本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種水輪機(jī)葉片改性環(huán)氧樹脂多涂層防腐蝕防磨蝕方法。
背景技術(shù)：
磨損磨蝕現(xiàn)象在水利、水電、機(jī)械、紡織和冶金等許多行業(yè)中都普遍存在，并且非常嚴(yán)重，由此造成的經(jīng)濟(jì)損失相當(dāng)可現(xiàn)。我國(guó)在該方面的開支非常龐大，尤其是水利、水電部門更為突出。這是因?yàn)槲覈?guó)河流含沙量大，全過每年運(yùn)輸沙量超過1000萬(wàn)噸的河流達(dá)115條，據(jù)世界首位。2001年有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明Ml，全國(guó)水電站總裝機(jī)容量為80.05GW，總發(fā)電量為2184.5億kW/h，其中1056億kW h位于西北、西南和華北等河流含沙量大的地區(qū)，這些地區(qū)的水輪機(jī)部件不僅受到高速水流的沖刷、磨蝕及機(jī)械力的作用，而且還受到水流中夾雜的泥沙等介質(zhì)的磨損、磨蝕破壞，故材料的耗損非常嚴(yán)重。另外，在中南、華東地區(qū)的水電站，雖然水輪機(jī)部件因河流含沙量少而受泥沙磨損損失小，但是水流的氣蝕現(xiàn)象在深水處對(duì)水輪機(jī)葉輪材料的破壞則相當(dāng)嚴(yán)重。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明，一個(gè)大型電站每年用于更換、修補(bǔ)水利機(jī)械的費(fèi)用達(dá)百萬(wàn)余元，因此，解決水力機(jī)械磨損、磨蝕問題，十分必要。
一種最經(jīng)濟(jì)、最有效的方法就是在水輪機(jī)的葉片及機(jī)軸上涂覆高耐磨高耐蝕涂層，而耐磨耐腐蝕金屬涂層由于其涂覆工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)且效果明顯，已深受人們的青睞。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提出一種水輪機(jī)葉片改性環(huán)氧樹脂涂層防腐蝕防磨蝕方法，能夠使水輪機(jī)葉片抗磨蝕并抗腐蝕。
傳統(tǒng)的涂層材料，包括金屬涂層材料，存在涂層硬度和韌性難以兼顧的矛盾，提高涂層的硬度往往以犧牲其韌性為代價(jià)，致使涂層與基體的配皮性和結(jié)合性下降。當(dāng)受到大粒子沖擊、磨損時(shí)，涂層易開裂、硬質(zhì)相易脫落。
為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種水輪機(jī)葉片改性環(huán)氧樹脂多涂層防腐蝕防磨蝕方法，其包括：
(1)在葉片表面進(jìn)行噴砂粗化；
(2)用丙酮和乙醇清洗粗化葉片表面并干燥；
(3)按照硬質(zhì)石墨烯纖維2-10wt％和端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂余量的配比，制成漿料并混合均勻；
(4)將所述漿料均勻涂抹在葉片表面，90-130℃下干燥，得到熔覆于葉片表面的石墨烯纖維摻雜的端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂耐磨耐腐蝕涂層；
(5)按照硬質(zhì)WC陶瓷顆粒占20-65wt％、Si3N4納米顆粒5-15wt％、高密度聚乙烯纖維2-10wt％和端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂余量的配比，制成漿料并混合均勻；
(6)將所述漿料均勻涂抹在石墨烯纖維摻雜的端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂耐磨耐腐蝕涂層表面，90-130℃下干燥，得到熔覆于葉片表面的石墨烯纖維摻雜的端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂耐磨耐腐蝕涂層/WC-Si3N4-高密度聚乙烯纖維摻雜的端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂耐磨耐腐蝕涂層的多涂層防腐蝕層。
本發(fā)明采用改性環(huán)氧樹脂形成成分不同的多層結(jié)構(gòu)，其外層含有耐磨硬度高的WC陶瓷顆粒、Si3N4納米顆粒和高密度聚乙烯纖維，起到耐磨耐腐蝕效果，內(nèi)層采用摻雜石墨烯纖維的改性環(huán)氧樹脂層，提高與基體的粘結(jié)強(qiáng)度，不易脫落且耐腐蝕性能好，從而實(shí)現(xiàn)了耐腐蝕耐磨的平衡。
同時(shí)，本發(fā)明采用的多涂層防腐蝕抗磨涂層，采用的WC-Si3N4位于涂層的最外表面，相較于共混結(jié)構(gòu)，其能節(jié)省成本。
優(yōu)選的，本發(fā)明的各個(gè)涂層厚度在0.2-2mm之間。
本發(fā)明采用含端基官能團(tuán)的液體橡膠改性環(huán)氧樹脂，提高了兩者的相容性，并形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由于端基官能團(tuán)液體橡膠含有丁二烯長(zhǎng)鏈，其本身具有較好的柔韌性，因此本發(fā)明采用的改性環(huán)氧樹脂具有韌性，因此其制備得到的非金屬涂層韌性好，硬度高，克服了傳統(tǒng)涂層硬度與韌性不能兼顧的缺陷。
本發(fā)明所述的端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂的制備方法是本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在現(xiàn)有技術(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。典型但非限制性的實(shí)例如下：
先將端羥基聚丁二烯液體橡膠或端羥基聚丁二烯/丙烯腈液體橡膠與多異氰酸酯反應(yīng)制取多異氰酸酯聚丁二烯液體橡膠預(yù)聚物或多異氰酸酯聚丁二烯/丙烯腈液體橡膠預(yù)聚物，然后將所述預(yù)聚物與環(huán)氧樹脂反應(yīng)，制備得到端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂。
