一种抗空蚀复合涂层及其制备工艺的制作方法

本发明涉及复合涂层技术领域，特别涉及一种抗空蚀复合涂层及其制备工艺。

背景技术：

空蚀一种特殊的腐蚀破坏形式，在高速流体运动的情况下，基体表面和液体会发生相对运动，由于液体压力不均会产生空化与空泡，空泡溃灭会产生高速的微射流，微射流反复冲击材料表面，最终会造成材料的破坏；近些年来，随着表面处理技术的发展，以及具有良好抗空蚀性能涂层的研制，通过表面处理技术极大地提高了过流部件的抗空蚀性，延长了使用寿命。表面激光改性、表面等离子改性、表面热喷涂、表面渗氮和堆焊等是经常使用的表面处理技术。然而表面处理技术提高材料抗空蚀性能的同时，却降低了其抗磨损性能。

现有技术中对有机涂层的研究较少，研究主要集中在环氧树脂系列、有机硅树脂、乙烯树脂、氯化橡胶、丙烯酸树脂、醇酸树脂等涂层。有机涂层与金属材料主要靠分子间作用力、部分化学键及氢键进行结合，结合强度相对较低，涂层在高速运转条件下，容易剥落，难以达到其抗空蚀效果；并且对工作环境及操作水平都要求严格，难以运用在大型工件表面且涂层破损后，局部修补比较困难，很难大面积推广使用。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种抗空蚀复合涂层及其制备工艺，旨在实现复合涂层抗空蚀的同时，提高其与金属材料的结合强度，并且实现复合涂层损坏后，容易进行局部修补。

本发明所采用的技术方案如下：

本发明提供一种抗空蚀复合涂层，包括基层和纤维复合表层，其改进之处在于，所述基层材料为改性环氧树脂，所述纤维复合表层包含网状骨架，所述网状骨架固定在所述基层上，且所述网状骨架上涂覆有弹性涂层。

进一步的，所述改性环氧树脂为环氧树脂采用环氧值小于0.22的环氧树脂为原料，并将1重量份的聚酰胺固化剂加入到9重量份的环氧树脂原料中混合制得。

进一步的，所述网状骨架材料为芳纶纤维，所述弹性涂层为聚氨酯弹性涂层。

进一步的，本发明还提供一种抗空蚀复合涂层的制备工艺，包括以下步骤：

步骤一，待喷部件确认，确认待喷部件加工完成，不再进行在加工和焊接；

步骤二，待喷部件预处理，对待喷部件进行喷砂处理，然后进行除油、除锈处理，最后采用400目砂纸进行表面打磨；

步骤三，待喷部件无损检测，对待喷部件进行无损检测，若存在缺陷，进行补焊，并重复步骤二和步骤三，至待喷部件无缺陷；

步骤四，原料制备，制备改性环氧树脂基层和聚氨酯弹性涂层；

步骤五，基层涂覆，将改性环氧树脂涂覆在待喷部件表面；

步骤六，网状骨架固定，基层涂覆完成，常温干燥1小时后，将网状骨架固定在基层之上；

步骤七，纤维复合表层涂覆，将聚氨酯弹性涂层涂覆在网状骨架上。

进一步的，所述步骤二中喷砂处理后，待喷部件的表面粗糙度不大于65μm。

进一步的，所述步骤四中所述聚氨酯弹性涂层由二苯基甲烷二异氰酸酯和聚醚二元醇合成聚氨酯预聚体后，与交联剂进行混合制得，其具体制备方法包括以下步骤：

s1：聚醚二元醇脱水，将聚醚二元醇放入搅拌容器中进行加热，加热温度控制在100℃以上，并对搅拌容器进行抽真空，真空条件下脱水4小时后冷却。

s2：聚氨酯预聚体制备，冷却后，将搅拌容器内通入氮气，然后加入二苯基甲烷二异氰酸酯，其中脱水前聚醚二元醇与苯基甲烷二异氰酸酯重量之比为1：0.08；再搅拌容器内进行搅拌，并快速加热至50℃，保持1小时，后升温至80℃保持3小时以上，完成聚氨酯预聚体制备；

s3:交联剂制备，将多亚甲基多苯基异氰酸酯与3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷按照重量比8：1进行混合，搅拌加热温度控制在100℃以上，真空条件下脱水1.5小时以上，完成交联剂制备；

