氣蝕、沖蝕耐磨涂層的制備及應(yīng)用

1、氣蝕、沖蝕耐磨涂層的制備及應(yīng)用氣蝕、沖蝕耐磨涂層的制備及應(yīng)用作者：李懷新李國(guó)棟磨損是機(jī)械零件失效的主要三種形式（磨損、腐蝕、斷裂）之一，統(tǒng)計(jì)資料顯示，全球消費(fèi)能源的30％－40％損失在摩擦磨損上，提高材料耐磨性能是有效解決問(wèn)題的途徑之一，提高材料耐磨性能的最主要方法就是在磨損機(jī)件表面制備耐磨涂層。本文著重分析抵抗氣蝕磨損合沖蝕磨損的耐磨涂層。氣蝕磨損是由于流體在與零件作相對(duì)高速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生氣泡，氣泡在破滅瞬間產(chǎn)生極大的沖擊力，這種現(xiàn)象反復(fù)

2、作用，使機(jī)件表面產(chǎn)生疲勞破壞出現(xiàn)麻點(diǎn)，并擴(kuò)展為泡沫狀空穴。如水輪機(jī)、水泵機(jī)件等。沖蝕磨損是由夾帶硬質(zhì)顆粒的流體以一定速度沖擊切削刮擦機(jī)件表面引起的磨損。如各種沙泵、渣漿泵、水輪機(jī)、管道輸送構(gòu)件等涂層耐磨性是指涂層表面抵抗某種機(jī)械作用的能力，與涂層的硬度、附著力、柔韌性等物理性能密切相關(guān)。一般來(lái)說(shuō)涂層硬度越高耐磨性越好，但硬度和耐磨性并非完全正比關(guān)系，軟涂層能減小摩擦，軟機(jī)體上的硬涂層能防止微觀犁削和宏觀犁削的發(fā)生。為使涂層在同等磨損條件

3、下具有更長(zhǎng)的壽命，一般可以增加涂層的厚度來(lái)提高壽命，但以氣蝕和沖蝕磨損而言，涂層與基材的界面在外部載荷的作用下會(huì)產(chǎn)生很大的界面應(yīng)力，可以導(dǎo)致涂層產(chǎn)生裂紋或剝落，因此涂層并不是越厚越好。襄樊市聯(lián)基膠粘劑廠認(rèn)為顆粒級(jí)配對(duì)涂層耐磨性有較大的影響，只有選取可以使涂層原料達(dá)到緊密的堆積級(jí)配，才能獲取高質(zhì)量的涂層。以為單一粒徑的顆粒形成的涂層，其顆粒間存在的空隙較多。當(dāng)涂層中加入不同粒徑的顆粒時(shí)，大顆粒作為涂層的內(nèi)部骨架，保持涂層的形狀；小顆粒填充

4、到大顆?？障秲?nèi)形成緊密堆積，使得涂層內(nèi)部缺陷減小。襄樊市聯(lián)基膠粘劑廠試驗(yàn)所得球形顆粒的耐磨性能優(yōu)于片狀和不規(guī)則立體形狀顆粒的耐磨性，尤其是球徑小的顆粒與基料更易形成致密的涂層。因?yàn)榍蛐晤w粒的粒徑越小，表面積越大，與基料結(jié)合得更牢固。粘接基料的作用是使顆粒骨料與金屬基材在界面處通過(guò)相互擴(kuò)散而聯(lián)結(jié)起來(lái)，它對(duì)涂層有著決定性的影響，因此必須選擇粘接性好的基料，并同時(shí)具有耐磨性。此外骨料與基料之間存在一最優(yōu)配比，當(dāng)涂層中的顆粒骨料較少時(shí)，顆粒骨料

5、周?chē)休^多的基料，由于磨粒的硬度大于基料的硬度，涂層的磨損主要發(fā)生在基料上，涂層磨損較大。隨顆粒骨料的增加，涂層內(nèi)部的缺陷大大減小，涂層的硬度提高，磨損主要發(fā)生在顆粒骨料上。當(dāng)顆粒骨料加入量過(guò)多，基料對(duì)顆粒骨料的粘接強(qiáng)度下降，從而使顆粒骨料在磨損時(shí)容易脫落。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上常用的陶瓷耐磨涂料就是一種簡(jiǎn)單的耐磨涂層，它通過(guò)采用無(wú)定向鋼纖維合定向網(wǎng)狀措施，在金屬基材和定向鋼構(gòu)件或龜甲網(wǎng)上形成10mm－30mm的耐磨涂層，有效的增加了材料本身的

6、強(qiáng)度和韌性，可以抵御物料的高速?zèng)_擊力和剪切應(yīng)力造成的破損和剝落。在電力、水泥、礦山等行業(yè)得到了推廣應(yīng)用。以物流輸送行業(yè)為例，不管是制粉系統(tǒng)、除塵排灰系統(tǒng)、輸煤熟料系統(tǒng)，煙道系統(tǒng)，還是在水泥行業(yè)生料、熟料、粉磨粘系統(tǒng)，有諸多設(shè)備和管道內(nèi)部長(zhǎng)期受到物料或高濃度含塵氣體的沖刷。詳如：各種運(yùn)輸機(jī)料斗，立磨選粉機(jī)出口，磨機(jī)出口風(fēng)管，選粉機(jī)與球磨機(jī)溜槽、下料斗，各種閥門(mén)內(nèi)腔，閘板，輸送管道及彎頭等。粉料在立磨、選粉機(jī)及管道中輸送時(shí)，由于受到高速氣流

