CN106835123B - 一种水能机叶片涂层以及水能机叶片 - Google Patents

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Abstract

一种水能机叶片涂层以及水能机叶片，以重量份计，该涂层主要由60‑90份碳化钨类金属陶瓷涂层粉末、10‑20份纳米级强化粉末、10‑20份抗结冰粉末以及20‑40份黏结剂制成。此涂层能够有效的防止水能机在使用过程中水中沙石对叶片的磨损以及水中微生物、金属离子等对叶片的腐蚀，并在温度较低的环境下，有效阻止叶片表面形成冰层，使得水能机能够在低温环境中正常使用。此外本发明还涉及一种喷涂有该涂层的水能机叶片，通过利用激光喷涂将所述涂层喷涂于水能机叶片表面。

Description

一种水能机叶片涂层以及水能机叶片
技术领域
本发明涉及涂料领域，且特别涉及一种水能机叶片涂层以及水能机叶片。
背景技术
水能机又称为水轮机，是利用水对水轮机叶片的冲击或水对水轮机的反作用使得水轮机叶片旋转，将水能转化为机械能的一种动力机械设备，而利用发电机可将这种机械能转化为电能，因此，水轮机广泛应用于发电服务。水轮机的叶片常年受到水的冲击、侵泡，使得叶片容易被水中的沙石等磨损并被水中的微生物或酸碱进行化学或生物氧化腐蚀叶片表面，使得叶片破损甚至不能正常使用降低能量转换的效率。因此，为了保护水轮机叶片、降低叶片的损耗速度、减少叶片检修的次数等，研究者对叶片表面进行保护处理即对叶片表面覆盖一层涂层，该涂层一般为金属陶瓷涂层，具有良好的耐磨和耐腐蚀性。
但是，由于冬季温度降低我国大部分地区均有降雪或降雨，此时，水流受到温度、季节、区域等影响会凝结成冰，影响水轮机的运转，且水轮机叶片表面由于有水的附着也容易形成冰层或冰晶，水轮机叶片不能正常旋转或不能承受水流冲击，影响水轮机的正常运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水能机叶片涂层，此涂层具有耐磨耐腐蚀抗结冰的效果。
本发明的另一目的在于提供一种水能机叶片，通过喷涂具有耐磨耐腐蚀抗结冰效果的涂层使得水能机叶片耐磨耐腐蚀抗结冰功能。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：
本发明提出一种水能机叶片涂层，重量份计，该涂层主要由60-90份碳化钨类金属陶瓷涂层粉末、10-20份纳米级强化粉末、10-20份抗结冰粉末以及20-40份黏结剂制成。其中，碳化钨类金属陶瓷涂层粉末选自WC-Co-Cr、WC-Ni-Cr、WC-Ti-Cr、WC-Fe-Cr、WC-Ni-Co、WC-Ti-Co、WC-Fe-Co中的任意一种或多种；纳米级强化粉末选自Al2O3、CeO2、TiO2中的一种；抗结冰粉末选自聚四氟乙烯、三氟氯乙烯-全氟烷基乙烯基醚树脂、二氧化硅-聚氨酯、聚二甲基硅氧烷中的一种；黏结剂选自聚丙烯酸酯、乙烯-醋酸乙烯聚合物、聚异腈酸酯中的一种。
本发明提出一种水能机叶片，水能机叶片表面喷涂有涂层。
