气蚀、冲蚀耐磨涂层的制备及应用.doc

气蚀、冲蚀耐磨涂层的制备及应用作者： 李怀新 李国栋磨损是机械零件失效的主要三种形式（磨损、腐蚀、断裂）之一，统计资料显示，全球消费能源的3040损失在摩擦磨损上，提高材料耐磨性能是有效解决问题的途径之一，提高材料耐磨性能的最主要方法就是在磨损机件表面制备耐磨涂层。本文着重分析抵抗气蚀磨损合冲蚀磨损的耐磨涂层。气蚀磨损是由于流体在与零件作相对高速运动时产生气泡，气泡在破灭瞬间产生极大的冲击力，这种现象反复作用，使机件表面产生疲劳破坏出现麻点，并扩展为泡沫状空穴。如水轮机、水泵机件等。冲蚀磨损是由夹带硬质颗粒的流体以一定速度冲击切削刮擦机件表面引起的磨损。如各种沙泵、渣浆泵、水轮机、管道输送构件等涂层耐磨性是指涂层表面抵抗某种机械作用的能力，与涂层的硬度、附着力、柔韧性等物理性能密切相关。一般来说涂层硬度越高耐磨性越好，但硬度和耐磨性并非完全正比关系，软涂层能减小摩擦，软机体上的硬涂层能防止微观犁削和宏观犁削的发生。为使涂层在同等磨损条件下具有更长的寿命，一般可以增加涂层的厚度来提高寿命，但以气蚀和冲蚀磨损而言，涂层与基材的界面在外部载荷的作用下会产生很大的界面应力，可以导致涂层产生裂纹或剥落，因此涂层并不是越厚越好。襄樊市联基胶粘剂厂认为颗粒级配对涂层耐磨性有较大的影响，只有选取可以使涂层原料达到紧密的堆积级配，才能获取高质量的涂层。以为单一粒径的颗粒形成的涂层，其颗粒间存在的空隙较多。当涂层中加入不同粒径的颗粒时，大颗粒作为涂层的内部骨架，保持涂层的形状；小颗粒填充到大颗粒空隙内形成紧密堆积，使得涂层内部缺陷减小。襄樊市联基胶粘剂厂试验所得球形颗粒的耐磨性能优于片状和不规则立体形状颗粒的耐磨性，尤其是球径小的颗粒与基料更易形成致密的涂层。因为球形颗粒的粒径越小，表面积越大，与基料结合得更牢固。粘接基料的作用是使颗粒骨料与金属基材在界面处通过相互扩散而联结起来，它对涂层有着决定性的影响，因此必须选择粘接性好的基料，并同时具有耐磨性。此外骨料与基料之间存在一最优配比，当涂层中的颗粒骨料较少时，颗粒骨料周围有较多的基料，由于磨粒的硬度大于基料的硬度，涂层的磨损主要发生在基料上，涂层磨损较大。随颗粒骨料的增加，涂层内部的缺陷大大减小，涂层的硬度提高，磨损主要发生在颗粒骨料上。当颗粒骨料加入量过多，基料对颗粒骨料的粘接强度下降，从而使颗粒骨料在磨损时容易脱落。目前国内市场上常用的陶瓷耐磨涂料就是一种简单的耐磨涂层，它通过采用无定向钢纤维合定向网状措施，在金属基材和定向钢构件或龟甲网上形成10mm30mm的耐磨涂层，有效的增加了材料本身的强度和韧性，可以抵御物料的高速冲击力和剪切应力造成的破损和剥落。在电力、水泥、矿山等行业得到了推广应用。以物流输送行业为例，不管是制粉系统、除尘排灰系统、输煤熟料系统，烟道系统，还是在水泥行业生料、熟料、粉磨粘系统，有诸多设备和管道内部长期受到物料或高浓度含尘气体的冲刷。详如：各种运输机料斗，立磨选粉机出口，磨机出口风管，选粉机与球磨机溜槽、下料斗，各种阀门内腔，闸板，输送管道及弯头等。粉料在立磨、选粉机及管道中输送时，由于受到高速气流带动，粉料和衬里涂层间产生强烈的摩擦，内衬涂层收到长时间的冲击和冲刷，会不断降低内衬涂层厚度，从而导致使用寿命缩短。因此要求涂层材料有较高的机械强度和抗冲击能力。目前国内只有少数厂家的陶瓷耐磨涂料可以达到这样的水平，绝大部分生产厂家都是由耐火材料行业改行而来，产品也是耐火浇注料稍加改进而成，自身没有核心技术，产品在实际使用过程普遍存在开裂脱落现象，搞得很多工程甲方进退两难，甚至有的甲方已对此项技术失去信心。BD766高温耐磨涂层胶是由襄樊是联基胶粘剂厂开发生产的一款耐磨涂层产品，其核心技术为以该厂自制的高强度无机高温粘粘剂为基料，添加严格级配选取的高性能耐磨、抗蚀材料为骨料，复合得到的高性能互穿网络结构耐高温耐磨涂层。可以广泛用于各类有耐磨要求的机件表面制备耐磨涂层。该涂层材料具有以下特性：1.耐磨抗蚀性是一般金属的46倍，2.