7、帶動(dòng)，粉料和襯里涂層間產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦，內(nèi)襯涂層收到長(zhǎng)時(shí)間的沖擊和沖刷，會(huì)不斷降低內(nèi)襯涂層厚度，從而導(dǎo)致使用壽命縮短。因此要求涂層材料有較高的機(jī)械強(qiáng)度和抗沖擊能力。目前國(guó)內(nèi)只有少數(shù)廠改性環(huán)氧耐磨涂層的制備：環(huán)氧樹(shù)脂是聚合物復(fù)合材料中應(yīng)用最廣泛的基體樹(shù)脂。它對(duì)于多種材質(zhì)有極好的粘接性和分散性，用它配制的耐磨涂層浸潤(rùn)性好，涂層具有很高的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性，耐水性和耐腐蝕能力也不錯(cuò)。但普通環(huán)氧樹(shù)脂固化后交聯(lián)密度高，內(nèi)應(yīng)力大，固化物變形能力差，不耐

8、疲勞和沖擊。襄樊市聯(lián)基膠粘劑廠認(rèn)為可以通過(guò)以下途徑提高環(huán)氧耐磨涂層的耐磨性能：1.對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行整體改性增加韌性，襄樊市聯(lián)基膠粘劑廠的BD706耐磨涂層膠所用環(huán)氧基料為通過(guò)聚氨酯改性的基料；2.在基料中添加納米粉末，BD706耐磨涂層膠添加的是納米氧化鋁粉末，由于納米氧化鋁的表面積很大，它可以吸附更多的分子鏈，使應(yīng)力分布更均勻，減輕了局部區(qū)域的摩擦應(yīng)力，較少磨損。表面能很高的納米氧化鋁粉末能具有的嵌在樹(shù)脂固化物中形成三維網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)，其

9、“扎釘”作用對(duì)耐磨涂層的耐磨性和結(jié)合強(qiáng)度有很大的貢獻(xiàn)。3.向改性環(huán)氧中添加耐磨顆粒料，襄樊市聯(lián)基膠粘劑廠研究認(rèn)為：對(duì)于環(huán)氧改性耐磨涂層來(lái)講，填充顆粒料主要存在兩種磨損形式，即顆粒的脆性破碎和整體剝落。脆性破碎通常發(fā)生在顆粒的尖角和薄弱邊緣部分，當(dāng)填充料為球形時(shí)，涂層的耐磨性能較高，當(dāng)填充料為不定型材料時(shí)，涂層的耐磨性能稍差。顆粒整體剝落是由于磨損過(guò)程中材料表面發(fā)生選擇性磨損，基料被磨掉，填充顆粒逐漸突出，當(dāng)顆粒于基料的接觸面積小到粘接強(qiáng)

10、度不能抵抗磨料沖擊力時(shí)，填充顆粒便會(huì)脫落。BD706耐磨涂層膠添加填充顆粒料為表面活性處理的高鋁瓷球，使基料與填充顆粒料的粘接強(qiáng)度進(jìn)一步增大；所填充耐磨顆粒料經(jīng)過(guò)嚴(yán)格級(jí)配計(jì)算，涂層得到最佳的填充密度，又由于所用基料是經(jīng)過(guò)聚氨酯改性的，環(huán)氧樹(shù)脂與聚氨酯形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以有效吸收并傳遞氣泡潰滅時(shí)產(chǎn)生的射流沖擊壓力和磨粒反復(fù)沖擊引起的疲勞破壞。因此BD706耐磨涂層膠具有較高的剪切強(qiáng)度、剝離強(qiáng)度和耐磨耐氣蝕能力。襄樊市聯(lián)基膠粘劑廠在實(shí)際使

11、用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，BD706耐磨涂層膠固化劑的加入量對(duì)涂層的耐磨性有一定影響。固化劑加量過(guò)少，耐磨涂層不能發(fā)揮應(yīng)有的強(qiáng)度，過(guò)多會(huì)使涂層變脆，剪切強(qiáng)度降低。一般固化劑的加入量硬比理論加入量稍大一點(diǎn)為宜，BD706耐磨涂層膠的理論質(zhì)量配比為A:B=4:1。附BD706耐磨涂層膠性能介紹BD706是由高性能耐磨陶瓷顆粒與改性增韌耐熱樹(shù)脂進(jìn)行復(fù)合得到的高性能耐磨抗蝕聚合陶瓷材料。廣泛用于各類(lèi)磨損件的修復(fù)和在各類(lèi)有耐磨、抗蝕要求的機(jī)件表面制備耐磨防腐