本发明实施例的水能机叶片涂层以及水能机叶片的有益效果是：该水能机叶片涂层的减少水流的冲击对水能机叶片的损耗，其中碳化钨类金属陶瓷涂层粉末能够减少水流中沙砾、石块等在水能机叶片转动时二者发生的激烈碰撞对叶片造成的磨损，以及降低水中微生物、酸碱等对水能机叶片的腐蚀，延长水能机叶片的使用寿命，缩短检修次数，进而降低生产成本。同时，在温度较低的情况下，由于有抗结冰粉末的存在，水能机叶片表面不易结冰，水能机可正常使用，扩大的水能机的使用范围。纳米级强化粉末增强了碳化钨类金属陶瓷涂层粉末的耐磨、耐腐蚀的功效。黏结剂有机的将几种粉末结合，增强了他们各自的功效，同时增加了与基材之间的结合强度。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的水能机叶片涂层以及水能机叶片进行具体说明。
本发明实施例提供的一种水能机叶片涂层，对应发明内容的技术方案重量份计，该水能机叶片涂层主要由60-90份碳化钨类金属陶瓷涂层粉末、10-20份纳米级强化粉末、10-20份抗结冰粉末以及20-40份黏结剂制成。
碳化钨类金属陶瓷涂层粉末是一种结合了金属韧性和陶瓷的硬度的一种新型涂层粉末，将其喷涂于基材表面增加了基材表面的抗磨和抗腐蚀的能力，碳化钨类金属陶瓷涂层粉末主要是通过喷雾干燥-直接碳化法、化学沉淀法、真空还原碳化法、高能磨球法等制备。在本发明较佳实施例中，碳化钨类金属陶瓷涂层粉末选自WC-Co-Cr、WC-Ni-Cr、WC-Ti-Cr、WC-Fe-Cr、WC-Ni-Co、WC-Ti-Co、WC-Fe-Co中的任意一种或多种。
其中以重量份计，WC-Co-Cr由65-85份WC粉，15-30份Co粉，15-30份Cr3O2粉制成；WC-Ni-Cr由65-85份WC粉，15-30份Ni粉，15-30份Cr3O2粉制成；WC-Ti-Cr由65-85份WC粉，15-30份Ti粉，15-30份Cr3O2粉制成；WC-Fe-Cr由65-85份WC粉，15-30份Fe粉，15-30份Cr3O2粉制成；WC-Ni-Co由65-85份WC粉，15-30份Ni粉，15-30份Co粉制成；WC-Ti-Co由65-85份WC粉，15-30份Ti粉，15-30份Co粉制成；WC-Fe-Co由65-85份WC粉，15-30份Fe粉，15-30份Co粉制成。采用上述比例能够高效的制备所述的碳化钨类金属陶瓷涂层粉末。
纳米级强化粉末是指将粉末的粒径为纳米级别，在本发明中起到提升水能机叶片涂层的耐磨耐腐蚀的效果。在本发明较佳实施例中，纳米级强化粉末选自Al2O3、CeO2、TiO2中的一种。纳米级Al2O3粉末粒径小，表面原子比例高，具有独特的体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观轨道效应可降低摩擦磨损。纳米级CeO2粉末晶粒细化程度高能够明显的提升复合物抗氧化耐腐蚀的性能。纳米级TiO2粉末以其优良的性质如大的比表面积、稳定的理化特性、能够有效降低水中游离金属离子、微生物等，从而将具有TiO2粉末的水能机叶片涂层涂覆在水能机叶片的表面，进而使得降低水能机叶片金属的腐蚀以及增强叶片的耐磨损力。
抗结冰粉末能够有效的防止水能机叶片表面形成冰层，即使形成冰层也能有效降低冰层的覆盖面积以及厚度，使得水能机能够在低温环境下正常运行。抗结冰粉末主要分为牺牲性涂层和疏水性涂层，牺牲性涂层是通过在表面释放抗结冰剂或油脂类物质，降低冰的冻粘强度；疏水性涂层则是通过降低表面能从而降低冰在基材表面的附着力，从而减少覆冰量。在本发明较佳实施例中，抗结冰粉末选自聚四氟乙烯、三氟氯乙烯-全氟烷基乙烯基醚树脂、二氧化硅-聚氨酯、聚二甲基硅氧烷中的一种。
