CN104549948A - 一种复合耐磨涂层的制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可用作修复再造所有因输送流体物料而造成相关金属部件局部缺陷的复合耐磨涂层的制备工艺，它以经过处理的金属表面为基础、以成型金属或非金属结构架为嵌件，经由现场涂抹一种高分子复合材料层而组成一体，高分子复合材料层又由三层各具性能的涂层组成，分别为复合材料底层、耐磨耐蚀功能层和表面涂层。本发明采用涂层工艺，因而不受模具形状的限制，广泛适用于各种复杂型面，可灵活设计出针对不同工况的各种形状的复合耐磨涂层结构，而且总体成本低。

Description

一种复合耐磨涂层的制备工艺

技术领域

本发明涉及一种复合耐磨涂层的制备工艺，特别用作修复再造所有因输送流体物料而造成相关金属部件局部缺陷。

背景技术

在复杂工况中，流体设备长期承受着冲刷磨损、腐蚀及气蚀等多重因素影响，设备部件的金属局部容易造成缺失，轻则影响工作效率，流体输送流量下降，更换零部件频繁，增加设备检维修成本，重则造成零部件局部穿孔，诱发安全事故或非正常停机事故，造成重大损失。而现有设备检维修技术，多为更换受损零部件，或堆焊零部件受损部位，或补焊钢板填补受损部位，或填补陶瓷片，这些机械的传统方式往往成本高，周期长，严重缩短设备寿命，而且难以填补复杂形状的缺陷，具有耐磨结构不稳定等无法避免的缺陷；也有使用高分子材料填补受损部位的，但其使用浇铸成型工艺，不仅增加了模具的成本，而且不适合于修复各种复杂形状的金属局部，同时高分子材料在金属表面的附着力较差，而且高分子材料本身的结构性强度不够，成型后耐磨层有脱落、破裂、鼓泡等缺陷，使用效果不稳定。

  

发明内容

本发明的目的在于提供一种方便灵活、高适应性、轻质、耐磨耐气蚀耐腐蚀性能并具有足够结构性强度的复合耐磨的涂层制备，以期显著改善上述现有技术的不足。

本发明的技术方案如下：

一种复合耐磨涂层的制备工艺，其包括以下步骤：

第一步，对待修复或处理的金属表面进行表面处理，所述表面处理包括对金属缺陷进行整形加工，也包括使用喷砂技术获得满意的金属表面粗糙度，以及使用清洗技术获得满意的金属表面清洁度；其中，根据ISO8501-1《钢材预处理－表面清洁度的目视评定》和GB8923-88《钢材表面锈蚀等级和除锈等级》，本发明的经喷砂处理后的金属表面粗糙度应在25微米～80微米内，检测表面粗糙度的方法主要是利用粗糙度标准盘目视测定及粗糙度测量仪测定；所述金属表面清洁度需达到Sa2.5标准，该标准具体描述为：钢材表面应无可见的氧化皮、锈、涂层和附着物，任何残留物的痕迹应仅是点状或条纹状的轻微色斑；

第二步，在处理好的金属表面刮涂或刮抹一复合材料底层，所述复合材料底层的厚度不超过0.1mm，并确保整个复合材料底层厚薄均匀、无流挂、无针孔、无漏涂缺陷；

第三步，进行完上述操作后，开始耐磨耐蚀功能层的刮抹，该耐磨耐蚀功能层的刮抹方式为：每2-3mm刮抹一层，当所述复合耐磨涂层的设计总厚度超过3mm时，需对该耐磨耐蚀功能层进行分层刮抹，在温度25°、湿度70%的标准环境下，每层固化3小时后刮抹第二层，如温度湿度不同，则根据实际情况对固化时间进行调整；此外，刮抹时确保整个功能层不能有气泡、流挂、针孔缺陷；所述耐磨耐蚀功能层刮抹完成后的表层形状保持与原来设备部件同一位置的形状一致；

第四步，上述耐磨耐蚀功能层成型固化后，再使用与上述耐磨耐蚀功能层同类型的高分子材料，刮、刷所述耐磨耐蚀功能层表面，以消除表面各类缺陷，形成平整光滑的表面涂层；其中，

所述复合材料底层的主要组分为环氧高分子；所述耐磨耐蚀功能层的主要组分包括环氧树脂和固化剂，通常为二酚异丙环氧树脂和双酚固化剂。

优选地，所述的复合耐磨涂层的制备工艺还包括：在所述耐磨耐蚀功能层内嵌设网架，所述网架为金属网架或非金属网架，所述网架固定设置在所述金属表面。

优选地，对于厚度超过6mm的所述复合耐磨涂层，在所述耐磨耐蚀功能层内部嵌入金属网架；而对于厚度不超过6mm的所述复合耐磨涂层，在所述耐磨耐蚀功能层内部嵌入非金属网架，或者不嵌入任何网架。

