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：李懷新李國棟磨損是機械零件失效的主要三種形式（磨損、腐蝕、斷裂）之一，統(tǒng)計資料顯示，全球消費能源的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高速運動時產(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，使機件表面產(chǎn)生疲勞破壞出現(xiàn)麻點，并擴展為泡沫狀空穴。如水輪機、水泵機件等。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件表面引起的磨損。如各種沙泵、渣漿泵、水輪機、管道輸送構(gòu)件等涂層耐磨性是指涂層表面抵抗某種機械作用的能力，與涂層的硬度、附著力、柔韌性等物理性能密切相關(guān)。一般來說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、下具有更長的壽命，一般可以增加涂層的厚度來提高壽命，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)為顆粒級配對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，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。因為球形顆粒的粒徑越小，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相互擴散而聯(lián)結(jié)起來，它對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，顆粒骨料

5、周圍有較多的基料，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)顆粒骨料加入量過多，基料對顆粒骨料的粘接強度下降，從而使顆粒骨料在磨損時容易脫落。目前國內(nèi)市場上常用的陶瓷耐磨涂料就是一種簡單的耐磨涂層，它通過采用無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、強度和韌性，可以抵御物料的高速沖擊力和剪切應(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)部長期受到物料或高濃度含塵氣體的沖刷。詳如：各種運輸機料斗，立磨選粉機出口，磨機出口風(fēng)管，選粉機與球磨機溜槽、下料斗，各種閥門內(nèi)腔，閘板，輸送管道及彎頭等。粉料在立磨、選粉機及管道中輸送時，由于受到高速氣流

7、帶動，粉料和襯里涂層間產(chǎn)生強烈的摩擦，內(nèi)襯涂層收到長時間的沖擊和沖刷，會不斷降低內(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械強度和抗沖擊能力。目前國內(nèi)只有少數(shù)廠改性環(huán)氧耐磨涂層的制備：環(huán)氧樹脂是聚合物復(fù)合材料中應(yīng)用最廣泛的基體樹脂。它對于多種材質(zhì)有極好的粘接性和分散性，用它配制的耐磨涂層浸潤性好，涂層具有很高的機械強度和耐磨性，耐水性和耐腐蝕能力也不錯。但普通環(huán)氧樹脂固化后交聯(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)為可以通過以下途徑提高環(huán)氧耐磨涂層的耐磨性能：1.對環(huán)氧樹脂進(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”作用對耐磨涂層的耐磨性和結(jié)合強度有很大的貢獻(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：對于環(huán)氧改性耐磨涂層來講，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，涂層的耐磨性能較高，當(dāng)填充料為不定型材料時，涂層的耐磨性能稍差。顆粒整體剝落是由于磨損過程中材料表面發(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

10、度不能抵抗磨料沖擊力時，填充顆粒便會脫落。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度進(jìn)一步增大；所填充耐磨顆粒料經(jīng)過嚴(yán)格級配計算，涂層得到最佳的填充密度，又由于所用基料是經(jīng)過聚氨酯改性的，環(huán)氧樹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度、剝離強度和耐磨耐氣蝕能力。襄樊市聯(lián)基膠粘劑廠在實際使

11、用過程中發(fā)現(xiàn)，BD706耐磨涂層膠固化劑的加入量對涂層的耐磨性有一定影響。固化劑加量過少，耐磨涂層不能發(fā)揮應(yīng)有的強度，過多會使涂層變脆，剪切強度降低。一般固化劑的加入量硬比理論加入量稍大一點為宜，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。廣泛用于各類磨損件的修復(fù)和在各類有耐磨、抗蝕要求的機件表面制備耐磨防腐