CN106519904A - 一种水轮机叶片改性环氧树脂涂层防腐蚀防磨蚀方法 - Google Patents

一种水轮机叶片改性环氧树脂涂层防腐蚀防磨蚀方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水轮机叶片改性环氧树脂防腐蚀防磨蚀方法，其包括：(1)在叶片表面进行喷砂粗化；(2)用丙酮和乙醇清洗粗化叶片表面并干燥；(3)按照硬质TiN陶瓷颗粒占20‑45wt％、Si3N4纳米颗粒5‑15wt％、端羟基液体橡胶改性环氧树脂余量的配比，制成浆料并混合均匀；(4)将所述浆料均匀涂抹在叶片表面，90‑130℃下干燥，得到熔覆于叶片表面的TiN‑Si3N4掺杂的端羟基液体橡胶改性环氧树脂耐磨耐腐蚀涂层。经在泥沙河流中试用1个月，未发现明显的磨蚀和腐蚀痕迹。

Description

一种水轮机叶片改性环氧树脂涂层防腐蚀防磨蚀方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种水轮机叶片改性环氧树脂涂层防腐蚀防磨蚀方法。
背景技术
磨损磨蚀现象在水利、水电、机械、纺织和冶金等许多行业中都普遍存在，并且非常严重，由此造成的经济损失相当可现。我国在该方面的开支非常庞大，尤其是水利、水电部门更为突出。这是因为我国河流含沙量大，全过每年运输沙量超过1000万吨的河流达115条，据世界首位。2001年有关统计资料表明Ml，全国水电站总装机容量为80.05GW，总发电量为2184.5亿kW/h，其中1056亿kW h位于西北、西南和华北等河流含沙量大的地区，这些地区的水轮机部件不仅受到高速水流的冲刷、磨蚀及机械力的作用，而且还受到水流中夹杂的泥沙等介质的磨损、磨蚀破坏，故材料的耗损非常严重。另外，在中南、华东地区的水电站，虽然水轮机部件因河流含沙量少而受泥沙磨损损失小，但是水流的气蚀现象在深水处对水轮机叶轮材料的破坏则相当严重。据有关统计资料表明，一个大型电站每年用于更换、修补水利机械的费用达百万余元，因此，解决水力机械磨损、磨蚀问题，十分必要。
一种最经济、最有效的方法就是在水轮机的叶片及机轴上涂覆高耐磨高耐蚀涂层，而耐磨耐腐蚀金属涂层由于其涂覆工艺简单、经济且效果明显，已深受人们的青睐。
发明内容
本发明的目的在于提出一种水轮机叶片改性环氧树脂涂层防腐蚀防磨蚀方法，能够使水轮机叶片抗磨蚀并抗腐蚀。
传统的涂层材料，包括金属涂层材料，存在涂层硬度和韧性难以兼顾的矛盾，提高涂层的硬度往往以牺牲其韧性为代价，致使涂层与基体的配皮性和结合性下降。当受到大粒子冲击、磨损时，涂层易开裂、硬质相易脱落。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种水轮机叶片防腐蚀防磨蚀方法，其包括：
(1)在叶片表面进行喷砂粗化；
(2)用丙酮和乙醇清洗粗化叶片表面并干燥；
(3)按照硬质TiN陶瓷颗粒占20-45wt％、Si3N4纳米颗粒5-15wt％、端羟基液体橡胶改性环氧树脂余量的配比，制成浆料并混合均匀；
(4)将所述浆料均匀涂抹在叶片表面，90-130℃下干燥，得到熔覆于叶片表面的TiN-Si3N4掺杂的端羟基液体橡胶改性环氧树脂耐磨耐腐蚀涂层。
本发明采用含端基官能团的液体橡胶改性环氧树脂，提高了两者的相容性，并形成互穿网络结构或半互穿网络结构，由于端基官能团液体橡胶含有丁二烯长链，其本身具有较好的柔韧性，因此本发明采用的改性环氧树脂具有韧性，因此其制备得到的非金属涂层韧性好，硬度高，克服了传统涂层硬度与韧性不能兼顾的缺陷。
本发明所述的端羟基液体橡胶改性环氧树脂的制备方法是本领域的现有技术，本领域技术人员可以在现有技术范围内进行选择。典型但非限制性的实例如下：
先将端羟基聚丁二烯液体橡胶或端羟基聚丁二烯/丙烯腈液体橡胶与多异氰酸酯反应制取多异氰酸酯聚丁二烯液体橡胶预聚物或多异氰酸酯聚丁二烯/丙烯腈液体橡胶预聚物，然后将所述预聚物与环氧树脂反应，制备得到端羟基液体橡胶改性环氧树脂。
本发明采用的端羟基液体橡胶改性环氧树脂，其将端羟基聚丁二烯液体橡胶引入环氧树脂的交联网络中，起到增韧作用，由于端羟基液体橡胶与各种改性组分之间以化学键结合，不仅可以保留环氧树脂与金属之间的高粘结性能，而且又具有液体橡胶的高柔韧性，由此得到的端羟基液体橡胶改性环氧树脂具备柔韧性与硬度的统一。
优选的，本发明所述的环氧树脂，其结构式为：
式中，G为环氧基团，R为H或烷基，n为2-4的整数。
优选的，本发明所述的改性环氧树脂中，掺杂有固化剂等添加剂。
本发明采用TiN-Si3N4作为抗磨抗腐蚀金属离子掺混在所述改性环氧树脂中。氮化钛(TiN)具有典型的NaCl型结构，属面心立方点阵，晶格常数a＝0.4241nm，其中钛原子位于面心立方的角顶。TiN是非化学计量化合物，其稳定的组成范围为TiN0.37-TiN1.16，氮的含量可以在一定的范围内变化而不引起TiN结构的变化。TiN粉末一般呈黄褐色，超细TiN粉末呈黑色，而TiN晶体呈金黄色。TiN熔点为2950℃，密度为5.43-5.44g/cm3，莫氏硬度8-9，抗热冲击性好。TiN熔点比大多数过渡金属氮化物的熔点高，而密度却比大多数金属氮化物低，因此其是比较好的耐磨耐腐蚀且抗高温的无机粒子。
优选的，TiN陶瓷颗粒占30-40wt％，进一步优选35wt％。
本发明制备得到的耐磨涂层，其与基体结合紧密，结合强度大于800MPa，使用寿命相较于不含覆层的叶片延长6-7倍以上，抗气蚀能力提高10倍以上。
本发明制备得到的TiN-Si3N4掺杂的端羟基液体橡胶改性环氧树脂耐磨耐腐蚀涂层，其具备陶瓷涂层的优点，又具备有机物涂层柔韧性好的特点，不仅抗磨蚀，抗腐蚀，柔韧性还好。经在泥沙河流中试用1个月，未发现明显的磨蚀和腐蚀痕迹。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种水轮机叶片防腐蚀防磨蚀方法，其包括：
(1)在叶片表面进行喷砂粗化；
(2)用丙酮和乙醇清洗粗化叶片表面并干燥；
(3)按照硬质TiN陶瓷颗粒占20wt％、Si3N4纳米颗粒15wt％、端羟基液体橡胶改性环氧树脂余量的配比，制成浆料并混合均匀；
(4)将所述浆料均匀涂抹在叶片表面，90℃下干燥，得到熔覆于叶片表面的TiN-Si3N4掺杂的端羟基液体橡胶改性环氧树脂耐磨耐腐蚀涂层。
实施例2
一种水轮机叶片防腐蚀防磨蚀方法，其包括：
(1)在叶片表面进行喷砂粗化；
(2)用丙酮和乙醇清洗粗化叶片表面并干燥；
(3)按照硬质TiN陶瓷颗粒占45wt％、Si3N4纳米颗粒5-15wt％、端羟基液体橡胶改性环氧树脂余量的配比，制成浆料并混合均匀；
(4)将所述浆料均匀涂抹在叶片表面，130℃下干燥，得到熔覆于叶片表面的TiN-Si3N4掺杂的端羟基液体橡胶改性环氧树脂耐磨耐腐蚀涂层。
实施例3
一种水轮机叶片防腐蚀防磨蚀方法，其包括：
(1)在叶片表面进行喷砂粗化；
(2)用丙酮和乙醇清洗粗化叶片表面并干燥；
(3)按照硬质TiN陶瓷颗粒占35wt％、Si3N4纳米颗粒10wt％、端羟基液体橡胶改性环氧树脂余量的配比，制成浆料并混合均匀；
(4)将所述浆料均匀涂抹在叶片表面，100℃下干燥，得到熔覆于叶片表面的TiN-Si3N4掺杂的端羟基液体橡胶改性环氧树脂耐磨耐腐蚀涂层。
实施例1-3制备得到的水轮机叶片，经在泥沙河流中试用1个月，未发现明显的磨蚀和腐蚀痕迹。