聚四氟乙烯，简写为PTFE，一般称作“不粘涂层”或“易清洁物料。这种材料具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂，具有耐化学腐蚀的特点，同时，具有不粘附的特性是固体材料中最小的表面张力，不粘附任何物质。
三氟氯乙烯-全氟烷基乙烯基醚树脂是一种含氟树脂，具有良好的耐腐蚀、耐化学性、斥水斥油性和低的摩擦系数，能够有效的防止冰层的覆盖。
二氧化硅-聚氨酯是对二氧化硅进行化学修饰合成得到含有双键的二氧化硅后与聚氨酯表面接枝，得到结构稳固表面粗糙，具有疏水性合成材料。
聚二甲基硅氧烷，也称为二甲基硅油，是一种疏水类的有机硅物料。聚二甲基硅氧烷的化学状态二甲基硅油，无色或浅黄色液体，无味，透明度高，具有耐热性、耐寒性、黏度随温度变化小、防水性、表面张力小。二甲基硅油无毒无味，具有生理惰性、良好的化学稳定性、疏水性好。
黏结剂能够高效的将抗结冰粉末、纳米级强化粉末以及碳化钨类金属陶瓷涂层粉末有效的黏结在一起，使得各组分能够共同发挥各自的作用并互补增强各组分的作用，同时增强了涂层于水能机叶片表面的结合能力。不添加黏结剂虽然各组分也能发挥各自功效，但涂层整体耐磨抗腐蚀坑结冰能力均会急剧降低，甚至丧失部分功效。黏结剂借助其的粘附性将两种分离的材料黏结在一起。在本发明较佳实施例中，黏结剂选自聚丙烯酸酯、乙烯-醋酸乙烯聚合物、聚异腈酸酯中的一种。
聚丙烯酸酯是以丙烯酸酯类为单体的均聚物或共聚物。其具有高强度、耐冲击、耐候性佳、可油面粘接、使用方便、抗冲击及剪切力强等优点。乙烯-醋酸乙烯聚合物具有良好的耐水性、不吸水、防潮、耐腐蚀性、耐海水、油脂、酸、碱等化学品腐蚀，易于进行热压、贴合等加工。聚异腈酸酯是由多异氰酸酯单体或其低分子衍生物组成，具有较高的反应活性，能与许多表面含有活泼氢原子的被粘材料，且固化后含氨基甲酸酯、脲键以及极性较强的键和基团，易和基材之间产生次价键，这些化学粘合力和物理粘合力共同作用的结果是使被粘基材之间产生较高的粘接强度。
本发明提供的水能机叶片涂层具有耐磨耐腐蚀抗结冰的功效。涂有该涂层的水能机叶片在使用过程中得到了涂层的保护，减少叶片在转动过程或冲击中于水中固体物质发生碰撞造成的叶片磨损，降低水中金属、微生物等对水能机叶片的腐蚀，延长水能机叶片的使用寿命，缩短检修次数。同时，在冬季温度较低的情况下，由于有抗结冰粉末的疏水性质，冰层不易形成或者覆盖于水能机叶片表面，水能机可正常使用。
本发明还提供了上述喷涂有涂层的水能机叶片，其中制备该水能机叶片包括以下步骤：激光喷涂方法是将碳化钨类金属陶瓷涂层粉末、纳米级强化粉末、抗结冰粉末与黏结剂混匀，得到混合原料；将混合原料均匀铺设与水能机叶片表面，使用激光对喷涂有涂层的水能机叶片表面进行扫射；或利用喷射设备将混合原料喷向水能机叶片，并同时进行激光扫射；待所述混合原料熔融且均匀分布于水能机叶片表面后，冷却至室温，形成水能机叶片涂层。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供的一种水能机叶片涂层，其主要由60mg碳化钨类金属陶瓷涂层粉末、10mg纳米级强化粉末、10mg抗结冰粉末以及20mg黏结剂制成。其中，碳化钨类金属陶瓷涂层粉末是WC-Co-Cr，纳米级强化粉末是：Al2O3，抗结冰粉末是聚四氟乙烯，黏结剂是聚丙烯酸酯。
