过喷涂或堆焊的方式，将纳米钢粉末应用在机械设备中，提高设备部件的机械性能。特别适用在磨损严重的矿山机械设备的耐磨部件中，提高了整体的使用寿命。本文着重介绍了在矿山机械设备中，应用纳米钢技术的实例。

　　1概述所谓纳米技术，是指在0.1100nm的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，显著地表现出许多新的特性，而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术，就称为纳米技术。纳米科技是20世纪90年代初迅速发展起来的新兴科技，其最终目标是人类按照自己的意识直接操纵单个原子、分子，制造出具有特定功能的产品。纳米科技以空前的分辨率为我们揭示了一个可见的原子、分子世界。这表明，人类正越来越向微观世界深入，人们认识、改造微观世界的水平提高了前所未有的高度。

　　1.2纳米钢纳米金属材料是20世纪80年代中期研制成功的，后来相继问世的有纳米半导体薄膜、纳米陶瓷、纳米瓷性材料和纳米生物医学材料等。纳米材料具有一定的独特性，当物质尺度小到一定程度时，则必须改用量子力学取代传统力学的观点来描述它的行为，当粉末粒子尺寸由10pm降至10nm时，其粒径虽改变为1000倍，但换算成体积时则将有10的9次方倍之巨，所以二者行为上将产生明显的差异。

　　纳米钢就是将金属颗粒尺寸加工成100nm以下，使其具备了同大颗粒完全不同的特性，显现出高硬度、高耐磨性和高耐腐蚀的性能，优于目前现有的合金材料。

　　1.3纳米钢特点我们将普通的金属合金加工成纳米材料后，发现这些材料的性质与原来材料相比发生了很大的变化。钢铁的低成本比其他金属有优势，如能通过纳米技术方法，把钢的物理性能大幅提高，达到其他稀有金属的性能，将能创造新的市场机会和产业。纳米钢合金的应用领域主要有：研磨工具、采矿设备、材料加工设备，挖掘机械和建筑设备等需要涂层强化和保护的部件。可明显提高喷焊区的硬度、耐磨性能和耐久性能。

　　1.4国内外的研究情况纳米技术作为一种最具有市场应用潜力的新兴科学技术，其潜在的重要性毋庸置疑，一些发达国家都投入大量的资金进行研究工作。在国内，许多科研院所、高等院校也组织科研力量，开展纳米技术的研究工作，并取得了一定的研究成果。

　　但是同国外发达国家的先进技术相比，我们还有很大的差距。如美国最早成立了纳米研究中心，美国纳米钢有限公司成立于2002年7月1日，美国纳米钢有限公司建立了一个纳米材料研究院，从事纳米材料的设计、合成和加工，利用美国纳米钢有限公司的快速合金设计和产业化方法，使新合金迅速从概念转变为产品。日本文教科部把纳米技术，列为材料科学的四大重点研究开发项目之一。在德国，以汉堡大学和美因茨大学为纳米技术研究中心，政府每年出资6500万美元支持微系统的研究。

　　总之，纳米技术正成为各国科技界所关注的焦点，正如钱学森院士所预言的那样：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革2纳米钢制品纳米粒子的制备方法很多，可分为物理方法和化学方法。纳米钢材料的是通过惰性气体爆炸的化学方法获得的原子大小的金属粉末，并加工成纳米药心焊丝和纳米耐磨衬板使用。

　　2.1雾化粉末雾化粉末普通金属颗粒经过惰性瓦斯原子化，生产出大小为1553m范围内的雾化粉末。可以通过超音速热喷涂的方式覆盖到设备的需要表面。另一种是经过离心的原子化生产出大小为53180m范围内的粉末，通过喷焊的方式，覆盖在所需表面。

　　2.2药芯焊丝可制成芯部含纳米钢粉末的药芯焊丝，通常直径为1.2mm、1.6mm、2.8mm、3.2mm，可以通过电弧喷涂或堆焊方式，覆盖在备件需要部位表面。

　　药芯焊丝2.3耐磨板在普通低碳钢普通钢板上，用纳米药芯焊丝，通过自动堆焊方式，得到表面纳米材料的高硬度、高耐磨性的耐磨板，可以按照需要的尺寸，用等离子切割机切割，通过气体保护焊的方式，堆焊到所需部位。