与金属类基材结合强度高，3.施工方便，对施工人员无很高技术要求， 4.常温固化，耐水性优异，5.涂层2mm4mm，经济性好，6.立面、顶棚均可直接刮涂、喷涂，不淌不溜，无需支撑。BD766耐磨涂层胶使用方法为： 1. 表面处理：对需处理部位进行粗化处理，角磨机打磨或喷砂等；对粗化处理过的表面进行清洗；处理过的表面应是粗化的干燥新鲜基材表面，并且应无油污、无粉尘。2. 配制：按重量比411或611将A、B、C三组份混合均匀，并在30min内用完。一般是边施工边配胶，一次配胶量最大不能超过10公斤，过多胶凝固的过快，还没用完已经部分凝固而不能使用。可根据实际温度冬天可适当多配，夏天适当少配。3. 涂敷：BD766合适的涂层厚度是2mm4mm，应将混合好的材料逐层涂敷于待修部位，第一层要压实，使之与基材充分浸润。每层的厚度应控制在0.5mm1mm以下,待上一层干燥后涂敷下一层,前后两次涂敷时间取决于施工时的温度和涂层的厚度,涂层厚度0.5mm时冬季大于10小时,夏季大于4小时;应掌握的原则是前面涂层干后再涂下一层。4. 固化：涂层涂到规定的尺寸后一般需放置34天进行固化后可投入使用。性能指标如下表：产品颜色密度(g/cm3)抗压强度(kg/cm2)GB1041-79拉伸强度(kg/cm2)GB6329-86剪切强度(kg/cm2)GB7124-86弯曲强度(kg/cm2)GB1042-79工作温度（）766灰2.11103-3696-40600包装规格：A组分为衬塑编织袋，20kg/袋；B、C组分25L塑料桶或200L铁桶贮存：阴凉干燥处保质期：6个月目前BD766高温涂层胶已在粉体生产、粉体输送、粉体分离、粉体收尘和烟道等系统得到了部分推广应用，获得了良好效果。改性环氧耐磨涂层的制备：环氧树脂是聚合物复合材料中应用最广泛的基体树脂。它对于多种材质有极好的粘接性和分散性，用它配制的耐磨涂层浸润性好，涂层具有很高的机械强度和耐磨性，耐水性和耐腐蚀能力也不错。但普通环氧树脂固化后交联密度高，内应力大，固化物变形能力差，不耐疲劳和冲击。襄樊市联基胶粘剂厂认为可以通过以下途径提高环氧耐磨涂层的耐磨性能：1.对环氧树脂进行整体改性增加韧性，襄樊市联基胶粘剂厂的BD706耐磨涂层胶所用环氧基料为通过聚氨酯改性的基料；2.在基料中添加纳米粉末，BD706耐磨涂层胶添加的是纳米氧化铝粉末，由于纳米氧化铝的表面积很大，它可以吸附更多的分子链，使应力分布更均匀，减轻了局部区域的摩擦应力，较少磨损。表面能很高的纳米氧化铝粉末能具有的嵌在树脂固化物中形成三维网状立体结构，其“扎钉”作用对耐磨涂层的耐磨性和结合强度有很大的贡献。3.向改性环氧中添加耐磨颗粒料，襄樊市联基胶粘剂厂研究认为：对于环氧改性耐磨涂层来讲，填充颗粒料主要存在两种磨损形式，即颗粒的脆性破碎和整体剥落。脆性破碎通常发生在颗粒的尖角和薄弱边缘部分，当填充料为球形时，涂层的耐磨性能较高，当填充料为不定型材料时，涂层的耐磨性能稍差。颗粒整体剥落是由于磨损过程中材料表面发生选择性磨损，基料被磨掉，填充颗粒逐渐突出，当颗粒于基料的接触面积小到粘接强度不能抵抗磨料冲击力时，填充颗粒便会脱落。BD706耐磨涂层胶添加填充颗粒料为表面活性处理的高铝瓷球，使基料与填充颗粒料的粘接强度进一步增大；所填充耐磨颗粒料经过严格级配计算，涂层得到最佳的填充密度，又由于所用基料是经过聚氨酯改性的，环氧树脂与聚氨酯形成互穿网络结构，可以有效吸收并传递气泡溃灭时产生的射流冲击压力和磨粒反复冲击引起的疲劳破坏。因此,BD706耐磨涂层胶具有较高的剪切强度、剥离强度和耐磨耐气蚀能力。襄樊市联基胶粘剂厂在实际使用过程中发现，BD706耐磨涂层胶固化剂的加入量对涂层的耐磨性有一定影响。固化剂加量过少，耐磨涂层不能发挥应有的强度，过多会使涂层变脆，剪切强度降低。一般固化剂的加入量硬比理论加入量稍大一点为宜，BD706耐磨涂层胶的理论质量配比为A:B=4:1。附BD706耐磨涂层胶性能介绍BD706是由高性能耐磨陶瓷颗粒与改性增韧耐热树脂进行复合得到的高性能耐磨抗蚀聚合陶瓷材料。