本发明属于水利水电行业防腐材料技术领域，尤其是涉及一种水利水电工程用钢闸门的抗磨防腐蚀涂层及喷涂方法。
背景技术：
随着现代社会的发展，钢闸门是广泛应用于水工建筑物的重要组成部分，它主要可用以拦截水流，控制水位、调节流量、排放泥沙和飘浮物等。钢闸门长期受到阳光的暴晒，且经常与各种液体物质接触，往往工作在酸碱盐及潮湿环境下，所处的环境需要比较好的耐腐蚀效果，在钢闸门结构外表面需要涂设有专用涂层。
常用的水工钢结构金属涂层有锌、铝、锌铝合金、锌镁合金、喷稀土铝、先喷锌后喷铝和先喷铝后喷锌，涂层厚度控制在120μm左右，铝基涂层易钝化而失去阴极保护作用，在后期易出现鼓泡和白色物析出现象，而锌基涂层颗粒较细且均匀，阴极保护效果稳定可靠，缺点是锌层的表面硬度较差、耐磨性和抗破坏性较差，因此，不能满足特殊抗磨工况条件闸门的运行需要，影响水工金属结构使用寿命。目前，小浪底排沙洞工作闸门采用“环氧富锌防锈底漆+环氧不锈钢鳞片漆”作为抗磨防腐蚀方案，虽然一定程度提高了防腐抗磨性能，但仍不能满足要求，投运初期运行频繁，闸门面板与粗颗粒泥沙及转铰止水之间的机械磨损尤为严重，这种磨损加大了防腐检修的费用，最关键的是磨损、锈蚀及频繁的防腐、喷砂对闸门基体产生较强的破坏，使闸门变薄，缩短了闸门的使用寿命，危及闸门的安全运行。
不锈钢涂层的保护周期为40年左右，其优点是硬度高、耐磨性好、强度大，抗破坏性能好，缺点是易锈蚀、无阴极保护功能，表面粗糙，孔隙率大，防渗透能力弱，很少在水工钢结构中应用。
碳化钨金属陶瓷，主要成分为WC-CoCr(Ni)，是具有优良的抗磨和防气蚀、防腐蚀效果的涂层，涂层致密且结合强度高，耐磨性能好，但喷涂设备价格昂贵，且喷涂要求和喷涂成本都很高，涂层一旦遭到破坏不易修复。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种水利水电工程用闸门的抗磨防腐蚀涂层，其具有良好的防腐性能、适宜的硬度与结合强度，耐磨性能良好，能够很好地达到水利水电工程用钢闸门在高泥沙工况下表面抗磨防腐蚀的要求；同时，公开上述抗磨防腐蚀涂层的喷涂方法，使闸门具有良好的耐磨耐腐蚀性能，闸门表面防腐寿命大大提高。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种水利水电工程用钢闸门的抗磨防腐蚀涂层，其包括喷涂于钢闸门外表面的打底层，打底层的厚度为60～80μm，以纯度大于等于99.99%的锌丝为原料，丝材直径为2.0～3.0mm，打底层包括以下质量百分比的各组分：Sn≤0.0002%、Pb≤0.0022%、Cd≤0.0004%、Cu≤0.0004%、Fe≤0.0009%、Zn≥99.9959%；喷涂于打底层外表面的耐磨层，耐磨层的厚度为60～80μm，原料为不锈钢合金粉末，粉末粒度为75～200μm，包括以下质量百分比的各组分：C≤0.031%、Si≤0.047%、Mn≤1.35%、P≤0.029%、S≤0.003%、Ni 10.0～14.0%、Cr16.0～18.0%、Mo 2.0～3.0%，余量为Fe；喷涂于耐磨层外表面的封闭层，封闭层的厚度为30～50μm，原料为耐磨环氧面漆。
所述的水利水电工程用钢闸门的抗磨防腐蚀涂层的喷涂方法，其包括以下步骤：
S1、使用喷砂处理方式清理和粗化钢闸门表面，使钢闸门表面清洁度处理至GB8923中规定的Sa 2.5级，粗糙度Rz至60～100μm 范围内；
S2、用压缩空气吹干净钢闸门表面粘附的浮尘；
S3、采用电弧喷涂设备在钢闸门表面喷涂打底层，喷涂工艺参数为：工作电压28～35V，工作电流120～180A，压缩空气压力0.5～0.8 MPa，送丝速度2～4m/min，喷枪移动速度2～4m/min，喷涂距离150～200mm，喷涂道次为1～2道，喷涂角度60～90°，相邻喷幅之间重叠1/3，喷涂厚度为60～80μm，喷枪以井字形路径移动进行喷涂作业；