其中，WC-Co-Cr是由65mgWC粉，15mgCo粉，15mgCr3O2粉制成。在氩气的保护状态下将65mgWC粉，15mgCo粉加入高能球磨机中进行球磨，在200r/min条件下球磨5小时后加入15mgCr3O2粉球磨12小时得到WC-Co-Cr粉末。
喷涂有该涂层的水能机叶片的制备方法如下：
将60mgWC-Co-Cr粉末、10mg纳米级Al2O3粉末、10mg聚四氟乙烯以及20mg聚丙烯酸酯均匀混合，得到第一混合原料；将第一混合原料分为3份，先将其中一份均匀涂抹与水能机叶片表面，而后用将水能机叶片放入装有激光扫射部件的真空恒温烘箱内，开启烘箱，抽取真空，使得烘箱内温度达到1000℃，开启激光扫射，对涂抹有第一混合原料的水能机叶片表面进行扫射，使得第一混合原料熔融，关闭激光扫射，烘箱内保持温度为1000℃，而后以15℃/min的速率缓慢降低烘箱内温度至室温，使得水能机叶片表面形成均匀的第一涂层。剩余二份第一混合原料分别重复形成第一涂层的步骤，使得水能机叶片表面形成第二涂层以及第三涂层。通过上述喷涂步骤制备得到表面喷涂有所述涂层的水能机叶片。
实施例2
本实施例与实施1的区别在于：本实施例提供的一种水能机叶片涂层，其主要由65mg碳化钨类金属陶瓷涂层粉末、15mg纳米级强化粉末、15mg抗结冰粉末以及25mg黏结剂制成。其中，碳化钨类金属陶瓷涂层粉末包括30mgWC-Ni-Cr、35mgWC-Ti-Cr，纳米级强化粉末是CeO2，抗结冰粉末是三氟氯乙烯-全氟烷基乙烯基醚树脂，黏结剂是乙烯-醋酸乙烯聚合物。
WC-Ni-Cr是由70mgWC粉，20mgNi粉，20mg Cr3O2粉制成。在氩气的保护状态下将70mgWC粉，20mgNi粉以及20mg Cr3O2粉加入高能球磨机中进行球磨，在200r/min条件下加入球磨12小时得到WC-Ni-Cr粉末。
WC-Ti-Cr是由65mgWC粉，20mgTi粉，20mg Cr3O2粉制成。在氩气的保护状态下将65mgWC粉，20mgTi粉和20mg Cr3O2粉加入高能球磨机中进行球磨，在200r/min条件下球磨12小时得到WC-Ni-Cr粉末。
水能机叶片涂层通过激光喷涂于水能机叶片表面的制备步骤与实施1一致。
实施例3
本实施例与实施例1中的主要区别在于：本实施例提供的一种水能机叶片涂层，其主要由75mg碳化钨类金属陶瓷涂层粉末、18mg纳米级强化粉末、20mg抗结冰粉末以及30mg黏结剂制成。其中，碳化钨类金属陶瓷涂层粉末包括30mgWC-Co-Cr、30mgWC-Ni-Cr以及15mgWC-Fe-Cr,纳米级强化粉末是TiO2，抗结冰粉末是二氧化硅-聚氨酯，黏结剂是聚异腈酸酯。
WC-Co-Cr是由75mgWC粉，30mgCo粉，25mgCr3O2粉制成。WC-Ni-Cr是由80mgWC粉，25mgNi粉，30mgCr3O2粉制成。WC-Fe-Cr是由65mgWC粉，15mgFe粉，20mgCr3O2粉制成。WC-Co-Cr、WC-Ni-Cr以及WC-Fe-Cr的制备方法与实施1一致。
喷涂有该涂层的水能机叶片的制备方法如下：
