专利名称：：耐浆料侵蚀性的流体机械部件及具有该部件的流体机械的制作方法
技术领域：
：本发明涉及耐浆料侵蚀性的流体机械部件，更具体地说，涉及适于对产生因浆料等引起对象物的磨损的浆料侵蚀问题的泵、水轮机等流体机械中使用的部件进行表面处理的耐浆料侵蚀性覆膜、施加了这样的覆膜的流体机械部件及具有该部件的流体机械。
背景技术：
：在处理含有粒状的泥沙的水等液体的泵、水轮机等流体机械中，对于在流体内工作的叶轮或转轮等旋转部件或形成流体的流路的构成部件，为了防止与流体接触的面的磨损，需要采用耐浆料侵蚀性优异的材料。但是，这样的耐浆料侵蚀性优异的材料不仅价格贵，而且在单独使用时还存在其它的机械强度欠缺的问题。考虑到性能、成本、修补等，通常在构成流体机械部件的母材的表面上，按所希望的厚度熔敷硬质的喷镀覆膜，以保护母材不受磨损。另外，作为这样的硬质的喷镀覆膜的材料，以往多采用陶瓷和金属的复合材料即金属陶瓷材料。迄今为止，一般来说，越是硬的材料，耐浆料侵蚀性越好，因此一直沿尽量多地含有陶瓷硬质粒子的方向开发材料。但是，如果陶瓷硬质粒子的含量增大，粘合剂即金属部分的含量就减少，施工性变差，容易在覆膜产生裂纹等。此外，这样的硬质粒子的喷镀施工，因对母材施加400'C以上的热，所以有时伴随产生母材的变质或变形，有时需要喷镀后的热处理或称为修正加工的后处理。另一方面，对于母材为铁系材料的流体机械部件，为提高防蚀性或滑动的耐磨损性，一般多采用高分子系衬里材料，如聚氨酯或FRP等。这些高分子系衬里材料由于能够在常温或在20(TC以下的低温下施工，因此具有不易引起母材的变质或变形的优点，但耐浆料侵蚀性能(相对于按一定比例含有固形粒子的浆料流体的耐侵蚀磨损的性能)多低于母材。专利文献l:特开2004-10974号专利文献2:特开2003-321761号
发明内容因此，本发明的目的在于提供一种流体机械部件及具有该部件的流体机械，该流体机械部件上施加了聚脲树脂衬里，其耐桨料侵蚀性能超过母材，并且可在常温附近进行施工，不会产生母材的变质或变形。本发明涉及一种流体机械部件，其是至少与流体接触的面由钢、钢板、铸铁或铸钢构成的流体机械部件，其特征在于，在该流体接触面上施加了聚脲树脂衬里。在本发明中，所谓流体机械主要是指，具有在水等液体中旋转的部件的机械，例如可列举出泵、水轮机。本发明的流体机械部件是指，所述流体机械中使用的部件中的特别是容易受流体造成的侵蚀作用的部件，例如除在流体内工作的叶轮或转轮等旋转部件外，还可列举出形成流体的流路的导流叶片、扩散器、涡囊、配管部件等。这样的流体机械部件中的特别是与流体接触的面(在本发明中，称为"流体接触面")由钢、钢板、铸铁或铸钢形成的部件成为本发明的对象，但也可以是具有由其它金属、硬质塑料、陶瓷等其它材料形成的流体接触面的部件。作为流体接触面的母材，也可以使用碳素钢、合金钢、沸腾钢、加盖钢、镇静钢等所有种类的钢，此外作为这些钢的钢板，除热轧或冷轧的板状钢板外，还可采用线圈状、圆筒状等各种形状的钢板。作为铸铁，可使用C含量在2.1%以上的灰铸铁、球状石墨铸铁、可锻铸铁、合金(特种)铸铁、白口铸铁等。流体机械部件的流体接触面当与含有粒状固体的流体接触时，有可能受到由这些粒状物质造成的磨损，所以为防止磨损，优选施加本发明的衬里。在选择衬里材料时，首先要考虑的是衬里的耐久性。本发明的流体机械，如前所述由于有时在含有泥沙等的流体中使用，特别是在水中使用，因此需要具备某种程度的耐水性。