一种水轮机过流部件耐气蚀涂层的喷涂方法与流程

本发明属于涂层喷涂，尤其涉及一种水轮机过流部件耐气蚀涂层的喷涂方法。

背景技术：

1、水电站水轮机过流部件如导叶、顶盖、底环、桨叶、转轮等部件由于输送的介质通常为两相流结构，通常除了液体介质外，还包括泥沙等固体颗粒，过流部件表面常常受到如腐蚀、气蚀、磨损、冲蚀等损伤。尤其是当水流中固体颗粒含量高、硬度高时，过流部件的损伤更严重，将引起系统安全故障，增加检修和维护成本；

2、经检索，中国专利cn103276341b公开了一种水轮机过流部件耐磨蚀涂层的喷涂方法，采用高能量密度的火焰枪辅助活化燃烧-超音速火焰喷涂ac-hvaf方法喷涂，具体步骤如下：1.将涂层材料金属陶瓷粉末烘干；2.采用金刚砂、棕刚玉或白刚玉对需喷涂的水轮机过流部件进行喷砂处理；3.采用高能量密度的火焰枪对喷砂处理后的水轮机过流部件表面进行初预热，使水轮机过流部件表面温度达到80-100℃；4.采用高能量密度的火焰枪对初预热后的水轮机过流部件表面进行再预热的同时采用活化燃烧-超音速火焰喷枪将抗磨蚀涂层材料喷涂于预热后的水轮机过流部件表面，形成具有耐磨蚀功能的涂层。本发明喷涂方法具有工艺简单、制备的耐磨蚀涂层结合强度高且涂层表面无需抛光处理的特点；

3、上述现有技术中，采用的是预热、活化燃烧-超音速火焰喷枪结合的喷涂方式，将喷涂粒子加热至熔化或半熔化状态，再加速喷涂在水轮机过流部件表面，采用的是物理融化粘结的方式，技术方式较为单一，从而涂层与水轮机过流部件表面的结合强度有待提高，涂层整体的力学性能并不十分理想。

技术实现思路

1、本发明提供一种水轮机过流部件耐气蚀涂层的喷涂方法，旨在解决上述的问题。

2、本发明是这样实现的，一种水轮机过流部件耐气蚀涂层的喷涂方法，包括如下步骤：

3、对水轮机过流部件进行喷砂；

4、将水轮机过流部件放入容器内，向容器内加入质量比为1：15-20的木炭粉与木醋杆菌发酵液，浸没水轮机过流部件，启动容器上设置的搅拌组件搅拌10-20min，6-8h后取出水轮机过流部件，并将容器排空；

5、将亚铁氰化钾和氯化钠加入容器中，升温至880-920℃熔化，然后加入碳酸钠和纳米石墨粉，启动容器上设置的搅拌组件搅拌30-50min；

6、将水轮机过流部件放入炉子中预热至300-400℃，然后放入容器内，将容器密闭，启动容器上设置的电磁组件，保温4-5h；

7、取出容器内的水轮机过流部件冷却至室温，然后用80-90℃的热水漂洗；

8、采用高能量密度的火焰枪对水轮机过流部件表面进行预热；

9、预热的同时，采用等离子喷涂将耐气蚀涂料喷涂于水轮机过流部件表面，形成耐气蚀涂层，火焰枪预热点与喷涂点间距为12-18mm，等离子喷涂是一种材料表面强化和表面改性的技术，可以使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化、电绝缘、隔热、防辐射、减磨和密封等性能。