30mgWC-Co-Cr、30mgWC-Ni-Cr、15mg WC-Fe-Cr、18mg TiO2、20mg二氧化硅-聚氨酯以及30mg聚异腈酸酯均匀混合，得到第二混合原料；将第二混合原料分为3份，用将水能机叶片放入侧壁装有激光扫射部件以及与激光扫射部件相对的喷射部件的真空恒温烘箱内，开启烘箱，抽取真空，使得烘箱内温度达到1000℃，同时开启激光扫射以及喷射部件，使得喷射部件喷射出来的第二混合原料恰好落入激光扫射的范围，并使得第二混合原料熔融并均匀覆盖在水能机叶片表面，关闭激光扫射及喷射部件，烘箱内保持温度为1000℃，而后以15℃/min的速率缓慢降低烘箱内温度至室温，使得水能机叶片表面形成均匀的第一涂层。剩余二份第二混合原料分别重复形成第一涂层的步骤，使得水能机叶片表面形成第二涂层以及第三涂层。通过上述喷涂步骤制备得到表面喷涂有所述涂层的水能机叶片。
实施例4
本实施例与实施例2中的主要区别在于：本实施例提供的一种水能机叶片涂层，其85mg碳化钨类金属陶瓷涂层粉末、20mg纳米级强化粉末、10mg抗结冰粉末以及35mg黏结剂制成。其中，碳化钨类金属陶瓷涂层粉末包括15mgWC-Ni-Co、20mgWC-Ti-Cr、20mgWC-Fe-Cr以及30mgWC-Ti-Co,纳米级强化粉末是Al2O3，抗结冰粉末是二氧化硅-聚氨酯，黏结剂是乙烯-醋酸乙烯聚合物。
WC-Ti-Cr是由70mgWC粉，15mgTi粉，25mgCr3O2粉制成。WC-Fe-Cr是由85mgWC粉，20mgFe粉，30mgCr3O2粉制成。WC-Ni-Co是由75mgWC粉，25mgNi粉，15mgCo粉制成。WC-Ti-Co是由65mgWC粉，30mgTi粉，15mgCo粉制成。WC-Ni-Co、WC-Ti-Cr、WC-Fe-Cr以及WC-Ti-Co的制备方法与实施例2的制备方法一致。水能机叶片涂层通过激光喷涂于水能机叶片表面的制备步骤与实施2一致。
实施例5
本实施例与实施例3中的主要区别在于：本实施例提供的一种水能机叶片涂层，其90mg碳化钨类金属陶瓷涂层粉末、18mg纳米级强化粉末、18mg抗结冰粉末以及40mg黏结剂制成。其中，碳化钨类金属陶瓷涂层粉末包括15mgWC-Co-Cr、20mgWC-Ni-Cr、20mgWC-Ni-Co、20mgWC-Ti-Co以及15mgWC-Fe-Co,纳米级强化粉末是CeO2，抗结冰粉末是聚二甲基硅氧烷，黏结剂是聚异腈酸酯。
WC-Co-Cr是由70mgWC粉，20mgCo粉，20mgCr3O2粉制成。WC-Ni-Cr是由67mgWC粉，18mgNi粉，22mgCr3O2粉制成。WC-Ni-Co是由63mgWC粉，19mgNi粉，27mgCo粉制成。WC-Ti-Co是由84mgWC粉，16mgTi粉，29mgCo粉制成。WC-Fe-Co是由67mgWC粉，19mgFe粉，25mgCo粉制成。WC-Co-Cr、WC-Ni-Cr、WC-Ni-Co、WC-Ti-Co以及WC-Fe-Co的制备方法与实施例2的制备方法一致。水能机叶片涂层通过激光喷涂于水能机叶片表面的制备步骤与实施2一致。
实施例6
本实施例与实施例3中的主要区别在于：本实施例提供的一种水能机叶片涂层，其90mg碳化钨类金属陶瓷涂层粉末、14mg纳米级强化粉末、15mg抗结冰粉末以及27mg黏结剂制成。其中，碳化钨类金属陶瓷涂层粉末包括15mgWC-Ni-Cr、20mg WC-Ti-Cr、10mgWC-Fe-Cr、15mgWC-Ni-Co、20mgWC-Ti-Co以及10mgWC-Fe-Co,纳米级强化粉末是CeO2，抗结冰粉末是聚四氟乙烯，黏结剂是乙烯-醋酸乙烯聚合物。