衬里材料的耐水性可通过树脂衬里材料的浸渍试验确认。树脂衬里材料的浸渍试验方法，可按照"塑料的耐蚀性和其试验及评价"(作者奥田聪，发行所日刊工业新闻社)中记载的均匀温度下的衬里材料的浸渍试验法进行。将试验片安装在图1所示的不锈钢容器内，使其与容器中的水接触，并将该容器保持在2025。C的恒温槽中，每隔预定时间进行观察，持续试验直到衬里材料膨胀，出现裂纹等，母材明显腐蚀，以致于确认不能使用为止。可按照以下的方法求出扩散系数用q(mg或mg/cm2)表示使衬里覆膜厚度1(cm)的试验片与水接触时的时间t(小时)后的重量增加，用Q表示经过足够的时间后的重量增加，用D(cmV小时)表示扩散系数，在图2所示的重量变化曲线上将试验结果作图，读取初期斜率(倾斜度)。图2中的斜率为1.836X10—3，由于这符合[数学式1]中的[数学式2]，因此扩散系数D可计算为2.54X10_6cm2/h。[数学式2]能够从如此求出的扩散系数D预测衬里材料的耐久性。例如，在图2的图中所用的材料中，在衬里覆膜厚度1=0.3(cm)时，假设吸水量大致饱和的条件为q/Q二0.99，则从数学式1得出t为38个月。如此求出的衬里覆膜的耐久时间优选至少在12个月以上。因此可知，与此对应的扩散系数D的值为7.91X10—、即适用于本发明的流体机械的衬里材料最好是扩散系数具有1.0X10—5以下的值的物质。接着，本发明的流体机械部件中使用的衬里材料所要求的重要的特性是耐浆料侵蚀性能。衬里材料的耐浆料侵蚀性能可通过浆料磨损试验确认。为了测定本发明的流体机械部件中使用的衬里材料的因浆料侵蚀所产生的磨损程度，采用图3所示的喷流式浆料磨损试验装置进行试验。为了加速试验，采用在水中按1重量％分散平均粒径大的JIS9号硅砂(平均粒径为80pm)而得到的模拟浆料进行试验。从与离试验片表面25mm的位置相向地安装的直径为3mm的喷嘴喷出上述浆料，撞击试验片，从而造成损伤。浆料流速为40m/秒，浆料温度通过恒温装置保持在2035°C。在试验前后，通过试验片表面的断面曲线测定来测定最大磨损深度，求出因浆料造成的磨损进行速度。作为本发明的流体机械部件的母材，由于普通的13铬钢及SUS316钢等的最大磨损深度的进行速度约为500700(pm/hr)的程度，所以本发明中使用的衬里材料的最大磨损深度的进行速度比其小，即适宜在大约500((am/hr)以下，优选在200([im/hr)以下。对本发明的流体机械部件施加衬里材料时的涂膜的固化时间或施工的容易性等，在选择衬里材料方面也是一个重要的因素。本发明的流体机械部件由于具有例如叶轮等复杂的结构，存在不容易涂敷衬里材料的部分，所以涂敷衬里材料后立即(例如在几秒之内)固化的，不能制作无气泡的均匀的涂膜。这是因为，在对具有复杂结构的部件实施衬里处理时，对于宽的涂敷面可使用喷雾器等喷射装置，但对于具有曲面或结构的部分，有时需要毛刷涂敷。因此树脂的固化时间适宜在大约10分钟以上，优选在大约15分钟以上。另一方面，为了避免膜下垂，或膜涂敷不均匀，优选树脂的固化时间在1小时以内。本发明的流体机械部件的衬里材料，作为综合考虑上述要素的材料，即具有适当的耐水扩散系数、耐浆料侵蚀性能优异、而且固化时间适当长、容易施工的材料，可列举出聚脲树脂。本发明的衬里材料适宜采用通过使多胺成分和多异氰酸酯固化而得到的聚脲树脂。