專利名稱：一種可常溫下施工的水輪機抗磨蝕方法
技術領域：
本發(fā)明涉及水輪機抗磨蝕方法，更具體地是指一種可常溫下施工的水輪機抗磨蝕方法，可應用于大中型水輪機葉片、高揚程水泵過流件、艦船螺旋槳、大型化工混合器攪拌槳和大型水利站巨型水閘閘門等領域，具有防空蝕、防磨蝕、防腐蝕等防護作用。
背景技術：
水輪機的抗磨蝕是國內外水利界長期以來一直關注的一個重大課題。為此，國內外水利界和材料界有關科研單位和大型企業(yè)已探索了將近40多年歷史，試圖解決此難題。
國內外有關科研單位、大學和大型企業(yè)曾試驗過多種金屬和非金屬材料作為水輪機抗磨蝕材料。其中金屬材料如合金粉末噴涂、金屬陶瓷噴涂、碳化鎢超高音速噴涂等。金屬涂層的主要缺點是噴涂設備龐大、現(xiàn)場施工不便。尤其是金屬噴涂需高溫條件，對水輪機葉片產生變形。此外，金屬噴涂成本太高，碳化鎢噴涂技術國內施工價1萬元/m2(國外施工價5萬元/m2)，故難以在國內推廣應用。試驗過的非金屬抗磨蝕材料有環(huán)氧膠、丁腈膠、丁羥膠、丁腈羥膠、聚氨酯膠、環(huán)氧——聚氨酯復合涂層等。這些材料作為抗磨蝕涂層，在常溫下施工，均因在水輪機葉片空蝕區(qū)和磨蝕區(qū)抗磨蝕性能達不到要求而無法應用。國內有關科研單位曾研究過環(huán)氧——聚氨酯復合涂層在小型水電站水輪機上作為抗磨蝕涂層，但其施工溫度需120℃高溫，這對大中型水電站水輪機巨型葉片，這種高溫施工條件難以實施。近十幾年來，不少國內外科研單位和企業(yè)，也試驗了常溫固化聚氨酯和環(huán)氧——聚氨酯復合涂層材料作為大中型水輪機葉片抗磨蝕材料，如美國S-80聚氨酯涂料、瑞士麥卡太克涂料、英國E、WOOD公司的EG和FG涂料、德國優(yōu)依特公司的聚氨酯涂層、法國“耐而久”聚氨酯涂層。但這些抗磨蝕非金屬材料，在常溫下施工最終均告失敗。
國內外已有不少科研單位和大型企業(yè)，曾試驗過采用環(huán)氧膠與聚氨酯膠復合材料作為大中型水輪機葉片空蝕區(qū)或磨蝕區(qū)抗磨蝕保護涂層。但是這些復合涂層，在常溫下，界面之間粘結強度長期以來一直停留在≤20Mpa水平，因性能達不到要求而均告失敗。而高溫施工條件，對大中型水輪機又無法接受。

發(fā)明內容
本發(fā)明需要解決的技術關鍵，是針對大中型水輪機葉片空蝕區(qū)或磨蝕區(qū)，提供一種既能滿足抗磨蝕性能要求，又能在常溫下施工并能保證施工質量的技術方案。
為了達到上述目的，本發(fā)明首先采用環(huán)氧膠和聚氨酯膠構成的有互穿網絡結構的復合材料技術；其次是由環(huán)氧膠和聚氨酯膠先在高溫(70～120℃)下固化成一種高性能復合材料“預制件”，然后在常溫條件下，通過膠粘劑和點焊加固工藝，連接于水輪機葉片空蝕區(qū)或磨蝕區(qū)。
所述的環(huán)氧膠和聚氨酯膠構成的互穿網絡結構復合材料技術，包括環(huán)氧膠為底層膠牢固粘接不銹鋼基材、聚氨酯膠為面層膠提供抗磨蝕性能。其中環(huán)氧膠底層，它是通過在KD-EP-1環(huán)氧膠A組份中加入復合催化劑，它對環(huán)氧樹酯中打開環(huán)氧鍵生成羥基起催化作用，從而促使羥基(-OH)與聚氨酯中(-NCO)之間形成強的化學鍵，同時環(huán)氧膠中(-NH2)與聚氨酯中(-NCO)反應，這樣環(huán)氧底膠與聚氨酯面膠界面之間形成牢固的互穿網絡結構，明顯地提高了環(huán)氧膠與聚氨酯膠界面之間的粘接強度。