s4：聚氨酯弹性涂层制备，将聚氨酯预聚体和交联剂按照官能团-nco：-nh2＝1.08：1的比例进行混合，搅拌加热到60℃充分反应后，得到聚氨酯弹性涂层。

进一步的，所述步骤五中基层涂覆厚度为70～100μm，所述步骤七中聚氨酯弹性涂层涂覆厚度不小于1mm。

进一步的，搅拌容器为中心设有搅拌轴的搅拌罐，所述搅拌罐顶部设有进料口和抽真空口，且其底部设有出料口。

有现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明采用复合涂层结构，对待喷部件进行预处理，基层可以保证复合涂层与待喷部件高附着力结合，纤维复合表层提高复合涂层的抗空蚀性能，解决了有机涂层与待喷部件之间无法紧密结合的问题。

(2)传统的有机涂层局部蚀透后，由于其整体涂覆，并且附着力低，修补时会破坏周围结构，修补困难且成本高，本发明的的纤维复合表层设有芳纶纤维材质的网状纤维骨架，芳纶纤维具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻、绝缘、抗老化、生命周期长等优良性能，增加涂层强度的同时，其网格将聚氨酯弹性涂层分为若干部分，单个网格内蚀透后，可进行小面积修补，无需整板重新打磨喷涂。

(3)本发明聚氨酯弹性涂层在搅拌容器内进行反应，能够在真空条件下，实现搅拌加热，其脱水效率更高；并且通过多次原料比例及工艺条件优化，确定涂层厚度在1mm以上时，其抗空蚀效果最好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的抗空蚀复合涂层的制备工艺流程示意图；

图2是本发明中聚氨酯弹性涂层的制备工艺流程示意图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明实施方式作进一步地详细描述。

下面将结合附图对本发明一种抗空蚀复合涂层及其制备工艺进行详细说明。

实施例1，

本实施例提供一种抗空蚀复合涂层，包括基层和纤维复合表层。其中，基层为连接待喷部件表面和纤维复合表层的过渡层，这就要求其与待喷部件之间具有较高的附着力，但是环氧系列涂层一般脆性较大，因此需要对其进行改性处理，增加其韧性，使其更好在较硬待喷部件和纤维复合表层之间连接过渡，本实施例中的基层材料为改性环氧树脂，该改性环氧树脂为环氧树脂采用环氧值小于0.22的环氧树脂为原料，并将1重量份的聚酰胺固化剂加入到9重量份的环氧树脂原料中混合制得。

纤维复合表层包含材料为芳纶纤维的网状骨架，并且网状骨架固定在基层上，且网状骨架上涂覆有聚氨酯弹性涂层。具体的，网状骨架的材料选用芳纶纤维，编制成网状结构，施工时，聚氨酯弹性涂层覆盖网状骨架，此处网状骨架起到耐磨增加纤维复合表层强度的作用，同时将聚氨酯弹性涂层分割成若干小块，单点严重破损后不影响整体性能。

施工时，完成金属表面处理后，先涂覆基层，然后在基层上固定芳纶纤维网状骨架，并以网状骨架为基础，涂覆聚氨酯弹性涂层。

具体的，聚氨酯弹性涂层由二苯基甲烷二异氰酸酯和聚醚二元醇合成聚氨酯预聚体后，与交联剂进行混合制得，如图2所示，其具体制备方法包括以下步骤：

s1：聚醚二元醇脱水，将聚醚二元醇放入搅拌容器中进行加热，加热温度控制在100℃以上，并对搅拌容器进行抽真空，真空条件下脱水4小时后冷却。

s2：聚氨酯预聚体制备，冷却后，将搅拌容器内通入氮气，然后加入二苯基甲烷二异氰酸酯，其中脱水前聚醚二元醇与苯基甲烷二异氰酸酯重量之比为1：0.08；再搅拌容器内进行搅拌，并快速加热至50℃，保持1小时，后升温至80℃保持3小时以上，完成聚氨酯预聚体制备；

s3:交联剂制备，将多亚甲基多苯基异氰酸酯与3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷按照重量比8：1进行混合，搅拌加热温度控制在100℃以上，真空条件下脱水1.5小时以上，完成交联剂制备；