WC-Ni-Cr是由75mgWC粉，15mgNi粉，25mgCr3O2粉制成。WC-Ti-Cr是由83mgWC粉，28mgTi粉，17mgCr3O2粉制成。WC-Fe-Cr是由77mgWC粉，28mgFe粉，29mgCr3O2粉制成。WC-Ni-Co是由84mgWC粉，15mgNi粉，24mgCo粉制成。WC-Ti-Co是由70mgWC粉，25mgTi粉，25mgCo粉制成。WC-Fe-Co是由85mgWC粉，15mgFe粉，30mgCo粉制成。WC-Ni-Cr、WC-Ti-Cr、WC-Fe-Cr、WC-Ni-Co、WC-Ti-Co以及WC-Fe-Co的制备方法与实施例2的制备方法一致。水能机叶片涂层通过激光喷涂于水能机叶片表面的制备步骤与实施2一致。
实施例7
本实施例与实施例3中的主要区别在于：本实施例提供的一种水能机叶片涂层，其90mg碳化钨类金属陶瓷涂层粉末、12mg纳米级强化粉末、17mg抗结冰粉末以及33mg黏结剂制成。其中，碳化钨类金属陶瓷涂层粉末包括16mgWC-Co-Cr、13mgWC-Ni-Cr、14mg WC-Ti-Cr、7mgWC-Fe-Cr、14mgWC-Ni-Co、18mgWC-Ti-Co以及8mgWC-Fe-Co,纳米级强化粉末是TiO2，抗结冰粉末是聚二甲基硅氧烷，黏结剂是乙烯-醋酸乙烯聚合物。
WC-Co-Cr是由85mgWC粉，17mgCo粉，28mgCr3O2粉制成。WC-Ni-Cr是由77mgWC粉，28mgNi粉，17mgCr3O2粉制成。WC-Ti-Cr是由74mgWC粉，25mgTi粉，27mgCr3O2粉制成。WC-Fe-Cr是由83mgWC粉，17mgFe粉，15mgCr3O2粉制成。WC-Ni-Co是由80mgWC粉，30mgNi粉，20mgCo粉制成。WC-Ti-Co是由75mgWC粉，20mgTi粉，20mgCo粉制成。WC-Fe-Co是由70mgWC粉，25mgFe粉，15mgCo粉制成。WC-Co-Cr、WC-Ni-Cr、WC-Ti-Cr、WC-Fe-Cr、WC-Ni-Co、WC-Ti-Co以及WC-Fe-Co的制备方法与实施例1的制备方法一致。水能机叶片涂层通过激光喷涂于水能机叶片表面的制备步骤与实施1一致。
实施例8
本实施例与实施例7中的主要区别在于：本实施例提供的一种水能机叶片涂层，其70mg碳化钨类金属陶瓷涂层粉末、15mg纳米级强化粉末、20mg抗结冰粉末以及30mg黏结剂制成。其中，碳化钨类金属陶瓷涂层粉末包括20mgWC-Co-Cr、25mgWC-Ni-Co以及25mgWC-Fe-Co,纳米级强化粉末是Al2O3，抗结冰粉末是二氧化硅-聚氨酯，黏结剂是聚丙烯酸酯。
WC-Co-Cr是由85mgWC粉，25mgCo粉，30mgCr3O2粉制成。WC-Ni-Co是由70mgWC粉，20mgNi粉，20mgCo粉制成。WC-Fe-Co是由85mgWC粉，28mgFe粉，20mgCo粉制成。WC-Co-Cr、WC-Ni-Co以及WC-Fe-Co的制备方法与实施例1的制备方法一致。水能机叶片涂层通过激光喷涂于水能机叶片表面的制备步骤与实施1一致。
实施例9
本实施例碳化钨类金属陶瓷涂层粉末的制备以及其各组分的制备与实施例8一致且将涂层喷涂于水能机叶片的方法也与实施例8一致，其与实施例8中的主要区别在于使用的碳化钨类金属陶瓷涂层粉末成分不同：碳化钨类金属陶瓷涂层粉末为85mg,其包括25mgWC-Co-Cr、20mgWC-Ni-Co以及35mgWC-Fe-Co。