所述的聚氨酯膠面層材料，它由甲、乙兩個組分組成，采用KD-PU-1聚氨酯膠?！癒D-PU-1”在常溫15～25℃下，固化8～10天具有高的綜合力學性能，其中拉伸強度達到32～36Mpa，扯斷伸長率達到450～500％，抗撕裂強度達到100～135KN/M，硬度(邵氏)達到85～95。這些優(yōu)良的綜合力學性能，已達到了以前的環(huán)氧——聚氨酯復合涂層聚氨酯面層材料，在高溫固化條件下才能得到的力學性能，從而提供優(yōu)良的抗磨蝕性能。
上述的環(huán)氧膠——聚氨酯膠互穿網絡結構復合材料，取名謂“KD-2003-1”，在固化溫度(施工溫度)15～60℃范圍，其拉伸強度已達到并超過30Mpa，而以前的環(huán)氧膠與聚氨酯復合涂層，在此固化條件下，其拉伸強度一般在20Mpa以下。
水輪機運行過程中水流流經葉片，由于葉型等多方面因素而產生“空化現(xiàn)象”，空泡由低壓區(qū)運行到高壓區(qū)即行潰滅，在潰滅瞬間產生高達數百甚至上千大氣壓的微射流作用于葉片表面；一個合格的抗磨蝕材料要求復合涂層面層材料具有高的抗磨蝕破壞能力，即要求面層材料具有高的綜合力學性能，其中包括面層材料必須具有高的吸振性能，以確保面層材料在空蝕區(qū)或磨蝕區(qū)受到高頻與高壓微射流沖擊而不被破壞，由此要求面層材料具有高的伸長率。其次，由于水輪機運行的工況條件一般都十分惡劣，除泥沙外，還有帶有不少尖硬物件沖擊材料表面，因此要求面層材料必須具有高的撕裂強度。此外，面層材料還必須具有較高的拉伸強度和硬度，使之確保材料具有較高的抗磨損性能。以前的環(huán)氧膠——聚氨酯膠復合涂層中面層材料要達到這些較高的力學性能，必須在高溫下固化(即對水輪機高溫施工)，才能滿足此要求。而常溫下固化，綜合力學性能難以達到此要求。這是以前環(huán)氧——聚氨酯復合涂層常溫施工失敗的重要原因之一。
所述的高性能復合材料“預制件”，是一種全新的抗磨蝕方法，它是由環(huán)氧膠與聚氨酯膠涂刷在一定形狀的不銹鋼薄板上，并在高溫(70～120℃)條件下固化形成一個復合材料預制件。其施工工藝方法如下按照水輪機葉片的尺寸和形狀，在常溫下將環(huán)氧膠與聚氨酯膠分別涂刷固化在一不銹鋼板(＜0.5mm)上，其中環(huán)氧膠為底基材料，聚氨酯膠為面層材料，在70～120℃下固化3～5天，制得環(huán)氧膠與聚氨酯膠復合材料“預制件”，這種“預制件”具有高的綜合力學性能。在現(xiàn)場施工時，在常溫下將環(huán)氧膠粘劑預涂于葉片上，然后將“預制件”粘接其上，并在邊緣將“預制件”點焊在水輪機葉片上，再在常溫下固化10天左右。