s4：聚氨酯弹性涂层制备，将聚氨酯预聚体和交联剂按照官能团-nco：-nh2＝1.08：1的比例进行混合，搅拌加热到60℃充分反应后，得到聚氨酯弹性涂层。

更具体的，如图1所示，本实施例提供一种抗空蚀复合涂层的制备工艺，具体包括以下步骤：

步骤一，待喷部件确认，确认待喷部件加工完成，不再进行在加工和焊接；

步骤二，待喷部件预处理，对待喷部件进行喷砂处理，然后进行除油、除锈处理，最后采用400目砂纸进行表面打磨；喷砂处理后，待喷部件的表面粗糙度不大于65μm；

步骤三，待喷部件无损检测，对待喷部件进行无损检测，若存在缺陷，进行补焊，并重复步骤二和步骤三，至待喷部件无缺陷；

步骤四，原料制备，制备改性环氧树脂基层和聚氨酯弹性涂层；

步骤五，基层涂覆，将改性环氧树脂涂覆在待喷部件表面，基层涂覆厚度为70μm；

步骤六，网状骨架固定，基层涂覆完成，常温干燥1小时后，将网状骨架固定在基层之上；

步骤七，纤维复合表层涂覆，将聚氨酯弹性涂层涂覆在网状骨架上，聚氨酯弹性涂层涂覆厚度为1mm。

需要特别说明的是，本实施例采用的搅拌容器为中心设有搅拌轴的搅拌罐，所述搅拌罐顶部设有进料口和抽真空口，且其底部设有出料口，其中搅拌罐为现有技术，本方案中的需要在搅拌罐顶端开设抽真空口，用于内部物质在真空条件下脱水。

实施例2，

实施例2为在实施例1的基础上改变制备工艺中相关参数进行的对比实验。具体如下：

(1)在实施例1的基础上，本实施例将基层涂覆厚度增加为100μm，聚氨酯弹性涂层涂覆厚度保持为1mm。

(2)在实施例1的基础上，本实施例将基层涂覆厚度增加为100μm，聚氨酯弹性涂层涂覆厚度减小为0.5mm。

(3)在实施例1的基础上，本实施例将基层涂覆厚度增加为100μm，聚氨酯弹性涂层涂覆厚度减小为0.8mm。

(4)在实施例1的基础上，本实施例将基层涂覆厚度增加为100μm，聚氨酯弹性涂层涂覆厚度增加为1.2mm。

取上述实施例1和实施例2(1)-(4)所得样品材料，采用超声波空蚀试验机进行性能测试，每4小时进行一次样品检查，结果如下：

实施例1样品空蚀240小时后，空蚀区域复合涂层完好；

实施例2(1)样品空蚀240小时后，空蚀区域复合涂层完好；

实施例2(2)样品空蚀24小时后，基材表面出现不规则缺陷，空蚀84小时后复合涂层破坏；

实施例2(3)样品空蚀168小时后复合涂层破坏；

实施例2(4)样品空蚀240小时后，空蚀区域复合涂层完好；

综上可知，当聚氨酯弹性涂层涂覆厚度为1mm以上时，其抗空蚀性能最优，可以满足要求，需要特备说明的是，由于部件安装要求，涂层不能过厚，一般设备要求安装误差控制在5mm以内，因此涂层整体厚度应控制在3mm以内，聚氨酯弹性层厚度应控制在2.5mm以内，当涂层过厚时，其弹性过大，频繁收缩会降低基层与部件之间的结合强度。

实施例3，

本实施例提供一种抗空蚀复合涂层中的基层的制备工艺，本实施例中的基层材料为改性环氧树脂，该改性环氧树脂为环氧树脂采用环氧值小于0.22的环氧树脂为原料，并将1重量份的聚酰胺固化剂加入到9重量份的环氧树脂原料中混合制得。

