从专利现状展望喷涂防护技术在矿山渣浆泵中的应用

刘 博，颜 娟，苏 伟

（自贡硬质合金有限责任公司，四川 自贡643011）

作为通用机械，渣浆泵在矿山中属于常用的部件。各种金属矿，如铁矿、铜矿等的矿浆或其他杂质浆料在提升、运输、充填过程中都需要使用渣浆泵提供动力［1］。由于矿山严苛的工况环境，渣浆泵的服役周期往往较短，其过流部位为磨损、腐蚀严重区域，如叶轮、护板、泵壳等。因此矿山企业为提高设备作业效率、降低成本、减少材料消耗，对渣浆泵过流部件防护技术进行了大量研究，以期达到延长渣浆泵的使用寿命、提高经济效益、降低维护费用及能源消耗的目的。以下对国内矿山用渣浆泵防护技术专利情况进行了初步研究与分析，对矿山渣浆泵喷涂防护技术的专利申请工作提出一些思考与建议。

1 国内矿山用渣浆泵防护技术专利状况

使用Incopat［2］商业版数据库，输入“渣浆泵、矿山、涂层、防护”等关键词组成检索式，检索出国内与矿山用渣浆泵防护技术相关的专利有171件，其中发明专利88件、实用新型专利81件、外观设计专利2件。图1为该领域近四十年的专利申请趋势情况，图2为该领域现有专利的法律状态，图3为该领域专利技术构成。

从图1可以看出，近十年该领域专利申请数量进入快速增长期，2016年达到峰值37件。从图2中可以看出，当前矿山用渣浆泵防护技术授权有效的专利占比约为31.17%，占比率低。结合专利申请类型、图1及图2总体来看，该技术从2005年起专利申请趋势稳步提升，其研发创新能力在不断地提高，发明专利申请居多。但随着企业间市场竞争的加剧，技术发展变化较快，专利淘汰率较高。

图1 矿山用渣浆泵防护技术专利申请趋势情况

图2 矿山用渣浆泵防护技术专利法律状态情况

图3 矿山用渣浆泵防护技术专利申请技术构成

依据《国际专利分类表》，专利技术属性分类如下：A（人类生活需要）、B（作业、运输）、C（化学、冶金）、D（纺织、造纸）、E（固定建筑物）、F（机械工程）、G（物理）和H（电学）。从图3可以看出矿山用渣浆泵防护技术专利申请技术构成主要分布在F和C两大类，总占比约为45.1%。其中F04D（非变容式泵）类专利申请数为39件，涉及金属镀覆、涂层的C23C和涂料组分的C09D这两类的专利申请数为28件。

2 矿山用渣浆泵防护技术主要专利情况

国内企业在提高渣浆泵使用寿命上主要采取了两个方面技术手段：一方面是改进矿山用渣浆泵过流部位基体材料性能，从而延长使用寿命，如使用高铬、硬镍、铬钼和镍铬等合金铸铁材料［3］；另一方面是对矿山用渣浆泵过流部位采用耐磨、耐腐蚀防护技术［4］，同时配合使用廉价的钢材，它既有利于延长渣浆泵的整体使用寿命，也能降低产品成本，节约资源。表1列出了这两方面技术的代表专利，下面对这些专利技术进行一一介绍。

表1 矿山用渣浆泵防护技术代表专利

2.1 改进矿山用渣浆泵过流部位基体材料性能

CN1132259A、1995年3月28日申请的一种高铬铸铁发明专利，在常规高铬铸铁的基础上，添加一定数量的C、Cr、Mo、稀土等复合元素提高产品的综合机械性能及使用寿命。该技术与镍硬铸铁工件在相同工况和条件下相比寿命提高了1.2－2.33倍，与一般的高铬铸铁材质相比，使用寿命提高了1.03－1.47倍。

结合矿山用渣浆泵防护技术专利申请趋势分析得出，其改进过流部位基体材料性能的专利申请时间普遍较早，虽然该专利技术已成为过时研究技术，但它提供了基体材料性能研究的技术路径，具有基础研究意义。