聚脲树脂是通过多胺成分的氨基部分和多异氰酸酯成分的异氰酸酯基结合以形成脲键而得到的热固化性树脂，已知固化时间适当、不易受空气中的湿气或水分的影响、并且用聚脲树脂形成的涂膜的耐药品性、耐酸性优异。此外，还可形成具有弹性的比较硬质的涂膜，其耐桨料侵蚀性优异，最适合本发明的流体机械部件。本发明中使用的聚脲树脂的形成中所用的多胺是在分子内具有2个以上可聚合的氨基的脂肪族多胺或芳香族多胺。作为脂肪族多胺，可列举出二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺等多亚乙基多胺类，聚氧化丙烯二胺、聚氧化丙烯三胺等将所述聚醚多元醇的末端一OH基变换成氨基的聚醚多胺类，孟烯二胺(>yiryf7$y)、异佛尔酮二胺、降冰片烯二胺、双(4一氨基一3—甲基双环己基)甲烷、二氨基二环己基甲垸、双(氨基甲基)环己烷、N—氨基甲基哌啶、3，9一双(3一氨基丙基)2，4，8，IO—四氧杂螺(5，5)十一烷等脂环式多胺类等。作为芳香族多胺，例如，可列举出聚乙二醇双(4一氨基苯甲酸酯)、聚乙二醇双(2—氨基苯甲酸酯)、聚乙二醇双(3—氨基苯甲酸酯)、聚丁二醇双(4一氨基苯甲酸酯)、聚丁二醇双(2—氨基苯甲酸酯)、聚丙二醇双(4一氨基苯甲酸酯)、聚丙二醇双(2—氨基苯甲酸酯)、聚(氧化乙烯一氧化丙烯)二醇双(4一氨基苯甲酸酯)、聚(氧化乙烯一丙烯醚)二醇双(4一氨基苯甲酸酯)、聚氧化丁二醇双(4一氨基苯甲酸酯)、聚丁二醇双(3，5—二氨基苯甲酸酯)、聚丙烯醚丙三醇三(4一氨基苯甲酸酯)、聚丙烯醚季戊四醇四(4一氨基苯甲酸酯)、聚氧化乙烯双(4一氨基苯并酰胺)、聚氧化丙烯双(4一氨基苯并酰胺)、聚氧化丁二醇双(4一氨基苯甲酸酯)、聚氧化丙烯双(3，5—氨基苯甲酸酯)等。这些可单独使用，也可并用2种以上。其中，优选聚丁二醇双(4一氨基苯甲酸酯)、聚丙二醇双(4一氨基苯甲酸酯)、聚(氧化乙烯一丙烯醚)二醇双(4一氨基苯甲酸酯)、聚氧化丁二醇双(4一氨基苯甲酸酯)。作为上述芳香族多胺，优选在分子内具有2个与芳香环结合的伯氨基的芳香族二胺。与芳香环结合的氨基由于反应性比脂肪族氨基低，所以为了使其充分与异氰酸酯基反应，优选伯氨基。上述芳香族多胺例如可通过下列方法来得到用公知的方法将经过在脱氯酸剂存在下使多元醇或含有末端氨基的多元醇与当量的硝基苯甲酰氯、二硝基苯甲酰氯或三硝基苯甲酰氯反应而得到的硝基化合物还原的方法；使多元醇或含有末端氨基的多元醇与当量的苯并恶嗪二酮的方法等。这些多胺可单独使用，也可2种以上并用。本发明中使用的聚脲树脂的形成中所用的多异氰酸酯是在分子内具有2个以上可聚合的异氰酸酯基的脂肪族多异氰酸酯或芳香族多异氰酸酯。作为多异氰酸酯成分，例如，可列举出2，4—甲苯二异氰酸酯、2,6—甲苯二异氰酸酯、4，4'一二苯基甲烷二异氰酸酯、2，4'一二苯基甲垸二异氰酸酯、2，2'—二苯基甲垸二异氰酸酯、1，2—苯撑二异氰酸酯、1，3—苯撑二异氰酸酯、1，4一苯撑二异氰酸酯、1，4一亚萘基二异氰酸酯、1，5—亚萘基二异氰酸酯、氯亚苯基一2，4—二异氰酸酯、4，4，一二苯基醚二异氰酸酯、3，3'—二甲基二苯基甲垸一4，4'—二异氰酸酯、3，3'—二甲氧基二苯一4，4'一二异氰酸酯、o—二甲苯二异氰酸酯、m一二甲苯二异氰酸酯等芳香族二异氰酸酯，1，4一四亚甲基二异氰酸酯、1，5—五亚甲基二异氰酸酯、2—甲基一l，5—五亚甲基二异氰酸酯、2，2，4一三甲基一1，6—六亚甲基二异氰酸酯、2，4，4—三甲基一l,6一六亚甲基二异氰酸酯、十亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯等脂肪族二异氰酸酯，1，4一环己基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、加氢二苯基甲烷二异氰酸酯、加氢二甲苯二异氰酸酯、降冰片烯二异氰酸酯等脂环式二异氰酸酯。