本發(fā)明采用的端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂，其將端羥基聚丁二烯液體橡膠引入環(huán)氧樹脂的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，起到增韌作用，由于端羥基液體橡膠與各種改性組分之間以化學(xué)鍵結(jié)合，不僅可以保留環(huán)氧樹脂與金屬之間的高粘結(jié)性能，而且又具有液體橡膠的高柔韌性，由此得到的端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂具備柔韌性與硬度的統(tǒng)一。
優(yōu)選的，本發(fā)明所述的改性環(huán)氧樹脂中，摻雜有固化劑等添加劑。
優(yōu)選的，本發(fā)明所述的環(huán)氧樹脂，其結(jié)構(gòu)式為：
式中，G為環(huán)氧基團(tuán)，R為H或烷基，n為2-4的整數(shù)。
本發(fā)明采用WC作為抗磨抗腐蝕金屬離子摻混在所述改性環(huán)氧樹脂中。碳化鎢是一種由鎢和碳組成的化合物。為黑色六方晶體，有金屬光澤，硬度與金剛石相近，為電、熱的良好導(dǎo)體。
優(yōu)選的，WC陶瓷顆粒占30-40wt％，進(jìn)一步優(yōu)選35wt％。
本發(fā)明制備得到的多涂層耐磨涂層，其與基體結(jié)合緊密，結(jié)合強(qiáng)度大于800MPa，使用壽命相較于不含覆層的葉片延長(zhǎng)6-7倍以上，抗氣蝕能力提高10倍以上。
本發(fā)明制備得到的WC-Si3N4-高密度聚乙烯纖維摻雜的端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂耐磨耐腐蝕涂層，其具備陶瓷涂層的優(yōu)點(diǎn)，又具備有機(jī)物涂層柔韌性好的特點(diǎn)，不僅抗磨蝕，抗腐蝕，柔韌性還好。經(jīng)在泥沙河流中試用1個(gè)月，未發(fā)現(xiàn)明顯的磨蝕和腐蝕痕跡。
具體實(shí)施方式
下面通過具體實(shí)施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
實(shí)施例1
一種水輪機(jī)葉片防腐蝕防磨蝕方法，其包括：
(1)在葉片表面進(jìn)行噴砂粗化；
(2)用丙酮和乙醇清洗粗化葉片表面并干燥；
(3)按照硬質(zhì)石墨烯纖維2wt％和端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂余量的配比，制成漿料并混合均勻；
(4)將所述漿料均勻涂抹在葉片表面，90℃下干燥，得到熔覆于葉片表面的石墨烯纖維摻雜的端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂耐磨耐腐蝕涂層；
(5)按照硬質(zhì)WC陶瓷顆粒占20wt％、Si3N4納米顆粒15wt％、高密度聚乙烯纖維2wt％和端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂余量的配比，制成漿料并混合均勻；
(6)將所述漿料均勻涂抹在石墨烯纖維摻雜的端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂耐磨耐腐蝕涂層表面，90℃下干燥，得到熔覆于葉片表面的高密度聚乙烯纖維摻雜的端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂耐磨耐腐蝕涂層/WC-Si3N4-高密度聚乙烯纖維摻雜的端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂耐磨耐腐蝕涂層的多涂層防腐蝕層。
實(shí)施例2
一種水輪機(jī)葉片防腐蝕防磨蝕方法，其包括：
(1)在葉片表面進(jìn)行噴砂粗化；
(2)用丙酮和乙醇清洗粗化葉片表面并干燥；
(3)按照硬質(zhì)石墨烯纖維10wt％和端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂余量的配比，制成漿料并混合均勻；
(4)將所述漿料均勻涂抹在葉片表面，130℃下干燥，得到熔覆于葉片表面的石墨烯纖維摻雜的端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂耐磨耐腐蝕涂層；
(5)按照硬質(zhì)WC陶瓷顆粒占65wt％、Si3N4納米顆粒5wt％、高密度聚乙烯纖維10wt％和端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂余量的配比，制成漿料并混合均勻；
(6)將所述漿料均勻涂抹在石墨烯纖維摻雜的端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂耐磨耐腐蝕涂層表面，130℃下干燥，得到熔覆于葉片表面的石墨烯纖維摻雜的端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂耐磨耐腐蝕涂層/WC-Si3N4-高密度聚乙烯纖維摻雜的端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂耐磨耐腐蝕涂層的多涂層防腐蝕層。
實(shí)施例3
一種水輪機(jī)葉片防腐蝕防磨蝕方法，其包括：
(1)在葉片表面進(jìn)行噴砂粗化；
(2)用丙酮和乙醇清洗粗化葉片表面并干燥；
(3)按照硬質(zhì)石墨烯纖維5wt％和端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂余量的配比，制成漿料并混合均勻；
(4)將所述漿料均勻涂抹在葉片表面，100℃下干燥，得到熔覆于葉片表面的石墨烯纖維摻雜的端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂耐磨耐腐蝕涂層；
(5)按照硬質(zhì)WC陶瓷顆粒占50wt％、Si3N4納米顆粒10wt％、高密度聚乙烯纖維5wt％和端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂余量的配比，制成漿料并混合均勻；
(6)將所述漿料均勻涂抹在石墨烯纖維摻雜的端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂耐磨耐腐蝕涂層表面，100℃下干燥，得到熔覆于葉片表面的石墨烯纖維摻雜的端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂耐磨耐腐蝕涂層/WC-Si3N4-高密度聚乙烯纖維摻雜的端羥基液體橡膠改性環(huán)氧樹脂耐磨耐腐蝕涂層的多涂層防腐蝕層。
實(shí)施例1-3制備得到的水輪機(jī)葉片，經(jīng)在泥沙河流中試用1個(gè)月，未發(fā)現(xiàn)明顯的磨蝕和腐蝕痕跡。