广泛用于各类磨损件的修复和在各类有耐磨、抗蚀要求的机件表面制备耐磨防腐涂层。特性1 耐磨抗蚀性是一般金属的46倍2 与金属类基材具有很高的结合强度3 施工方便，对施工人员无很高技术要求4 适用于多种磨损、腐蚀工况的修复和防护产品名称物理状态操作时限(25)可使用时间(25)应 用 范 围BD706耐磨涂层膏状25min24h用于颗粒冲蚀磨损或腐蚀的泵体、叶轮、风机壳体、管道弯头、管道螺旋输送器等的修复和预保护。产品颜色密度(g/cm3)抗压强度(kg/cm2)GB1041-79拉伸强度(kg/cm2)GB6329-86剪切强度(kg/cm2)GB7124-86弯曲强度(kg/cm2)GB1042-79固化后硬度（Shore D）ASTM-D-2556工作温度（）BD706灰2.09100637729051689-60150使用方法1. 表面处理：对需处理部位进行粗化处理，角磨机打磨或喷砂等；对粗化处理过的表面进行清洗；处理过的表面应是粗化的干燥新鲜基材表面，并且应无油污、无粉尘。2. 配制：按重量比41将A、B两组份混合均匀，并在25min内用完。一般是边施工边配置，一次配置量最大不能超过1.5公斤，过多胶凝固的过快，还没用完已经部分凝固而不能使用。可根据实际温度冬天可适当多配，夏天适当少配。如气温过低可将A组分适当加热以降低粘度便于配置。3. 涂敷：BD706合适的涂层厚度是28mm，应将混合好的材料逐层涂敷于待修部位，第一层要压实，使之与基材充分浸润。本材料不能进行机械加工，应注意控制涂层厚度，以免装配中出现干涉现象。4. 固化：25固化24小时可投入使用，若温度低应采用加热或延长固化时间来促进固化；一般冬天施工可用碘钨灯距涂层40cm的距离进行照射加温。包装规格：6kg/组 10kg/组贮存：阴凉干燥处保质期：1年聚氨酯耐磨涂层的制备聚氨酯弹性橡胶耐磨涂层已经在工矿企业得到了广泛的应用，这里专门介绍的是襄樊市联基胶粘剂厂开发研制的聚氨酯颗粒耐磨涂层胶BD708，聚氨酯本身虽然具有优异的耐磨性能，但在有较大硬质尖锐磨料的高速冲刷下，表面会被硬质尖锐颗粒逐渐犁削磨损时效，襄樊市联基胶粘剂厂通过多年研制，借鉴BD706环氧耐磨涂层胶的成功经验，在聚氨酯中加入硬质填充颗粒，有效解决高速硬质尖锐磨料的冲刷问题，又由于聚氨酯本身的弹性，可以有效抵御气蚀的发生。目前，BD708聚氨酯颗粒耐磨涂层胶已成功应用于各种水力过流部件，如各种泵壳，护板，水轮机壳体，各种输送泥浆、矿渣的管道、弯头等。附BD708颗粒耐磨涂层胶性能介绍BD708是由高性能耐磨陶瓷颗粒与改性聚氨酯进行复合得到的高性能耐磨抗蚀聚合陶瓷材料。广泛用于各类水力过流机件表面磨损的修复和在各类水利过来机件表面制备耐磨防腐涂层。特性1.耐磨抗蚀性是一般金属的46倍2.与金属类基材具有很高的结合强度3.施工方便，对施工人员无很高技术要求产品名称物理状态操作时限(25)可使用时间(25)应 用 范 围BD708耐磨涂层膏状30min24h用于各种水力过流部件，如各种泵壳，护板，水轮机壳体，各种输送泥浆、矿渣的管道、弯头等的修复和制备预保护涂层。产品颜色密度(g/cm3)抗压强度(kg/cm2)GB1041-79拉伸强度(kg/cm2)GB6329-86剪切强度(kg/cm2)GB7124-86弯曲强度(kg/cm2)GB1042-79固化后硬度（Shore A）ASTM-D-2556工作温度（）BD708灰2.06113712393789-60100使用方法1. 表面处理：对需处理部位进行粗化处理，角磨机打磨或喷砂等；对粗化处理过的表面进行清洗；处理过的表面应是粗化的干燥新鲜基材表面，并且应无油污、无粉尘。2. 配制：按重量比41将A、B两组份混合均匀，并在30min内用完。一般是边施工边配置，一次配置量最大不能超过1.5公斤，过多胶凝固的过快，还没用完已经部分凝固而不能使用。可根据实际温度冬天可适当多配，夏天适当少配。如气温过低可将A组分适当加热以降低粘度便