　　耐磨板3在矿山机械设备上的应用采用纳米钢技术对机械关键零部件进行金属表面纳米粉涂层处理，可以提高机械设备的耐磨性、硬度和使用寿命，方式有两种：喷焊或堆焊。

　　喷焊纳米钢方式适合用于严重冲击磨损部位，本体选用高锰钢材质，利用高锰钢的高强度和加工硬化功能，表面喷涂纳米材料，提高机体表面的硬度，同时，保护了高锰钢材质加工硬化性的硬度层。在使用过程中，能够提高寿命2倍以上。

　　堆焊使用在滑动磨损严重的部位，用普通材质堆焊耐磨合金技术来替代原有特殊材质工艺，厚度根据需要而定，提高接触摩擦表面的硬度和耐磨性，提高使用寿命。

　　3.1破碎机破碎机介绍圆锥破碎机是用于矿山粉碎矿石的设备，依靠破碎机的内外衬板距离的大小变化，使矿石在破碎腔内不断受到冲击，挤压和弯曲作用，实现矿石的破碎。为破碎机衬板，其中内外衬板是磨损严重的部件，目前普遍选用的是ZGMn13高锰钢材料，高锰钢材质进行水韧处理后具有高耐磨性和加工硬化现象，能够承受一定的冲击和挤压，但是在实际应用中高锰钢衬板的加工硬化作用还没有完全发挥，就被磨损掉了，当磨损尺寸达到一定程度后，就需要更换新衬板了。我们采用了纳米钢喷涂的技术制作衬板备件，使用寿命提高2倍。

　　破碎机衬板喷涂材料选用美国纳米钢公司生产的纳米钢药芯焊丝，特征为一种超精炼的结晶微结构，优于现存方案1000多倍精细程度。因此具有优越的抗腐蚀性能、耐磨性能、独一无二的高硬度和韧性的结合性以及超高的黏合强度。

　　使用电弧喷涂设备，进行喷涂。喷涂厚度在0.500.60mm之间。纳米钢焊丝为具有铁磁性的铁基合金，硬度为HRc6769.喷焊时纳米钢焊丝可以快速冷却，使喷焊区形成接近于纳米尺寸晶粒的均匀组织结构，而使用普通的材料焊接会形成颗粒较粗大的多相结构，纳米钢合金的高强度得益于材料内部弥散分布的碳化硼等硬化相和基体中的一些塑性相，纳米钢合金可明显提高焊接区的硬度、耐磨性能和耐久性能。

　　由于表面喷焊纳米钢合金，这样在破碎壁的表面形成了厚度为0.50.6mm的高硬度层，由于涂层为纳米材料，具有高硬度、高耐磨性，所以提高了使用寿命。

　　高锰钢材料受到冲击载荷时，金属表面发生塑性变形。在变形层内有明显的加工硬化现象，当受高冲击载荷时，可以达到HB500800.表面硬化层深度可达1020mm.由于破碎壁表面增加了纳米喷涂层，这样可以在使用过程中，使纳米喷涂材料的本体材质得到高硬度的硬化层，当纳米材料层磨损掉后，高锰钢本体的硬化层已经达到较高的硬度，可以抵抗冲击磨料磨损，提高使用寿命。

　　通过实验测试比较，经过喷涂纳米材料的破碎壁在同样工况的条件下，比原有使用寿命提高23倍。

　　3.2挖掘机矿山挖掘机铲斗为矿山挖掘机铲斗，也叫挖斗，按工作方式分为反铲铲斗和正铲铲斗，工程上一般常用的是反铲铲斗。铲斗材料一般选用高锰钢材质或高强度耐磨钢NM360，适用于挖掘混有较软碎石的硬土或碎石、砾石的装载等重载作业。但是由于作业时，冲击严重，在使用一段时间后，挖掘机铲斗经受的冲击会在耐磨板及机身产生很大的凹痕，需要更换。