S4、采用火焰喷涂设备在打底层表面喷涂耐磨层，喷涂工艺参数为：氧气压力0.3～0.8MPa，乙炔压力0.08～0.12Mpa，氧气流量为400～470L/min，乙炔流量为40～50L/min，压缩空气压力0.5～0.8 MPa，送粉量40～65 g/min，喷枪移动速度2～4m/min，喷涂距离180～220mm，喷涂道次为1～2道，喷涂角度60～90°，相邻喷幅之间重叠1/3，喷涂厚度为60～80μm，喷枪以井字形路径移动进行喷涂作业；
S5、采用高压无气喷涂设备在耐磨层表面喷涂封闭层，喷涂工艺参数为：喷嘴直径为0.17～0.25mm，喷枪移动速度18～24m/min，喷涂距离200～400mm，喷涂道次为1～2道，喷涂角度60～90°，相邻喷幅之间重叠1/4，喷涂厚度为30～50μm。
上述的封闭层采用的原料耐磨环氧面漆为现有技术中的市售产品。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：
本发明水利水电工程用钢闸门的抗磨防腐蚀涂层，其采用锌涂层作为钢闸门基体的阴极保护，再通过不锈钢具有高强度、高耐磨和长寿命的特点、以及封闭涂料来弥补不锈钢表面粗糙、孔隙率大、防渗透能力弱的缺点，形成喷锌+喷不锈钢+封闭层的组合方案，抗磨防腐蚀效果良好，且成本相对较低，便于推广；能够减少因磨损腐蚀而造成的经济损失，达到节材、节能的效果，符合节能环保政策；有效解决了磨损与电化学腐蚀的双重问题，能够显著延长闸门面板的防腐周期，大幅降低闸门防腐检修费用，解决了闸门面板普遍存在的抗磨防腐蚀问题。
本发明水利水电工程用钢闸门的抗磨防腐蚀涂层，其施工方便，不仅解决了长时间在潮湿环境下运行出现的锈蚀问题，同时也解决了在高泥沙环境下不可避免出现的磨损，显著提高了闸门面板的耐磨、防腐蚀两方面的性能。
具体实施方式
下面参照以下实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明；但是，以下实施例仅仅是例证，本发明并不局限于这些实施例。
实施例1
一种水利水电工程用钢闸门的抗磨防腐蚀涂层，其包括喷涂于钢闸门外表面的打底层，打底层的厚度为60μm，以纯度大于等于99.99%的锌丝为原料，丝材直径为2.0mm，打底层包括以下质量百分比的各组分：Sn 0.0001%、Pb 0.0012%、Cd 0.0002%、Cu 0.0002%、Fe 0.00024%、Zn 99.9959%；喷涂于打底层外表面的耐磨层，耐磨层的厚度为60μm，原料为不锈钢合金粉末，粉末粒度为75μm，包括以下质量百分比的各组分：C 0.015%、Si 0.020%、Mn 0.50%、P 0.016%、S 0.003%、Ni 10.0%、Cr 16.0%、Mo 2.0%，余量为Fe；喷涂于耐磨层外表面的封闭层，封闭层的厚度为30μm，原料为耐磨环氧面漆。
上述的水利水电工程用钢闸门的抗磨防腐蚀涂层的喷涂方法，其包括以下具体步骤：
S1、使用喷砂处理方式清理和粗化钢闸门表面，使钢闸门表面清洁度处理至GB8923中规定的Sa 2.5级，粗糙度Rz至60μm 范围内；
S2、用压缩空气吹干净钢闸门表面粘附的浮尘；
S3、采用电弧喷涂设备在钢闸门表面喷涂打底层，喷涂工艺参数为：工作电压28V，工作电流120A，压缩空气压力0.5 MPa，送丝速度2m/min，喷枪移动速度2m/min，喷嘴距待喷涂表面的喷涂距离100mm，喷涂道次为1道，喷涂角度60～90°，相邻喷幅之间应重叠1/3，喷涂厚度为60μm，两道之间的喷枪走向应互相垂直，喷枪以井字形路径移动进行喷涂作业；喷涂施工与表面预处理的间隔时间尽可能缩短，应在2h内喷涂完毕，最长不应超过8h；