2.2 矿山用渣浆泵过流部位防护技术

随着市场应用领域的扩展，大家已经意识到高铬铸铁等合金材料已然不能满足矿山开采恶劣工况的要求。国内外学者通过大量的研究，发现渣浆泵过流部位的磨损形式主要有：物料冲击磨损、气蚀磨损及输送磨损。针对这些磨损形式，矿山用渣浆泵过流部位表面涂层防护技术已成为当前的主流研究方向，该技术能替代备件的更换、减少检修频次、降低人力成本及增强整机使用寿命［5］。目前该涂层防护技术主要有：冷喷涂、热喷涂及胶粘技术。

2.2.1 冷喷涂

冷喷涂是一种金属、陶瓷喷涂技术。其工作原理是利用高压气体低温加热，携带粉末颗粒，通过缩放管产生超音速气流，通过加大的缩性流动变形而沉积于基体表面上形成涂层［6］。CN104862640A、2015年5月29日申请的一种渣浆泵过流件抗冲蚀耐磨涂层的制备方法发明专利，采用的就是冷喷涂铜包镍合金粉末制备涂层技术。该专利披露的技术特征是采用铜包覆型镍基合金粉末，运用冷喷涂工艺通过控制缩放管超音速气流使涂料沉积于基体表面，形成一定厚度的涂层，该粉末粒度0.05～2μm；颗粒表面为纯铜，内部为镍基合金。冷喷涂技术具有操作简便的优点，可配套便携式冷喷涂设备，其喷涂技术能够制备性能优良的防腐蚀涂层，相比传统的热喷涂保护涂层，冷喷涂保护涂层的抗腐蚀性更好，使用寿命更长［7］。本专利技术方案的公开提示了本领域技术人员冷喷涂技术在提高渣浆泵过流件的抗冲蚀和抗磨损性能，延长使用寿命上具有研究及市场推广价值。

2.2.2 热喷涂

热喷涂是利用某种热源（如电弧、等离子喷涂或燃烧火焰等）将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰流或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种技术［8］。CN106544620A，2016年11月17日申请的一种渣浆泵过流部件表面大气等离子喷涂修补工艺发明专利公开的技术方案是：通过对渣浆泵过流部位进行喷砂处理后，采用大气热喷涂WC－NiCrAl混合粉末得到0.2－0.6mm厚度的梯度复合耐磨涂层从而达到表面强化、增加耐腐蚀和耐磨蚀性能的目的。该申请人同日申请的CN106282889A一种渣浆泵过流部件表面等离子喷涂修补工艺发明专利与前者采用的工艺步骤相似，达到的技术效果相同，但其技术特征区别是在过流部位表面用火焰喷涂NiCrBSi粘接底层再进行等离子喷涂Al2O3／SiC陶瓷涂层，涂层厚度为350－700μm。随着热喷涂工艺的不断演化，喷涂材料和过程控制等已逐步成熟，热喷涂技术因其能快速、大面积在基体表面沉积性能优良的涂层，而成为材料表面防护与强化的重要手段［9］。

2.2.3 胶粘

CN105505111A，2015年12月16日申请的渣浆泵磨损修复耐磨涂层材料发明专利采用了有机物和陶瓷颗粒混合再粘合在金属表面进行防护，其技术特征是将含有一定组分的环氧树脂、偶联剂、增韧剂等主剂和一定组分的有机胺类物质、偶联剂、促进剂等固化剂均匀混合后再粘合在金属表面。该混合物材料具有优异的粘接力，不仅是对基体材料有强力的粘合，还对材料内的磨料颗粒形成了强力粘合，其内聚强度高，模量大，不会在浆液的冲刷下快速扩展而造成耐磨涂层整体失效；韧性和抗疲劳能力大，能够抵抗物料中较大颗粒的不断冲击。作为表面防护技术的一种手段，胶粘应用领域已逐步拓展开，它不仅可以应用在渣浆泵上［9］，还可以应用在离心机、磁选机、除尘器、脱硫吸尘塔等的修复和预防上。

3 结语

随着科学技术的不断发展，喷涂防护技术在包括矿山用渣浆泵等各方面的应用越来越广泛，不论是材质还是方式上的选择会越来越多［10］。该技术也将成为我国企业在矿山用渣浆泵防护专利申请上的基本技术或核心技术，对企业的竞争和发展起决定作用。企业应当围绕该技术及外围研发技术进行专利申请，形成企业的基本专利， 将专利的技术保护与地域保护相融合，形成强大的保护网，提升企业核心竞争力，争夺更加广阔的市场空间，掌握市场主导权。