此外，还可以使用通过使这些多异氰酸酯改性而得到的含有1个以上脲二酮(々k卜-才y)键、异氰脲酸酯键、脲基甲酸酯键、縮二脲键、脲基亚胺键、碳化二亚胺键、脲垸键、脲键等的改性多异氰酸酯。另外，也可以使用聚亚苯基聚亚甲基多异氰酸酯、粗甲苯二异氰酸酯等多异氰酸酯。这些多异氰酸酯可以单独采用，也可以并用2种以上。本发明的流体机械部件中的至少与流体接触的面由钢、钢板、铸铁或铸钢形成，利用聚脲树脂施加衬里。利用聚脲树脂施加衬里的方法可采用以往广泛使用的方法。例如，可列举出对要实施衬里处理的流体接触面，根据需要实施利用环氧树脂或聚氨酯树脂等进行的底涂处理，然后混合喷射多胺成分和多异氰酸酯成分的方法。例如，适宜采用下列的机械施工通过在喷射喷雾器的喷嘴的前端使多胺成分和多异氰酸酯成分互撞以将它们混合，并进行扇状扩展地喷射的利用互撞混合系统的喷射，或使多胺成分和多异氰酸酯成分通过配置在喷射喷嘴内的螺旋状的槽以加以混合，将混合物进行喷射的利用静态混合器系统的喷射等。作为进行这样的喷射的装置，除采用市场上出售的高压二液互撞混合型喷射装置用混合涂敷枪、高压二液混合型喷射装置、或自动定量混合喷雾装置等外，也可以在混合后利用简便的涂敷机等进行涂敷。此外，如上所述，当在泵的叶轮或水轮机的流槽等具有复杂的结构的部件上涂敷时，可局部地用毛刷等方法涂敷。多胺成分和多异氰酸酯成分的混合比因所期望的衬里的强度、硬度、弹性及使用的多胺和多异氰酸酯而异，但优选为3:ii:3的混合比，更优选i:i的混合比。作为施加在本发明的流体机械部件上的衬里，在使用特别优选的聚氧化丙烯二胺和异佛尔酮二异氰酸酯时，适宜的混合比为i:i。聚脲树脂在喷射或涂敷后，通过在常温下使其干燥，从而形成所期望的衬里。上述的衬里的施工作业能够在常温附近进行，衬里施工面实质上不会受到变质或变形。因此不需要以往的衬里那样的施工后的后处理，能够在将部件精加工成最终形状的状态下进行衬里施工。本发明的流体机械部件的衬里因浆料侵蚀所产生的损耗量小，尤其小于形成流体接触面的钢、钢板、铸铁或铸钢的损耗量。如前所述，因桨料侵蚀所产生的损耗量是可以通过浆料磨损试验确认的量，更具体地讲，是可以从在对被检测物喷射混有粒状成分的流体，使其撞击被检测物，对被检测物造成损伤时观测的最大损耗深度的进行速度确认的值。本发明的流体机械部件的衬里可施加多次。通过薄薄地多层涂敷，能够减小衬里膜整体的气孔率。优选多层膜的一层的膜厚为0.23.0mm，更优选为0.22.0mm，优选将它们层叠成多层膜的结构。如果一层膜厚在0.2mm以下，则膜厚过薄，不能高精度均匀地涂敷，出现不均。此外，如果层的厚度整体在3.0mm以上，则膜过厚，影响泵的性能。另外，在衬里膜内存在的气孔的比例适宜在10%以下。这是因为，在衬里膜内存在的气孔的比例越小，越能形成致密的膜。如果气孔的比例过大，水浸透，衬里材料膨胀，产生裂纹等，会腐蚀母材。施加在本发明的流体机械部件上的衬里材料，优选耐水扩散系数在1.0X10—5以下。