步驟相似，達到的技術效果相同，但其技術特征區別是在過流部位表面用火焰噴涂NiCrBSi粘接底層再進行等離子噴涂Al2O3／SiC陶瓷涂層，涂層厚度為350－700μm。隨著熱噴涂工藝的不斷演化，噴涂材料和過程控制等已逐步成熟，熱噴涂技術因其能快速、大面積在基體表面沉積性能優良的涂層，而成為材料表面防護與強化的重要手段［9］。

2.2.3 膠粘

CN105505111A，2015年12月16日申請的渣漿泵磨損修復耐磨涂層材料發明專利采用了有機物和陶瓷顆粒混合再粘合在金屬表面進行防護，其技術特征是將含有一定組分的環氧樹脂、偶聯劑、增韌劑等主劑和一定組分的有機胺類物質、偶聯劑、促進劑等固化劑均勻混合后再粘合在金屬表面。該混合物材料具有優異的粘接力，不僅是對基體材料有強力的粘合，還對材料內的磨料顆粒形成了強力粘合，其內聚強度高，模量大，不會在漿液的沖刷下快速擴展而造成耐磨涂層整體失效；韌性和抗疲勞能力大，能夠抵抗物料中較大顆粒的不斷沖擊。作為表面防護技術的一種手段，膠粘應用領域已逐步拓展開，它不僅可以應用在渣漿泵上［9］，還可以應用在離心機、磁選機、除塵器、脫硫吸塵塔等的修復和預防上。

3 結語

隨著科學技術的不斷發展，噴涂防護技術在包括礦山用渣漿泵等各方面的應用越來越廣泛，不論是材質還是方式上的選擇會越來越多［10］。該技術也將成為我國企業在礦山用渣漿泵防護專利申請上的基本技術或核心技術，對企業的競爭和發展起決定作用。企業應當圍繞該技術及外圍研發技術進行專利申請，形成企業的基本專利， 將專利的技術保護與地域保護相融合，形成強大的保護網，提升企業核心競爭力，爭奪更加廣闊的市場空間，掌握市場主導權。