优选地，所述耐磨耐蚀功能层中均匀设置有陶瓷颗粒和金刚砂，所述陶瓷颗粒直径在1-2.5mm之间。

优选地，所述耐磨耐蚀功能层中，每1平方厘米植入设置有一根细短纤维。

优选地，所述表面涂层刮刷结束后，在温度25°、湿度70%的标准环境下固化6小时，即在金属表面得到耐磨涂层，如温度湿度不同，则根据实际情况对固化时间进行调整。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

第一，本发明采用涂层工艺，因而不受模具形状的限制，广泛适用于各种复杂型面的修复再造或表面耐磨处理，可灵活设计出针对不同工况的各种形状的复合耐磨涂层结构，而且总体成本低；本发明可用于受损部件维修，也可用于在新产品制造出厂时在金属制件的工作表面设置复合耐磨涂层结构；

第二，本发明可通过涂层设计，掌控涂层损耗进度，实现有计划的设备维修，大大减少非计划停机故障，增加设备运行安全性；

第三，本发明由化学涂层结构替代金属件来抵抗复杂工况，大大减少了设备部件更换频率，间接大大节省了对金属的消耗，所以本发明也是环保的创新。

  

附图说明

图1为现有技术一缺陷的示意图；

图2为现有技术另一缺陷的示意图；

图3为本发明实施例的复合耐磨涂层的示意图；

图4为本发明实施例的复合材料底层的设置示意图。

  

具体实施方式

在本文中，由「一数值至另一数值」表示的范围，是一种避免在说明书中一一列举该范围中的所有数值的概要性表示方式。因此，某一特定数值范围的记载，涵盖该数值范围内的任意数值以及由该数值范围内的任意数值界定出的较小数值范围，如同在说明书中明文写出该任意数值和该较小数值范围一样。

请参见图1，现有技术中采用高分子材料填补金属设备表面的方法通常为将高分子材料层直接附着在金属表面，这种方法容易造成两种缺陷：一种是高分子材料层容易从金属表面剥落，如图1所示；另一种是高分子材料层内部容易破裂，如图2所示。

为解决上述问题，本发明提供了一种用作修复再造所有因输送流体物料而造成相关金属部件局部缺陷的复合耐磨涂层的制备工艺，这种流体物料可以是用空气输送的粉料，也可以是以水输送的浆料，金属部件局部缺陷的形成，可以是单一的磨损或腐蚀或气蚀造成，但多数是由于三重不同程度因素复合导致的。本发明的复合耐磨涂层制备工艺以经过处理的金属表面为基础、优选以成型金属或非金属结构架为嵌件，经由现场涂抹一种高分子复合材料层（也可称之为耐磨涂层）而组成一体，所述高分子复合材料层又由三层各具性能的涂层组成，分别为复合材料底层、耐磨耐蚀功能层和平整光滑的表面涂层。本发明的复合耐磨涂层具有高耐磨性、高韧性、高附着力、质轻和工况下噪音低等特点，是各类流体输送机械中易损部件的先进的方便的再造产品；本发明的复合耐磨涂层制备工艺特别适合修复各类流体输送机械中的易损部件，恢复其原有工作性能并增强其耐磨耐气蚀耐腐蚀作用。同时，本发明的复合耐磨涂层制备工艺也适用于在新产品出厂前先在其工作表面设置耐磨涂层，以防止后续不可预测的磨损。

实现本发明的上述目的的技术方案详述如下：

第一步，为获得耐磨涂层与金属表面之间的更好的附着力，有效连接金属和高分子功能结构，本发明的技术方案包括两方面的改进：

第一. 对设备的缺陷金属表面或新产品的金属工作表面进行适当的表面处理，这种金属表面处理包括对金属缺陷进行整形加工，如扩孔、打磨掉无结构性强度的金属层等，也包括使用喷砂技术获得满意的金属表面粗糙度，进一步包括使用适当的清洗技术获得满意的金属表面清洁度；其中满意的金属表面粗糙度应在25微米～80微米内，所述金属表面清洁度需达到Sa2.5标准；

第二.在经上述方式处理好的金属表面薄薄的刮涂一层复合材料底层结构，这层复合材料底层的厚度不超过0.1mm，该厚度确保所述复合材料底层能有效遮盖金属表面的微小缺陷，形成平整表面，如图4所示，其中标号11的部件代表金属表面，标号12的部件代表复合材料底层；同时，确保整个复合材料底层厚薄均匀、无流挂、无针孔、无漏涂等缺陷；同时，复合材料底层选用与耐磨耐蚀功能层可发生反应的材料，优选，复合材料底层为环氧类高分子，与耐磨耐蚀功能层所含有的环氧树脂可以发生反应，使复合材料底层与耐磨耐蚀功能层的结合更加牢固。该复合材料底层具有极佳的金属附着强度，同时还能与耐磨耐蚀功能层发生反应，能有效连接金属和功能层。