這種“預制件”用膠粘劑粘接并加點焊加固的新工藝優(yōu)點是此種復合涂層，高溫固化很具有高的力學性能，同時，復合涂層材料與葉片之間結合力大大得到了強化，因此，這種復合涂層材料的可靠性也大大得到了改善，這也非常有利于提高涂層的抗磨蝕性能。本發(fā)明方法，可以完全在常溫條件下進行，這對大中型葉片、高揚程水泵等現(xiàn)場施工十分有利。此外，本發(fā)明方法還有一個突出優(yōu)點，不受環(huán)境濕度影響，可在高濕度環(huán)境下施工。這就克服了以前環(huán)氧——聚氨酯復合涂層性能易受環(huán)境濕度影響，在高濕度下性能下降的一個重要技術措施。在本發(fā)明中稱為“KD-2003-2”“預制件”復合材料，其拉伸強度經初步試驗已達到≥35Mpa，聚氨酯面層材料也具有優(yōu)良的綜合力學性能，同時復合涂層材料具有優(yōu)良的耐水性能。
具體實施例方式實施例1環(huán)氧膠與聚氨酯膠互穿網絡結構材料“KD-2003-1”進行模擬水力磨蝕試驗。
試件制備方法在常溫下將KD-EP-1環(huán)氧膠澆注于測試件(不銹鋼)表面(試件表面經噴砂處理)，待環(huán)氧膠表干后，在其上面澆注KD-PU-1聚氨酯膠，將此復合材料在50℃下固化12小時，再室溫下放置3天，試驗結果如下在模擬水流流速35.87m/Sh 48.34m/s兩種流速和含沙量15～16Kg/m3工況條件下，“KD-2003-1”抗磨蝕累計試驗時間達到并超過了30小時。試驗結束時，涂層材料仍完整地粘接于試件表面，無脫落現(xiàn)象。經該抗磨蝕模擬試驗證明“KD-2003-1”具有優(yōu)良的抗磨蝕性能，在相同工況下，它的抗磨損系數是Cr18Ni9Ti不銹鋼的3～6倍。而傳統(tǒng)的環(huán)氧膠與聚氨酯膠復合涂層材料，按以上方法制備試件，在相同工況條件下作水機抗磨蝕模擬試驗，一般運行累計時間不到20小時，復合涂層即被破壞或脫落。
實施例2“KD-2003-1”在小型水輪機葉片上進行抗空蝕試驗。
施工工藝如下常溫下將KD-EP-1環(huán)氧底膠涂于經噴砂的葉片表面→待環(huán)氧膠表干后在常溫下涂KD-PU-1聚氨酯面膠(共涂6～8遍，中間間隔30’)至涂層厚度約為2mm→將涂好的葉片在50℃下固化12小時→室溫下放置10天。經初步試驗，水輪機運行時間已達到1000小時以上，取得了較為理想結果。而傳統(tǒng)的環(huán)氧膠與聚氨酯膠復合涂層，在此相同條件運行時間幾百小時后，涂層即被破壞或脫落。
實施例3“KD-2003-1”復合涂層配比及施工工藝KD-EP-1為底膠。由A、B兩個組份組成，其配比為A∶B＝4∶1.5。施工前將A、B兩組份按比例混合均勻刷涂(或刮涂)到經噴砂處理的鋼質底基上，待環(huán)氧底膠表干(即表層不粘手)即涂KD-PU-1面膠，該膠也由甲、乙兩個組份組成，其配比為甲∶乙＝100∶14。在使用前把甲、乙兩個組份按比例混合均勻，(適用期約20’)混合均勻后即可涂到已表干的環(huán)氧底膠上，涂完第一層膠待表面表干后，再涂第二層，中間相隔30’，一般涂6～8遍，涂層厚度即可達到2mm。
本發(fā)明同樣適用于下列材質碳鋼、不銹鋼、銅、鋁、水泥砂漿、混凝土、塑料和玻璃鋼等，具有常溫下施工，可滿足各種抗磨蝕性能要求。
權利要求
1.一種可常溫下施工的水輪機抗磨蝕方法，采用環(huán)氧膠與聚氨酯膠，其特征在于首先由環(huán)氧膠和聚氨酯膠構成的有互穿網絡結構的抗磨蝕復合材料；其次是由環(huán)氧膠和聚氨酯膠先在高溫(70～120℃)下固化成一種高性能抗磨蝕復合材料“預制件”，然后在常溫下，通過膠粘劑粘接和點焊加固工藝，連接于水輪機葉片空蝕區(qū)或磨蝕區(qū)。