　　在铲斗内表面平板上，覆盖一层纳米钢焊接的耐磨衬板。

　　在铲牙及磨损严重部位的上下两个面，堆焊纳米钢材料，厚度为9.510mm，要分三层焊接，减少变形量。

　　通过应用纳米钢耐磨板在挖掘机铲斗上，在经受直接冲击下也能不失效用。表面堆焊的纳米钢具有了更长的耐磨寿命，更易于修理，更少的维修成本。表面的耐磨钢具有高硬度（硬度达到HRC67-70）、韧性和耐磨损性能高于高锰钢材质，使用寿命增加2倍。

　　3.3振动捣碎机振动捣碎机将废矿石推平在一个运矿路上，以得到一个干净路面，来防止运输汽车轮胎爆胎和其他对牵引运输车，挖掘机，开凿机等采矿车辆的损失。

　　为了延长捣碎机碳钢鼓身使用寿命，安装使用HB500调质钢，由于此矿岩石极高的硬度而易于开裂，所以很快失效。

　　纳米钢覆盖层作为表面硬化层，以交叉线样式直接覆盖在捣碎在捣碎机鼓身40mm厚碳钢表面，来抵抗磨损，并牵引抓紧废矿石。

　　由于表面使用小面积的交叉硬化层，降低了维修成本，使整个鼓身获得了更高的硬度、韧性和耐磨性，性能要高于HB500的调质钢板。

　　3.4牵引运输卡车运输矿石的运输车或运料槽体中，与矿山接触的钢板磨损非常快，我们可以通过在普通低碳钢钢板上堆焊纳米钢的方式，获得耐磨钢板，替代原有需要耐磨部位的衬板，提高部件的使用寿命。

　　牵引运输卡车车板承受严重的滑动磨损，纳米钢覆盖层耐磨板安装在经受严重滑动磨损，大磨损量的车板尾部。在搬运120万吨矿石后，对纳米钢耐磨板进行了检测，显示非常小的表面磨损，焊缝组织仍清晰可见。在搬运320万吨物质后，显示小的表面磨损。相对比HB500调质钢耐磨板已经磨损到其固定在车身上的螺帽处。纳米耐磨板仍有很长的使用寿命，而HB500调质钢已经需要更换了。

　　3.5翻斗车在地下采矿过程中，翻斗车通常被用来从一个位置到另一个位置传送矿石。在装料和卸料过程中，车上的耐磨板承受滑动磨损和冲击。载重20t的翻斗车在两个不同深度位置传送矿石。在装料过程中，矿石从9m的高度落在耐磨导流板上然后滑进车内。在卸料过程中，翻斗车一端倾斜30°，矿石在耐磨导流板上滑送到传送带上，用来传送到下一位置。

　　解决方案为了提高翻斗车导流板的使用寿命，减小表面材料磨损，使用了纳米钢覆盖层耐磨板，板厚12.5mm，抵抗滑动磨损和冲击。

　　翻斗车导流板将矿石卸在输送带上，纳米钢耐磨板的使用寿命达到调质钢板的2.9倍，碳化钨钢板的2倍。

　　3.6其他应用纳米钢材料可以应用在矿山、炼钢、炼铁等系统中需要承受耐腐蚀、冲击、磨损等部件上，提高表面的强度和耐磨性。如水泥厂的工业离心鼓风机叶片上，寿命可以提高三倍。还有水泥起重臂和混合罐、水泥旋转叶片、石油和天然气中的环形加热层、燃煤火力发电厂的原料传输系统、粉煤燃烧锅炉的特定部位、破冰船的船体底板、送料器、输料斜道、盘型送料器衬板、混料器叶片、谷物锤头、隧道钻头衬垫、水力传输链齿、农耕机械齿及各类碳化钨替代品。

　　4结束语鉴于纳米科技对未来工业的革命性影响和对传统产业技术改造的广泛性，发达国家的企业为开拓巨大的潜在市场，正加强技术储备，努力战略制高点。我们国家的纳米技术也在不断发展，纳米钢将走进各种工程领域，充分发挥纳米钢的各种特性，适合不同环境和工况的需要，同时钢材表面自身纳米化技术也在实验过程中，满足工作环境对材料的性能要求，随着对纳米钢技术的深入研究，纳米钢技术会广泛地应用在各领域，实现规模化发展。