第二步，进行完上述操作后，即开始耐磨耐蚀功能层的刮抹。该功能层的刮抹方式为：每2-3mm刮抹一层，当耐磨涂层结构总厚度超过3mm时，需对该功能层进行分层刮抹，标准环境下（温度25°、湿度70%）每层固化3小时后刮抹第二层，如温度湿度不同，可根据实际情况对固化时间进行微调整。此外，刮抹时确保整个功能层不能有气泡、流挂、针孔等缺陷。本步骤中对功能层分层刮抹的方法保证了每次刮抹的厚度不太厚，因而避免了过厚的涂层会在固化过程产生高热，从而导致整个涂层的固化时间变短，内部固化不完全，致使最终所得的耐磨涂层的强度不高或达不到要求。上述对每一层的固化时间的控制使每层的固化基本完全，但未完全完成，从而有利于各层之间的结合；如果固化时间控制过短，会导致内部固化不完全，影响最终耐磨涂层的强度，而固化时间控制过长，会导致每一层的表面也完全固化，这样不利于各层之间的连接和粘合，从而使组成功能层的各层出现物理分层，导致各层连接强度差，整个耐磨涂层强度不佳。本步骤中对功能层采取刮抹的方式进行设置，相比需要使用磨具的注塑等方式，不仅减去了模具的成本，而且不会受模具形状的限制，适用于对各种不同形状的零部件进行处理和修复。

上述的耐磨耐蚀功能层，是一种高分子材料，其主要组分为环氧树脂和固化剂，通常是二酚异丙环氧树脂和双酚固化剂，经混合成型后固化，起到主要的耐磨、耐气蚀和耐腐蚀功效。在温度25°、湿度70%标准环境下，其刮抹的操作时间约为30分钟，每层所需固化时间约为3小时。如温度上升、湿度下降将加快其固化，此时固化时间需进行调整。

在本发明中，优选对于厚度超过6mm的耐磨涂层结构，在其内部嵌入金属网架，以起到增加其结构性强度的目的。上述金属网架，可以是定向或不定向的钢丝网架，而所说的钢丝可以是长条钢丝，也可以是短切钢丝，金属网架可根据流体对于金属表面的着力状况而具体设定。而对于厚度不超过6mm的耐磨涂层结构，可以嵌入非金属网架，以起到增加其结构性强度目的，所述非金属网架，主要是指浸渍树脂的玻璃纤维布或其它类似功能的纤维布，其网格密度及纤维直径，可根据流体对于金属表面的着力状况而设定。此外，对于厚度不超过6mm的耐磨涂层结构，也可以不嵌入任何网架。上述的金属或非金属网架固定在金属表面并嵌入功能层中。在制备时，处理好金属表面后，即可以将网架固定设置好，然后再进行复合材料底层和耐磨耐蚀功能层的刮抹。网架固定可以用焊接或粘接，或其它任何合适的方式。

在本发明中优选，上述耐磨耐蚀功能层中的高分子材料中平均分布着陶瓷颗粒和/或金刚砂，主要起到耐磨耐气蚀作用。陶瓷颗粒直径在1-2.5mm之间，金刚砂约为10-20目。陶瓷颗粒和/或金刚砂可事先加入耐磨耐蚀功能层的原料中。

在本发明中优选，上述耐磨耐蚀功能层中每1平方厘米植入一根细短纤维，以增加耐磨涂层结构的整体性，使其不易产品碎块。细短纤维的植入可以在功能层的刮抹过程中进行。

上述添加的陶瓷颗粒的大小、粗细和/或金刚砂的粗细，以及是否加入细短纤维可根据具体工况确定，例如根据所需修补或处理的零部件对于耐磨或耐冲击的要求，或运输物料的粗细由本领域技术人员进行确定。

上述的耐磨耐蚀功能层具有极佳的耐磨、耐腐蚀和耐气蚀能力。

上述耐磨耐蚀功能层刮抹完成后的表层形状需保持与原来设备部件形状一致，必要时可以使用模具如靠模来检测其形状一致性，或者采用固化后进行机械加工等方式完成。

第三步，上述耐磨耐蚀功能层成型固化后，其表面可能还存在微孔及不够平整的缺陷，再使用与上述耐磨耐蚀功能层同类型的高分子材料，刮、刷以消除表面各类缺陷，形成平整光滑的表面涂层，以达到降低流体通过摩擦系数，消除表面紊流的目的，形成完美的耐磨涂层结构。该表面涂层极佳地填补功能层表面各种微观涂层缺陷，使得涂层表面平整光滑。

下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。以下实施例仅用于举例说明，而不用于限定本发明的保护范围。