如前所述，耐水扩散系数能够通过衬里材料的浸渍试验来计算，成为衬里材料暴露在水中时的耐久性的标准。如前所述，耐水扩散系数越小，表示耐水性越高。本发明的流体机械部件由于打算在流体中尤其在水中使用，所以在选择聚脲树脂的单体时，衬里材料的耐水性成为一个重要的因素。本发明还涉及将上述的流体机械部件用作构成部件的流体机械。作为本发明的流体机械部件，例如除泵的叶轮或水轮机的流槽等在流体中旋转的部件外，还可列举出与流体接触的导流叶片、扩散器、涡囊、配管内部等。作为本发明的流体机械，可列举出包括上述部件作为构成部件的泵、水轮机、阀等。本发明的流体机械部件由于施加了致密且耐药品性及耐酸性优异的聚脲树脂衬里，所以耐浆料侵蚀性高。聚脲树脂衬里由于能够用例如二液混合喷射法或普通的涂敷法容易地施加，并且能够在常温附近下施工，因此实质上不会产生流体机械部件的变质或变形，也不需要后处理。使用了本发明的流体机械部件的流体机械的耐浆料侵蚀性优异，可延长使用寿命。图1是衬里材料浸渍试验装置的简略图。图2是表示衬里浸渍试验中的衬里材料的重量变化曲线的例子的曲线图。图3是喷流式浆料磨损试验装置的简略图。图4是作为具有本发明的流体机械部件即叶轮的流体机械的泵的一个例子的剖视图。具体实施例方式作为本发明的流体机械的例子，图4中示出纵型泵(剖视图)。在该图中，泵30具备壳体31，用于限定成收容本发明的叶轮1的泵室32;主轴37，其轴线垂直地配置，且在下端固定有叶轮h主轴承38，其被安装在壳体的上方，相对于壳体能旋转自如地支撑主轴37;密封装置39，用于防止流体从壳体31和主轴37之间泄漏。壳体31用公知的方法固定在管状的支撑台40上。壳体31具备位于上侧的圆盘状的端板33、限定成涡巻状的涡囊35的壳本体34和管状的套36。在套36的下端连接有筒状的吸出管41。在上述泵中，如果通过使主轴37旋转来使固定在其下端的叶轮1旋转，流体在吸出管41内按箭头X所示吸入叶轮的入口10，通过叶轮1的流路7向半径方向挤压出，经过扩散器9流入到涡囊35内。涡囊内的流体从未图示出来的出口排出。根据本发明，利用聚脲树脂进行了衬里处理的叶轮，由于对发生磨损的流体接触面整体实施了衬里处理，所以具有优异的耐浆料侵蚀性能。因此，即使在处理含有砂等细粒状体的液体时也能显示优异的耐浆料侵蚀性能。下面说明用于显示本发明的效果的实施例，但本发明并不限定该实施例的方式。衬里材料的浸渍试验方法如前所述，按照"塑料的耐蚀性和其试验及评价"(作者奥田聪，发行所日刊工业新闻社)中记载的均匀温度下的衬里材料的浸渍试验法进行。将试验片安装在图1所示的不锈钢容器内，使其与容器中的水接触，并将该容器保持在25t:的恒温槽中。每隔预定时间进行观察，持续试验直到衬里材料膨胀，出现裂纹等，母材发生明显腐蚀，以致于确认不能使用时为止。扩散系数根据前面说明的公式计算求出。测定方法2浆料磨损试验为了测定本发明的流体机械部件的因浆料侵蚀所产生的磨损程度，采用图3所示的喷流式浆料磨损试验装置进行了试验。为了加速试验，如前所述，采用在水中按1重量％的比例分散平均粒径大的JIS9号硅砂(平均粒径为80pm)而得到的模拟浆料进行试验。从与离试验片表面25mm的位置相向地安装的直径为3mm的喷嘴喷出上述浆料，撞击试验片，从而造成损伤。浆料流速为40m/秒，浆料温度通过恒温装置保持在2035t。在试验前后，通过试验片表面的断面曲线测定来测定最大磨损深度，求出由浆料造成的磨损进行速度。