实施例10
本实施例碳化钨类金属陶瓷涂层粉末的制备以及其各组分的制备与实施例8一致且将涂层喷涂于水能机叶片的方法也与实施例8一致，其与实施例8中的主要区别在于使用的碳化钨类金属陶瓷涂层粉末成分不同：碳化钨类金属陶瓷涂层粉末为75mg,其包括25mgWC-Co-Cr、15mgWC-Ti-Cr以及30mgWC-Ni-Co。
对比例1
WC金属陶瓷涂层
对比例2
制备实施例6中未添加黏结剂的水能机叶片涂层
对比例3
制备实施例6中未添加抗结冰剂的水能机叶片涂层
试验例1
实施例1～10中所述水能机叶片涂层与对比例1～3涂层粉末进行涂层结合强度、涂层孔隙率、耐磨、耐腐蚀、抗结冰等的对比试验。
涂层结合强度采用GB/T8642-2002进行测试。
孔隙率通过排水法进行测试，排水法是利用阿基米德原理来测定涂层的密度。首先，将实施例1-10的涂层以及对比例1-3的涂层分别从基体上剥离下来，分别称取相同质量的所述涂层，将所述13个涂层分别清洗并烘干并在天平上称量，分别称取干重为20mg(W1)上述13个涂层，然后用细金属丝悬吊于水中，获得分别13个湿重(W2)，通过以下公式计算涂层的孔隙率。
P＝[1-(ρwW1)/ρC(W1-W2)]x100％，其中ρw表示室温下水的密度，W1为干重，W2为湿重，ρC为WC涂层的理论密度。
耐磨性能通过磨料磨损试验进行测试，称取15mg实施例1-10以及对比例1-3所述的涂层，上述涂层分别通过磨料磨损机，分别测定通过磨损机后涂层的质量，涂层质量减少越少耐磨能力越强。涂层结合强度、孔隙率以及耐磨能力测试结果见表1。
表1.涂层结合强度、孔隙率以及耐磨能力测试测试结果
由表1知，根据实施例1-10的方法得到的涂层与对比例1对比发现，新涂层的结合能力明显增加，孔隙率明显降低，耐磨力也显著提升。实施例1-10与对比例2的实验结果对比发现，黏结剂对于增强结合能力、耐磨力、减少孔隙率有明显作用，添加黏结剂有助于各组分的粘结，从而提升涂层的整体性能。实施例1-10与对比例3的实验结果对比发现，未添加抗结冰剂对结合能力、孔隙率、耐磨力均少许的降低，但相对单纯的WC金属陶瓷材料，其结合能力、孔隙率、耐磨力也有较大程度的提升。
试验例2
耐腐蚀性能通过盐雾试验进行测试，采用pH为7左右的氯化钠(5％)水溶液，在相同实验条件下，喷涂于厚度相同，面积相同的实施例1-10以及对比例1-3所述的涂层上，通过比较上述13个涂层出现涂层外观变化、开始腐蚀的时间以及腐蚀面积，评价耐腐蚀力。涂层表面变化越多，开始腐蚀时间越早，腐蚀面积越大耐腐蚀能力越差。
抗结冰能力通过将喷涂有实施例1-10以及对比例1-3的相同面积基材放置于湿度相同、温度为-5℃的环境内，通过比较上述13个涂层表面开始结冰的时间，涂层表面覆冰面积、厚度进行对比，开始结冰时间越早，涂层表面覆冰面积越多、厚度越厚抗结冰能力越差。涂层耐腐蚀能力以及抗结冰性能测试结果见表2。
表2涂层耐腐蚀能力以及抗结冰性能测试结果
由表2可知，对比实施例1-10与对比例1-2的耐腐蚀测试结果发现，新涂层的抗腐蚀能力明显强于一般的WC涂层，不添加黏结剂和抗结冰剂对耐腐蚀性均有一定程度的影响。对比实施例1-10与对比例1-3的抗结冰测试结果可知，新涂层的抗结冰能力显著提升，开始结冰的时间明显延长，覆冰面积及覆冰厚度明显降低。未黏结剂时，各组分之间黏结程度不足，造成抗结冰能力降低。