10、可以理解的是，在喷砂后，将水轮机过流部件浸入木炭粉与木醋杆菌发酵液中，发酵过程中细菌纤维素生长，细菌纤维素具有快速吸附和扩散作用，能够吸附木炭粉并附着于水轮机过流部件表面，然后将水轮机过流部件预热后放入盛装有亚铁氰化钾、氯化钠、碳酸钠和纳米石墨粉且升温至880-920℃放入容器内，使得木炭粉和纳米石墨粉的碳分子进入金属分子间的间隙，从而渗入水轮机过流部件的表层，完成化学热处理，一方面，提高水轮机过流部件表面的硬度、强度、耐腐蚀、耐气蚀和耐摩擦磨损能力，另一方面，细菌纤维素及碳分子具有吸附能力，能够与涂料紧密结合，提高涂层的附着能力和力学性能，通过容器上的电磁组件发出电磁场，碳分子在电磁场中做布朗运动，相互摩擦、碰撞、产生热量，使得碳分子充分均匀渗入水轮机过流部件的表层。

11、进一步的，所述碳酸钠、亚铁氰化钾、纳米石墨粉和氯化钠的质量比为4-5：5-6：1：4.5-5.5。

12、进一步的，所述的喷砂工艺参数为压缩空气压力0.4-0.6mpa，喷砂枪嘴距离水轮机过流部件表面30-50mm，喷砂角度50-90°，喷砂速度3-5m/min；所述高能量密度的火焰枪的功率密度为5000-5500kw/m2，乙炔流量为800-1000l/h，氧气流量为1200-1500l/h，所述高能量密度的火焰枪与水轮机过流部件表面距离为20-30mm；所述等离子喷涂的工艺参数为电流200-240a，氩气流量是60-80nlpm，氮气流量是150-180nlpm，送浆速率是30-40ml/min，喷涂距离是80-100mm。

13、进一步的，所述涂料的制备方法如下：称取以下按照重量份的原料：环氧树脂12-16份、钛白粉4-6份、镁砂3-5份、改性胶岭石6-10份、改性聚乙二醇4-8份、碳化钨粉2-4份、纳米氧化铝3-5份、三氧化二铬4-6份和去离子水10-14份；将环氧树脂、改性聚乙二醇、三氧化二铬加入到反应釜中，加热反应釜至160-180℃，60-80min后冷却至室温得到混合物a；将钛白粉、镁砂、改性胶岭石、碳化钨粉、纳米氧化铝混合研磨3-5h至300-400目，喷雾干燥得到混合物b；将混合物a和混合物b混合，搅拌30-50min得到所需涂料。

14、进一步的，所述改性胶岭石的制备方法如下：将20-30重量份的纳米胶岭石与3-5重量份的三氧化二铈混合均匀，在200-250℃下焙烧20-30min，冷却至室温得到混合物a，将混合物a与100-150重量份的去离子水混合，搅拌20-30min，制成悬浊液；向悬浊液中加入6-10重量份的胺十二碳酸，搅拌30-50min，然后加入8-12重量份的十八烷基三甲基氯化铵，搅拌40-60min减压抽滤，洗涤后烘干，研磨，过300-400目筛后得到改性胶岭石；通过纳米胶岭石和三氧化二铈混合后焙烧，使三氧化二铈中的稀土元素渗入胶岭石层状晶格结构中，使胶岭石表面能发生变化，增大了层间距，再加入胺十二碳酸和十八烷基三甲基氯化铵，通过阳离子交换的方法，插层进入胶岭石的层间，进一步增加胶岭石的层间距和表面活性基团，能够充分与其他组分交联形成稳定的系统，在涂层中呈纳米级别分散，提高了涂层的力学性能，使得涂层耐气蚀、耐腐蚀、耐摩擦磨损效果显著。

15、进一步的，所述改性聚乙二醇的制备方法如下：先用将聚乙二醇、丝素蛋白和3-氨基-1，2-丙二醇混合搅拌30-40min，所述聚乙二醇、丝素蛋白、3-氨基-1，2-丙二醇的质量比为1：2-4:3-5，以3-4℃/min升至50-60℃反应3-5h，1-2℃/min升至60-80℃反应2-3h，得到改性聚乙二醇；聚乙二醇能够与丝素蛋白形成交联，通过在聚乙二醇端部接枝氨基，能够有效增强聚乙二醇的反应活性，与其他组分复配相互间反应形成致密的稳定结构，使得涂层抗冲击能力增强，提高涂层的力学性能。