2.根據權利要求1所述的一種可常溫下施工的水輪機抗磨蝕方法，其特征在于所述的環(huán)氧膠和聚氨酯膠構成互穿網絡結構復合材料，其中環(huán)氧膠為底層(＜0.5mm)、聚氨酯膠為面層(＜3mm)，通過在環(huán)氧膠中加入復合催化劑，使環(huán)氧膠與聚氨酯膠的界面之間，在常溫下形成互穿網結構，提高粘接力。
3.根據權利要求1或2所述的一種可常溫下施工的水輪機抗磨蝕方法，其特征在于所述的環(huán)氧膠和聚氨酯膠構成有互穿網絡結構的復合材料，其施工溫度為15～60℃、濕度≤70％。
4.根據權利要求1所述的一種可常溫下施工的水輪機抗磨蝕方法，其特征在于所述的復合材料預制件，施工工藝是按水輪機葉片空蝕區(qū)的尺寸和形狀要求，在常溫下將環(huán)氧膠與聚氨酯膠分別涂刷固化在一不銹鋼板(＜0.5mm)上，其中環(huán)氧膠為底基材料(＜0.5mm)，聚氨酯膠為面層材料(＜3mm)，在70～120℃下固化3～5天，制得復合材料“預制件”。
5.根據權利要求1所述的一種可常溫下施工的水輪機抗磨蝕方法，其特征在于所述的膠粘劑粘接和點焊加固工藝，是將預制件連接于葉片的磨蝕區(qū)或空蝕區(qū)部位，葉片其他部位，采用現(xiàn)場噴涂工藝將聚氨酯膠噴涂于經環(huán)氧膠預涂的葉片表面。
6.根據權利要求1所述的一種可常溫下施工的水輪機抗磨蝕方法，其特征在于所述的環(huán)氧膠采用KD-EP-1環(huán)氧膠底層材料，它由A、B兩個組份組成，其中A組份加入復合催化劑。
7.根據權利要求1所述的一種可常溫下施工的水輪機抗磨蝕方法，其特征在于所述的聚氨酯膠采用KD-PU-1聚氨酯膠為面層材料，它由甲、乙兩個組份組成。
8.根據權利要求1所述的一種可常溫下施工的水輪機抗磨蝕方法，其特征在于同樣適用于下列材質碳鋼、不銹鋼、銅、鋁、水泥砂漿、混凝土、塑料和玻璃鋼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水輪機抗磨蝕方法，更具體地是指一種可常溫下施工的水輪機抗磨蝕方法，采用環(huán)氧膠與聚氨酯膠，其特征在于首先由環(huán)氧膠和聚氨酯膠構成的有互穿網絡結構的抗磨蝕復合材料；其次是由環(huán)氧膠和聚氨酯先在高溫(70℃～120℃)下固化成一種高性能抗磨蝕復合材料“預制件”，然后在常溫下，通過膠粘劑和點焊加固工藝，連接于水輪機葉片空蝕區(qū)或磨蝕區(qū)。本發(fā)明可應用于大中型水輪機葉片、高揚程水泵過流件、艦船螺旋槳、大型化工混合器攪拌槳和大型水利站巨型水閘閘門等領域，起到防空蝕、防磨蝕、防腐蝕等防護作用，同樣適用于下列材質碳鋼、不銹鋼、銅、鋁、水泥砂漿、混凝土、塑料和玻璃鋼等，具有常溫下施工，可滿足各種抗磨蝕性能要求。
文檔編號F03B3/12GK1576574SQ0314185
公開日2005年2月9日 申請日期2003年7月28日 優(yōu)先權日2003年7月28日
發(fā)明者陸企亭, 黃茂松, 史以洪, 雷永銘, 郭曉鶯, 侯一斌 申請人:上?？颠_化工有限公司