Claims (3)

1.一种水轮机叶片改性环氧树脂涂层防腐蚀防磨蚀方法，其包括：
(1)在叶片表面进行喷砂粗化；
(2)用丙酮和乙醇清洗粗化叶片表面并干燥；
(3)按照硬质TiN陶瓷颗粒占20-45wt％、Si3N4纳米颗粒5-15wt％、端羟基液体橡胶改性环氧树脂余量的配比，制成浆料并混合均匀；
(4)将所述浆料均匀涂抹在叶片表面，90-130℃下干燥，得到熔覆于叶片表面的TiN-Si3N4掺杂的端羟基液体橡胶改性环氧树脂耐磨耐腐蚀涂层；
所述的环氧树脂，其结构式为：
式中，G为环氧基团，R为H或烷基，n为2-4的整数。
2.如权利要求1所述的水轮机叶片改性环氧树脂涂层防腐蚀防磨蚀方法，其特征在于，所述的端羟基液体橡胶改性环氧树脂的制备方法如下：
先将端羟基聚丁二烯液体橡胶或端羟基聚丁二烯/丙烯腈液体橡胶与多异氰酸酯反应制取多异氰酸酯聚丁二烯液体橡胶预聚物或多异氰酸酯聚丁二烯/丙烯腈液体橡胶预聚物，然后将所述预聚物与环氧树脂反应，制备得到端羟基液体橡胶改性环氧树脂。
3.如权利要求1或2所述的水轮机叶片改性环氧树脂涂层防腐蚀防磨蚀方法，其特征在于，TiN陶瓷颗粒占30-40wt％，进一步优选35wt％。
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