16、进一步的，所述容器包括：

17、外筒，所述外筒内固定安装有内筒，所述内筒的筒壁上安装有加热件，所述内筒顶部开口，所述外筒顶部安装有筒盖；

18、安装于内筒上的搅拌组件，用于搅拌内筒内的物料；

19、安装于内筒外的电磁组件，用于产生电磁场。

20、进一步的，所述搅拌组件包括：

21、间隔固定于内筒侧壁上的多个第一步进电机，所述第一步进电机的输出轴延伸至内筒内并固定有搅拌杆；

22、固定于内筒底部中间的第二步进电机，所述第二步进电机的输出轴延伸至内筒内并固定有承载板，用于承载水轮机过流部件；

23、环向间隔转动安装于承载板上的多个旋转筒，所述旋转筒顶部开口且与承载板上表面平齐，所述旋转筒上位于承载板下方固定有传动轮，所述内筒底部固定有使传动轮自转的传动圈。

24、进一步的，所述电磁组件包括：

25、固定于外筒底部的第三步进电机，所述第三步进电机的输出轴竖直设置且固定有圆弧杆，所述圆弧杆位于外筒外侧；

26、滑动安装于圆弧杆两侧杆段上的滑座，所述滑座上固定安装有电磁感应线圈；

27、固定连接于每个滑座与圆弧杆之间的伸缩波纹管，所述伸缩波纹管两端分别与滑座和圆弧杆连接；

28、固定于第三步进电机的输出轴上的活塞筒，所述活塞筒内设有活塞，所述活塞上固定有活塞杆，所述活塞筒两端分别连接有气管，每根所述气管分别通过管接头与一根伸缩波纹管连接；

29、驱动机构，用于带动活塞杆往复运动。

30、进一步的，所述驱动机构包括：

31、固定于第三电机的输出轴上且位于活塞筒下方的支板，所述支板上转动安装有转盘；

32、与所述转盘同轴固定有直齿轮，所述外筒底部固定有与直齿轮啮合的直齿圈，所述直齿圈的圆心位于第三步进电机输出轴的轴线上；

33、固定于活塞杆远离活塞一端的活动杆，所述活动杆位于转盘上方，所述转盘上偏心设有销轴，所述活动杆上开设有供销轴插入并活动的活动槽。

34、与现有技术相比，本技术实施例主要有以下有益效果：

35、本发明所提供的水轮机过流部件耐气蚀涂层的喷涂方法通过在喷砂后，将水轮机过流部件浸入木炭粉与木醋杆菌发酵液混合物中，发酵过程中细菌纤维素生长，细菌纤维素具有快速吸附和扩散作用，能够吸附木炭粉并附着于水轮机过流部件表面，然后将水轮机过流部件预热后放入盛装有亚铁氰化钾、氯化钠、碳酸钠和纳米石墨粉且升温至880-920℃放入容器内，使得木炭粉和纳米石墨粉的碳分子进入金属分子间的间隙，从而渗入水轮机过流部件的表层，提高水轮机过流部件表面的硬度、强度、耐腐蚀、耐气蚀和耐摩擦磨损能力，并且能够与涂料紧密结合，提高涂层的附着能力，通过容器上的电磁组件发出电磁场，使得碳分子充分均匀渗入水轮机过流部件的表层。

36、本发明所提供的水轮机过流部件耐气蚀涂层的喷涂方法在涂料中加入钛白粉、镁砂、改性胶岭石、碳化钨粉、纳米氧化铝，提高涂层的耐腐蚀、耐气蚀及耐磨损性能，其中改性胶岭石能够充分与其他组分交联形成稳定的系统，在涂层中呈纳米级别分散，提高了涂层的力学性能，加入环氧树脂、改性聚乙二醇、三氧化二铬，使得各组分复配相互间反应形成致密的稳定结构，使得涂层抗冲击能力增强，提高涂层的力学性能，并且改性胶岭石和改性聚乙二醇具有配合增效的作用。