[发明专利]一种水泵叶轮抗汽蚀耐磨涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于涂料工业，具体地说，本发明涉及一种水泵叶轮抗汽蚀耐磨涂料。

背景技术

水泵作为一种常见的动力机械，广泛的应用于电力、水立等领域，其运行的稳定性和工作寿命很大程度上取决于其叶片是否可靠。叶轮长时间承受高速气流和液滴的冲击，在汽蚀和疲劳的共同作用下，到一定程度后整个叶轮报废，需及时进行更换。在水泵抗汽蚀磨损表面保护技术中主要有两种：采用金属表面保护和涂层保护。

金属表面保护层使用最多的是焊条堆焊和线材喷涂。利用不锈钢焊条的堆焊法可保证焊层与基体有很高的结合强度，但堆焊法冲淡率大，焊层厚而不匀且加工余量大，对工作基体材料的可焊性要求高。经堆焊法处理的水泵叶片表面，一般在堆焊处未发生汽蚀破坏前，在堆焊点周围又迅速发生新的汽蚀破坏，直至堆焊层底部。线材喷涂所形成的不锈钢雾状颗粒涂层以机械结合为主，不太适用于水泵冲击载荷和抗汽蚀的修复。对于一些大型的水泵工件，如大口径(直径3m以上)轴流泵叶轮室，可以在表面镶嵌一层不锈钢板来增加抗磨蚀能力。但这种方法需将工件送至大型水泵厂专门加工、车削、镶嵌、焊接，费用贵，周期长，非一般泵站所能实施。合金粉末喷涂是在线材喷涂基础上发展起来的。与堆焊法相比，成型美观平整，厚度易于控制，冲淡率小，方法简便，热源易得．加工不受气候、场地的限制。但由于喷涂层是由高速喷射到基体表面、半熔融状态的合金粉末微粒一层一层地有规则地叠加形成的，属于层状结构，其物理特性具有方向性；而且在喷涂过程中，由于每颗粉末微粒均出现凝结、收缩、变形等现象致使在涂层中产生一种内应力，因此，合金粉末喷涂一般只用于汽蚀和磨蚀不太严重的中小型水泵的表面保护。

我国非金属涂层的研究起始于20世纪60、70年代，那时就开始将环氧树脂及其复合物应用于水泵进行抗磨蚀保护。在20世纪80年代又相继开发了复合龙涂层、聚氨酯类涂层、仿陶瓷涂层以及橡胶涂层等非金属涂层。另外有一些用速钛胶、橡胶、搪瓷、陶瓷、玻璃等材料制成的非金属涂层，但由于其加工工艺复杂等原因这些涂层使用较少。20世纪90年代，在工业领域还引进了美国DEV—CON修复剂、ARC复合涂料、人造橡胶等高分子聚合物材料。这些非金属涂层材料在泵站恶劣的使用环境下，往往因涂层与金属基体结合能力差以及材料本身硬度不够，很难达到预期的抗汽蚀、磨蚀效果。目前应用最多的是环氧树脂耐磨材料。但未改性的环氧树脂由于交联密度大等原因，其同化物存在脆性大、内应力较大、易开裂、冲击强度低等不足，在一定程度上限制了环氧树脂在工程上的应用。

环氧树脂增韧的经典方法有：通过加入弹性体改性；用具有柔软分子结构的材料改性环氧树脂；合成环氧固化剂等，这些方法在提高环氧树脂韧性的同时．往往会降低固化物的机械模量和耐热性。近来被重点研究的环氧增韧改性技术包括：互穿网络(IPN)结构增韧技术、热敏液晶聚合物(TI，CP)结构增韧技术、无机纳米粒子或高分子弹性纳米粒子改性技术等。

由于无机纳米粒子改性的环氧树脂能有效地将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、加工性及介电性结合在一起，因此无机纳米粒子改性环氧树脂的研究日益成为众多研究者关注的焦点。无机纳米粒子增韧改性的环氧树脂技术将会在特种浸渍树脂、塑封树脂、灌封浇注树脂、云母纤维复合材料、电工塑料等绝缘材料产品的研究开发中得到积极的应用。无机纳米粒子增韧的一个关键问题是纳米粒子易团聚，影响其在环氧树脂中的均匀分散。因此，无机纳米粒子的表面改性也是环氧树脂增韧改性研究的重要内容之一。

无机纳米粒子对树脂的增强增韧作用可归结为3个方面：①无机纳米粒子在变形中产生应力集中，引发粒子周围的树脂基体屈服，从而吸收大量变形功，阻碍和钝化银纹在树脂中的扩展，起到防止破坏性开裂的作用；②刚性无机纳米粒子在拉应力作用下的仲长变形很小，导致基体和无机粒子的界面部分脱粘而产生空穴，进而使裂纹钝化，阻碍裂纹扩展成破坏性裂缝而产生增韧作用；③无机纳米粒子表面存在大量的不饱和残键及活性基团，表面活性高，能够与高分子链发生物理或化学交联，而且经有机改性的无机纳米粒子的化学交联作用更为显著，因此导致材料在冲击作用下产生更多微裂纹，吸收更多冲击能。