S4、采用火焰喷涂设备在打底层表面喷涂耐磨层，喷涂工艺参数为：氧气压力0.3MPa，乙炔压力0.08Mpa，氧气流量为400L/min，乙炔流量为40L/min，压缩空气压力0.5 MPa，送粉量40 g/min，喷枪移动速度2m/min，喷涂距离180mm，喷涂道次为2道，喷涂角度60～90°，相邻喷幅之间应重叠1/3，喷涂厚度为60μm，喷枪以井字形路径移动进行喷涂作业；
S5、采用高压无气喷涂设备在耐磨层表面喷涂封闭层，喷涂工艺参数为：喷嘴直径为0.17mm，喷枪移动速度18m/min，喷涂距离200mm，喷涂道次为1道，喷涂角度60～90°，相邻喷幅之间应重叠1/4，喷涂厚度为30μm。
实施例2
一种水利水电工程用钢闸门的抗磨防腐蚀涂层，其包括喷涂于钢闸门外表面的打底层，打底层的厚度为66μm，以纯度大于等于99.99%的锌丝为原料，丝材直径为2.3mm，打底层包括以下质量百分比的各组分：Sn 0.00011%、Pb 0.0012%、Cd 0.0004%、Cu 0.0003%、Fe 0.0005%、Zn 99.9965%；喷涂于打底层外表面的耐磨层，耐磨层的厚度为65μm，原料为不锈钢合金粉末，粉末粒度为90μm，包括以下质量百分比的各组分：C 0.020%、Si 0.030%、Mn 0.80%、P 0.010%、S 0.002%、Ni 11.5%、Cr 16.8%、Mo 2.3%，余量为Fe；喷涂于耐磨层外表面的封闭层，封闭层的厚度为35μm，原料为耐磨环氧面漆。
上述的水利水电工程用钢闸门的抗磨防腐蚀涂层的喷涂方法，其包括以下具体步骤：
S1、使用喷砂处理方式清理和粗化钢闸门表面，使钢闸门表面清洁度处理至GB8923中规定的Sa 2.5级，粗糙度Rz至70μm 范围内；
S2、用压缩空气吹干净钢闸门表面粘附的浮尘；
S3、采用电弧喷涂设备在钢闸门表面喷涂打底层，喷涂工艺参数为：工作电压30V，工作电流135A，压缩空气压力0.6MPa，送丝速度2.5m/min，喷枪移动速度2.5m/min，喷嘴距待喷涂表面的喷涂距离130mm，喷涂道次为2道，喷涂角度60～90°，相邻喷幅之间应重叠1/3，喷涂厚度为65μm，两道之间的喷枪走向应互相垂直，喷枪以井字形路径移动进行喷涂作业；喷涂施工与表面预处理的间隔时间尽可能缩短，应在2h内喷涂完毕，最长不应超过8h；
S4、采用火焰喷涂设备在打底层表面喷涂耐磨层，喷涂工艺参数为：氧气压力0.4MPa，乙炔压力0.09Mpa，氧气流量为420L/min，乙炔流量为43L/min，压缩空气压力0.6 MPa，送粉量45 g/min，喷枪移动速度2.7m/min，喷涂距离190mm，喷涂道次为1道，喷涂角度60～90°，相邻喷幅之间应重叠1/3，喷涂厚度为68μm，喷枪以井字形路径移动进行喷涂作业；
S5、采用高压无气喷涂设备在耐磨层表面喷涂封闭层，喷涂工艺参数为：喷嘴直径为0.19mm，喷枪移动速度20m/min，喷涂距离250mm，喷涂道次为1道，喷涂角度60～90°，相邻喷幅之间应重叠1/4，喷涂厚度为38μm。
实施例3
一种水利水电工程用钢闸门的抗磨防腐蚀涂层，其包括喷涂于钢闸门外表面的打底层，打底层的厚度为70μm，以纯度大于等于99.99%的锌丝为原料，丝材直径为2.5mm，打底层包括以下质量百分比的各组分：Sn 0.0002%、Pb 0.0016%、Cd 0.0003%、Cu 0.0002%、Fe 0.0004%、Zn 99.9973%；喷涂于打底层外表面的耐磨层，耐磨层的厚度为70μm，原料为不锈钢合金粉末，粉末粒度为130μm，包括以下质量百分比的各组分：C 0.028%、Si 0.019%、Mn 1.00%、P 0.016%、S 0.0019%、Ni 12.4%、Cr 17.5%、Mo 2.7%，余量为Fe；喷涂于耐磨层外表面的封闭层，封闭层的厚度为40μm，原料为耐磨环氧面漆。