实施例及比较例试验片的制作按以下步骤制成模拟本发明的流体机械部件的流体接触面的试验片。对①80mm、厚4mm的13铬铸钢(ASTMCA6NM)板进行底涂处理。接着，将作为多胺主成分的聚氧化丙烯二胺及作为多异氰酸酯主成分的异佛尔酮二异氰酸酯按i:i的比例混合，并采用向试验片喷射的喷气涂装装置，在室温下在底涂处理过的13铬铸钢板上涂装聚脲树脂衬里。实施2次衬里处理，形成2层膜。层的平均厚度整体上为2.0mm。采用该试验片作为本发明的实施例1，用于上述的浆料磨损试验及衬里材料浸渍试验。作为比较例分别准备以下的试验片。比较例1:不处理上述实施例1所用的母材即13铬铸钢板，直接作为试验片。比较例2:不处理不锈钢制钢板(SUS316)，直接作为试验片。比较例3:釆用除涂敷了聚氨酯衬里以外、其它与实施例1同样地制作的试验片。聚氨酯衬里(商品名工^〕一卜，公司名荏原制作所)的施工是通过如下步骤来进行采用与实施例1同样的二液混合型喷射装置，按1:1的比例混合多异氰酸酯胺成分和多元醇成分，并喷向13铬铸钢板。喷射次数与实施例1同样，层的平均厚度整体上为2.0mm。比较例4:采用除涂敷了橡胶衬里以外、其它与实施例1同样地制作的试验片。橡胶衬里的施工是通过通过如下步骤来进行对氯丁二烯橡胶(制品名八7口、乂夕Y—09，公司名横滨橡胶)进行硫化处理，并喷向实施例1中所使用的试验片，并用200。C烧结。橡胶衬里处理次数为1次，层的平均厚度整体上为2.0mm。对各试验片进行了浆料磨损试验及衬里材料浸渍试验，其结果示于表1中。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>由此可知，橡胶衬里的施工性存在问题，如表1中所示，如果考虑到耐浆料侵蚀性能及衬里的耐久性(耐水性)，聚脲树脂衬里最好。在使用了具有在含有粒状的砂土等固体粒状物质的流体中旋转的部件的流体机械、或用于输送该流体的机械如泵、水轮机、阀等的产业(农i林水产业、矿业、各种能源产业等)中，能够有效地利用本发明的流体机械部件及具有该流体机械部件的流体机械。权利要求1.一种流体机械部件，其是至少与流体接触的面由钢、钢板、铸铁或铸钢构成的流体机械部件，其特征在于，在所述流体接触面上施加了聚脲树脂衬里。2.如权利要求1所述的流体机械部件，其特征在于，所述衬里的因浆料侵蚀所产生的损耗量小于钢、钢板、铸铁或铸钢的因浆料侵蚀所产生的损耗量。3.如权利要求1或2所述的流体机械部件，其特征在于，所述衬里是多层膜，各层的膜厚为0，23.0mm，并且在该膜内存在的气孔的比例在10°/。以下。4.如权利要求13中任何一项所述的流体机械部件，其特征在于，所述衬里的耐水扩散系数在l.OXl(T5以下。5.—种流体机械，其具有权利要求14中任何一项所述的流体机械部件。全文摘要本发明提供一种施加了聚脲树脂衬里的流体机械部件及具有该部件的流体机械，该流体机械部件的耐浆料侵蚀性能超过母材，并且可在常温附近进行施工，不伴随产生母材的变质或变形。所述流体机械部件是至少与流体接触的面由钢、钢板、铸铁或铸钢构成的流体机械部件，其特征在于，在该流体接触面上施加了聚脲树脂衬里。文档编号F04D29/44GK101096765SQ20071012637公开日2008年1月2日申请日期2007年6月29日优先权日2006年6月30日发明者小川俊之,杉山宪一,浅野保夫,长坂浩志申请人:株式会社荏原制作所