其具体施工工艺如下：

步骤一，待喷部件确认，确认待喷部件加工完成，不再进行在加工和焊接；

步骤二，待喷部件预处理，对待喷部件进行喷砂处理，然后进行除油、除锈处理，最后采用400目砂纸进行表面打磨；喷砂处理后，待喷部件的表面粗糙度不大于65μm；

步骤三，待喷部件无损检测，对待喷部件进行无损检测，若存在缺陷，进行补焊，并重复步骤二和步骤三，至待喷部件无缺陷；

步骤四，原料制备，制备改性环氧树脂基层和聚氨酯弹性涂层；

步骤五，基层涂覆，将改性环氧树脂涂覆在待喷部件表面，基层涂覆厚度为70μm；

需要特别说明的是，本实施例采用的搅拌容器为中心设有搅拌轴的搅拌罐，所述搅拌罐顶部设有进料口和抽真空口，且其底部设有出料口。

取五份上述步骤所得样品放置一周以上，进行附着力测试，经测试，其平均结合强度为12mpa左右。

实施例4，

本实施例提供一种聚氨酯弹性涂层的制备工艺，具体的，聚氨酯弹性涂层由二苯基甲烷二异氰酸酯和聚醚二元醇合成聚氨酯预聚体后，与交联剂进行混合制得，其具体制备方法包括以下步骤：

s1：聚醚二元醇脱水，将聚醚二元醇放入搅拌容器中进行加热，加热温度控制在100℃以上，并对搅拌容器进行抽真空，真空条件下脱水4小时后冷却。

s2：聚氨酯预聚体制备，冷却后，将搅拌容器内通入氮气，然后加入二苯基甲烷二异氰酸酯，其中脱水前聚醚二元醇与苯基甲烷二异氰酸酯重量之比为1：0.08；再搅拌容器内进行搅拌，并快速加热至50℃，保持1小时，后升温至80℃保持3小时以上，完成聚氨酯预聚体制备；

s3:交联剂制备，将多亚甲基多苯基异氰酸酯与3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷按照重量比8：1进行混合，搅拌加热温度控制在100℃以上，真空条件下脱水1.5小时以上，完成交联剂制备；

s4：聚氨酯弹性涂层制备，将聚氨酯预聚体和交联剂按照官能团-nco：-nh2＝1.08：1的比例进行混合，搅拌加热到60℃充分反应后，得到聚氨酯弹性涂层。

其具体施工工艺如下：

步骤一，待喷部件确认，确认待喷部件加工完成，不再进行在加工和焊接；

步骤二，待喷部件预处理，对待喷部件进行喷砂处理，然后进行除油、除锈处理，最后采用400目砂纸进行表面打磨；喷砂处理后，待喷部件的表面粗糙度不大于65μm；

步骤三，待喷部件无损检测，对待喷部件进行无损检测，若存在缺陷，进行补焊，并重复步骤二和步骤三，至待喷部件无缺陷；

步骤四，聚氨酯弹性涂层涂覆，将聚氨酯弹性涂层涂覆在待喷部件表面，聚氨酯弹性涂层涂覆厚度为1mm。

需要特别说明的是，本实施例采用的搅拌容器为中心设有搅拌轴的搅拌罐，所述搅拌罐顶部设有进料口和抽真空口，且其底部设有出料口。

取五份上述步骤所得样品放置一周以上，进行附着力测试，经测试，其平均结合强度为5mpa左右。其结合强度较低，适合于表面封闭部件的涂覆，例如球形或者立方箱体等部件结构，其外表面封闭，涂覆时不需要较大附着力。

实施例5，

在实施例4的基础上，步骤四增加网状骨架；本实施例的具体施工工艺参数如下：

步骤一，待喷部件确认，确认待喷部件加工完成，不再进行在加工和焊接；

步骤二，待喷部件预处理，对待喷部件进行喷砂处理，然后进行除油、除锈处理，最后采用400目砂纸进行表面打磨；喷砂处理后，待喷部件的表面粗糙度不大于65μm；

步骤三，待喷部件无损检测，对待喷部件进行无损检测，若存在缺陷，进行补焊，并重复步骤二和步骤三，至待喷部件无缺陷；

步骤四，聚氨酯弹性涂层涂覆，将网状骨架覆盖在待喷部件表面，然后将聚氨酯弹性涂层涂覆在待喷部件表面的网状骨架上，涂层涂覆厚度为1mm。

需要特别说明的是，本实施例采用的搅拌容器为中心设有搅拌轴的搅拌罐，所述搅拌罐顶部设有进料口和抽真空口，且其底部设有出料口。

取五份上述步骤所得样品放置一周以上，进行附着力测试，经测试，其平均结合强度为3.5mpa左右；其结合强度较低，适合于表面封闭部件的涂覆，例如球形或者立方箱体等部件结构，其外表面封闭，涂覆时不需要较大附着力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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。