上述的水利水电工程用钢闸门的抗磨防腐蚀涂层的喷涂方法，其包括以下具体步骤：
S1、使用喷砂处理方式清理和粗化钢闸门表面，使钢闸门表面清洁度处理至GB8923中规定的Sa 2.5级，粗糙度Rz至83μm 范围内；
S2、用压缩空气吹干净钢闸门表面粘附的浮尘；
S3、采用电弧喷涂设备在钢闸门表面喷涂打底层，喷涂工艺参数为：工作电压36V，工作电流150A，压缩空气压力0.67MPa，送丝速度3.0m/min，喷枪移动速度3.0m/min，喷嘴距待喷涂表面的喷涂距离150mm，喷涂道次为1道，喷涂角度60～90°，相邻喷幅之间应重叠1/3，喷涂厚度为70μm，两道之间的喷枪走向应互相垂直，喷枪以井字形路径移动进行喷涂作业；喷涂施工与表面预处理的间隔时间尽可能缩短，应在2h内喷涂完毕，最长不应超过8h；
S4、采用火焰喷涂设备在打底层表面喷涂耐磨层，喷涂工艺参数为：氧气压力0.55MPa，乙炔压力0.11Mpa，氧气流量为440L/min，乙炔流量为45L/min，压缩空气压力0.66 MPa，送粉量50 g/min，喷枪移动速度3.0m/min，喷涂距离200mm，喷涂道次为1道，喷涂角度60～90°，相邻喷幅之间应重叠1/3，喷涂厚度为72μm，喷枪以井字形路径移动进行喷涂作业；
S5、采用高压无气喷涂设备在耐磨层表面喷涂封闭层，喷涂工艺参数为：喷嘴直径为0.21mm，喷枪移动速度20m/min，喷涂距离300mm，喷涂道次为1道，喷涂角度60～90°，相邻喷幅之间应重叠1/4，喷涂厚度为40μm。
实施例4
一种水利水电工程用钢闸门的抗磨防腐蚀涂层，其包括喷涂于钢闸门外表面的打底层，打底层的厚度为75μm，以纯度大于等于99.99%的锌丝为原料，丝材直径为2.7mm，打底层包括以下质量百分比的各组分：Sn 0.0002%、Pb 0.0022%、Cd 0.0004%、Cu 0.0004%、Fe 0.0009%、Zn 99.9959%；喷涂于打底层外表面的耐磨层，耐磨层的厚度为75μm，原料为不锈钢合金粉末，粉末粒度为150μm，包括以下质量百分比的各组分：C 0.031%、Si 0.047%、Mn 1.35%、P 0.029%、S 0.003%、Ni 14.0%、Cr 18.0%、Mo 3.0%，余量为Fe；喷涂于耐磨层外表面的封闭层，封闭层的厚度为42μm，原料为耐磨环氧面漆。
上述的水利水电工程用钢闸门的抗磨防腐蚀涂层的喷涂方法，其包括以下具体步骤：
S1、使用喷砂处理方式清理和粗化钢闸门表面，使钢闸门表面清洁度处理至GB8923中规定的Sa 2.5级，粗糙度Rz至90μm 范围内；
S2、用压缩空气吹干净钢闸门表面粘附的浮尘；
S3、采用电弧喷涂设备在钢闸门表面喷涂打底层，喷涂工艺参数为：工作电压33V，工作电流170A，压缩空气压力0.75MPa，送丝速度3.5m/min，喷枪移动速度3.5m/min，喷嘴距待喷涂表面的喷涂距离180mm，喷涂道次为2道，喷涂角度60～90°，相邻喷幅之间应重叠1/3，喷涂厚度为75μm，两道之间的喷枪走向应互相垂直，喷枪以井字形路径移动进行喷涂作业；喷涂施工与表面预处理的间隔时间尽可能缩短，应在2h内喷涂完毕，最长不应超过8h；
S4、采用火焰喷涂设备在打底层表面喷涂耐磨层，喷涂工艺参数为：氧气压力0.7MPa，乙炔压力0.10 Mpa，氧气流量为465L/min，乙炔流量为47L/min，压缩空气压力0.75 MPa，送粉量60 g/min，喷枪移动速度3.5m/min，喷涂距离210mm，喷涂道次为1道，喷涂角度60～90°，相邻喷幅之间应重叠1/3，喷涂厚度为76μm，喷枪以井字形路径移动进行喷涂作业；