实施例

本实施例将结合图3进行说明。

本实施例的复合耐磨涂层的制备工艺如下：

先处理设备的金属表面11，使得缺陷显露、稳定、表面粗糙度和清洁度达标，之后将金属网架21经电焊固定在金属表面11，然后刮涂复合材料底层12，固化约3小时后，按照每3mm一层逐层刮、抹高分子耐磨耐蚀功能层，并同时按需求植入短细纤维，最后一层高分子耐磨耐蚀功能层固化约3小时后，刮、抹高分子表面涂层，表面涂层刮抹结束后，在标准环境下（温度25°、湿度70%）固化约6小时，即形成复合耐磨涂层。

其中，图3为了说明的目的，耐磨涂层及其中设置的网架、短细纤维的绘制尺寸进行了放大，因此图3中所示的耐磨涂层仅为示意，其耐磨涂层的各层厚度、金属或非金属网架尺寸、短细纤维的形状、粗细、厚度及它们与金属基底的大小比例可以与实际产品不一致。此外，本发明的复合耐磨结构件的表面形状不限于仅为图3所示的形状，而是可以为各种形状，主要与需修复或表面处理的金属部件有关。

本发明广泛适用于各种复杂型面，可灵活设计出针对不同工况的耐磨涂层结构，总体成本低；还可通过涂层设计，掌控涂层损耗进度，实现有计划的设备维修，大大减少非计划停机故障，增加设备运行安全性。本发明由化学涂层结构替代金属件抵抗复杂工况，大大减少了设备部件更换的频率，间接大大节省了对金属的消耗，所以本发明也是环保的创新。

在本发明及上述实施例的教导下，本领域技术人员很容易预见到，本发明所列举或例举的各原料或其等同替换物、各加工方法或其等同替换物都能实现本发明，以及各原料和加工方法的参数上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

以上公开的仅为本发明优选实施例。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1. 一种复合耐磨涂层的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，对待修复或处理的金属表面进行表面处理，所述表面处理包括对金属缺陷进行整形加工，也包括使用喷砂技术获得满意的金属表面粗糙度，以及使用清洗技术获得满意的金属表面清洁度；其中，喷砂后所述金属表面粗糙度在25微米～80微米内，所述金属表面清洁度为Sa2.5；

第二步，在处理好的金属表面刮涂或刮抹一复合材料底层，所述复合材料底层的厚度不超过0.1mm，并确保整个复合材料底层厚薄均匀、无流挂、无针孔、无漏涂缺陷；

第三步，进行完上述操作后，开始耐磨耐蚀功能层的刮抹，该耐磨耐蚀功能层的刮抹方式为：每2-3mm刮抹一层，当所述复合耐磨涂层的设计总厚度超过3mm时，需对该耐磨耐蚀功能层进行分层刮抹，在温度25°、湿度70%的标准环境下，每层固化3小时后刮抹第二层，如温度湿度不同，则根据实际情况对固化时间进行调整；此外，刮抹时确保整个功能层不能有气泡、流挂、针孔缺陷；所述耐磨耐蚀功能层刮抹完成后的表层形状保持与原来设备部件同一位置的形状一致；

第四步，上述耐磨耐蚀功能层成型固化后，再使用与上述耐磨耐蚀功能层同类型的高分子材料，刮、刷所述耐磨耐蚀功能层表面，以消除表面各类缺陷，形成平整光滑的表面涂层；其中，

所述复合材料底层的主要成分为环氧高分子；所述耐磨耐蚀功能层的主要组分为环氧树脂和固化剂。

2. 根据权利要求1所述的复合耐磨涂层的制备工艺，其特征在于，还包括：在所述耐磨耐蚀功能层内嵌设网架，所述网架为金属网架或非金属网架，所述网架固定设置在所述金属表面。

3. 根据权利要求2所述的复合耐磨涂层的制备工艺，其特征在于，对于厚度超过6mm的所述复合耐磨涂层，在所述耐磨耐蚀功能层内部嵌入金属网架；而对于厚度不超过6mm的所述复合耐磨涂层，在所述耐磨耐蚀功能层内部嵌入非金属网架，或者不嵌入任何网架。

4. 根据权利要求1或2或3所述的复合耐磨涂层的制备工艺，其特征在于，所述耐磨耐蚀功能层中均匀设置有陶瓷颗粒和金刚砂，所述陶瓷颗粒直径在1-2.5mm之间。

5. 根据权利要求1或2或3所述的复合耐磨涂层的制备工艺，其特征在于，所述耐磨耐蚀功能层中，每1平方厘米植入设置有一根细短纤维。

6. 根据权利要求1所述的复合耐磨涂层的制备工艺，其特征在于，所述表面涂层刮刷结束后，在温度25°、湿度70%的标准环境下固化6小时，即在金属表面得到耐磨涂层，如温度湿度不同，则根据实际情况对固化时间进行调整。