综上所述，本发明实施例1-10的水能机叶片涂层与水能机叶片有极强结合力，低孔隙率，并且在使用过程中水能机叶片涂层能够对谁能及叶片起到良好的保护作用，能够有效的降低水中沙石对水能机叶片表面的磨损以及水中各种物质对水能机叶片的腐蚀。在低温环境下使用时，能够有效阻止冰层的形成，减少覆冰面积以及覆冰厚度。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种水能机叶片涂层，其特征在于，以重量份计，所述涂层主要由60-90份碳化钨类金属陶瓷涂层粉末、10-20份纳米级强化粉末、10-20份抗结冰粉末以及20-40份黏结剂制成；所述碳化钨类金属陶瓷涂层粉末选自WC-Co-Cr、WC-Ni-Cr、WC-Ti-Cr、WC-Fe-Cr、WC-Ni-Co、WC-Ti-Co、WC-Fe-Co中的任意一种或多种；
所述纳米级强化粉末选自Al2O3、TiO2中的一种；
所述抗结冰粉末选自聚四氟乙烯、三氟氯乙烯-全氟烷基乙烯基醚树脂、二氧化硅-聚氨酯、聚二甲基硅氧烷中的一种；
所述黏结剂选自聚丙烯酸酯、乙烯-醋酸乙烯聚合物、聚异腈酸酯中的一种；
所述水能机叶片涂层通过激光喷涂于所述水能机叶片表面，所述激光喷涂是将所述碳化钨类金属陶瓷涂层粉末、所述纳米级强化粉末、所述抗结冰粉末与所述黏结剂混匀，得到混合原料；将所述混合原料均匀铺设与所述水能机叶片表面，使用激光对喷涂有所述涂层的所述水能机叶片表面进行扫射；或利用喷射部件喷射所述混合原料于所述水能机叶片，并同时进行激光扫射；待所述混合原料熔融且均匀分布于所述水能机叶片表面后，冷却至室温，形成所述水能机叶片涂层。
2.根据权利要求1所述的水能机叶片涂层，其特征在于，以重量份计，所述涂层主要由65-80份所述碳化钨类金属陶瓷涂层粉末、14-18份所述纳米级强化粉末、15-20份所述抗结冰粉末、20-40份所述黏结剂制成。
3.根据权利要求1所述的水能机叶片涂层，其特征在于，以重量份计，所述WC-Co-Cr由65-85份WC粉，15-30份Co粉，15-30份Cr3O2粉制成；所述WC-Ni-Cr由65-85份WC粉，15-30份Ni粉，15-30份Cr3O2粉制成；所述WC-Ti-Cr由65-85份WC粉，15-30份Ti粉，15-30份Cr3O2粉制成；所述WC-Fe-Cr由65-85份WC粉，15-30份Fe粉，15-30份Cr3O2粉制成；所述WC-Ni-Co由65-85份WC粉，15-30份Ni粉，15-30份Co粉制成；所述WC-Ti-Co由65-85份WC粉，15-30份Ti粉，15-30份Co粉制成；所述WC-Fe-Co由65-85份WC粉，15-30份Fe粉，15-30份Co粉制成。
4.根据权利要求1所述的水能机叶片涂层，其特征在于，以重量份计，所述碳化钨类金属陶瓷涂层粉末包括20-30份所述WC-Co-Cr，15-25份所述WC-Ni-Co，25-35份所述WC-Fe-Co。
5.一种水能机叶片，其特征在于，所述水能机叶片表面喷涂有如权利要求1-4任意一项所述的涂层。
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