S5、采用高压无气喷涂设备在耐磨层表面喷涂封闭层，喷涂工艺参数为：喷嘴直径为0.23mm，喷枪移动速度24m/min，喷涂距离350mm，喷涂道次为1道，喷涂角度60～90°，相邻喷幅之间应重叠1/4，喷涂厚度为45μm。
实施例5
一种水利水电工程用钢闸门的抗磨防腐蚀涂层，其包括喷涂于钢闸门外表面的打底层，打底层的厚度为80μm，以纯度大于等于99.99%的锌丝为原料，丝材直径为3.0mm，打底层包括以下质量百分比的各组分：Sn 0.0001%、Pb 0.001%、Cd 0.0004%、Cu 0.0001%、Fe 0.0007%、Zn 99.9986%；喷涂于打底层外表面的耐磨层，耐磨层的厚度为80μm，原料为不锈钢合金粉末，粉末粒度为200μm，包括以下质量百分比的各组分：C 0.029%、Si 0.042%、Mn 1.28%、P 0.029%、S 0.003%、Ni 13.0%、Cr 17.5%、Mo 2.9%，余量为Fe；喷涂于耐磨层外表面的封闭层，封闭层的厚度为50μm，原料为耐磨环氧面漆。
上述的水利水电工程用钢闸门的抗磨防腐蚀涂层的喷涂方法，其包括以下具体步骤：
S1、使用喷砂处理方式清理和粗化钢闸门表面，使钢闸门表面清洁度处理至GB8923中规定的Sa 2.5级，粗糙度Rz至100μm 范围内；
S2、用压缩空气吹干净钢闸门表面粘附的浮尘；
S3、采用电弧喷涂设备在钢闸门表面喷涂打底层，喷涂工艺参数为：工作电压35V，工作电流180A，压缩空气压力0.8MPa，送丝速度4m/min，喷枪移动速度4m/min，喷嘴距待喷涂表面的喷涂距离200mm，喷涂道次为1道，喷涂角度60～90°，相邻喷幅之间应重叠1/3，喷涂厚度为80μm，两道之间的喷枪走向应互相垂直，喷枪以井字形路径移动进行喷涂作业；喷涂施工与表面预处理的间隔时间尽可能缩短，应在2h内喷涂完毕，最长不应超过8h；
S4、采用火焰喷涂设备在打底层表面喷涂耐磨层，喷涂工艺参数为：氧气压力0.8MPa，乙炔压力0.12 Mpa，氧气流量为470L/min，乙炔流量为50L/min，压缩空气压力0.8 MPa，送粉量65 g/min，喷枪移动速度4m/min，喷涂距离220mm，喷涂道次为2道，喷涂角度60～90°，相邻喷幅之间应重叠1/3，喷涂厚度为80μm，喷枪以井字形路径移动进行喷涂作业；
S5、采用高压无气喷涂设备在耐磨层表面喷涂封闭层，喷涂工艺参数为：喷嘴直径为0.25mm，喷枪移动速度24m/min，喷涂距离400mm，喷涂道次为1道，喷涂角度60～90°，相邻喷幅之间应重叠1/4，喷涂厚度为50μm。
具有本发明的抗磨防腐蚀涂层的水利水电工程用钢闸门，在大气温度27℃、钢闸门表面温度28℃、相对湿度75%、露点22℃条件下进行检测，表面粗糙度Rz在60～100μm 范围内，表面清洁度达到GB8923中规定的Sa2.5级，金属涂层结合性能合格，漆膜附着力合格。
对实施例1～5中的钢闸门的试样品、现有的普通防护涂层的钢闸门的试样品进行干磨、加清水磨、加沙粒磨三种工况的试验，每种工况各磨相同次数，直至出现鲜明的对比效果为止，检测结果表明，具有本发明的抗磨防腐蚀涂层的钢闸门耐磨效果明显优于现有的普通防护涂层的钢闸门的耐磨效果。
将实施例1～5中的钢闸门、现有的普通防护涂层的钢闸门在温度25℃条件下浸入浓度50g/L±5g/L、密度1.025～1.040的盐水中浸泡进行防腐测试，经30天、60天后取出观察检查，实施例1～5中的钢闸门的涂层表面没有发生明显变化，普通防护涂层的钢闸门已经发生明显腐蚀现象。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。