一种抗垢耐蚀涂层及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于水环真空泵技术领域，具体涉及一种抗垢耐蚀涂层及其制备方法和应用。

背景技术

水环真空泵是一种低真空泵，在工作过程中所抽送的气体处于液体包围的环境中，可以抽送易燃易爆、有毒、温升容易引起分解的气体，在石油、化工、煤矿领域有着广泛的应用。例如在煤矿领域，水环真空泵作为瓦斯抽放系统的关键部件，很大程度上决定了瓦斯抽采系统的工作效率。

水环真空泵过流部件主要包括叶轮叶片、分配板、壳体等，常用材料为碳钢Q235B。煤矿瓦斯抽放系统是将地下水直接用作水环真空泵工作液，地下水含有较多的钙、镁等盐类，硬度比较大。由于水环真空泵工作时工作液温度较高，因此容易在过流部件表面结垢。此外，瓦斯气体中除了N

为提高水环真空泵的工作效率，需要对水环真空泵过流部件的结垢与腐蚀问题进行处理，常用处理方法是机械除垢与采用防腐涂料。机械除垢是通过人工利用工具清除结垢层，这种方法有较好的除垢效果，但必须停机对整个水环真空泵进行拆卸，费时费力。现有技术在过流部件上常采用的防腐涂料包括有机高分子材料和金属材料，其中有机高分子材料(如环氧树脂、聚氨酯、酚醛树脂)制备的涂层，由于水环真空泵工作环境比较恶劣，该防腐涂料的使用寿命较短(通常为1～2年)，并且采用有机高分子材料制备涂层一般采用直接喷涂的方法，即用喷枪将所制备的有机高分子材料溶液直接喷涂到基体表面，经固化后得到涂层，例如，张雪梅等人在学术期刊《化工新型材料》(2022年50卷1期：P277-281)上发表的论文“喷涂法制备超疏水涂层及其在多种基底表面的应用研究”，通过直接喷涂法在金属表面制备了具有疏水性的有机涂层，该涂层存在与基体的结合强度较差的缺陷。金属材料一般采用热喷涂的方法制备涂层，如等离子喷涂，通过将纯金属和/或金属氧化物粉末(如常用的纯金属有Al、Ti、Ni等，常用的金属氧化物有TiO

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗垢耐蚀涂层及其制备方法和应用，本发明提供的抗垢耐蚀涂层与基体之间具有较高的粘结性能，同时具有优异的抗垢性能和耐蚀性能。

为了实现本发明的目的，本发明提供了以下技术方案：

一种抗垢耐蚀涂层，包括依次设置在基体表面的NiCrMoFeW粘结层和工作层；所述工作层为Cr

优选地，所述NiCrMoFeW粘结层的厚度为50～100μm。

优选地，按质量百分含量计，所述NiCrMoFeW粘结层的元素组成包括：Ni56％％、Cr16.5％、Mo17％、Fe6％和W4.5％。

优选地，所述工作层的厚度为100～200μm。

本发明还提供了上述技术方案所述抗垢耐蚀涂层的制备方法，包括以下步骤：

采用等离子喷涂法将NiCrMoFeW合金粉末喷涂至基体表面，得到NiCrMoFeW粘结层；

采用等离子喷涂法将Cr

对所述Cr

优选地，所述NiCrMoFeW合金粉末的粒度为44～105μm；所述Cr

优选地，采用等离子喷涂法制备所述NiCrMoFeW粘结层和Cr

优选地，所述修饰的方式为将所述Cr

优选地，所述活性硅醇溶液的制备方法，包括以下步骤：将异丙醇、氟硅烷和乙酸混合，进行水解，得到活性硅醇溶液；所述异丙醇、氟硅烷和乙酸的体积比为9～9.8:0.1～0.5:0.1～0.5；

所述修饰的温度为20～30℃：所述修饰的时间为3～8h。

本发明还提供了上述技术方案所述抗垢耐蚀涂层或上述技术方案所述制备方法制备的抗垢耐蚀涂层在水环真空泵中的应用。

本发明提供了一种抗垢耐蚀涂层，包括依次设置在基体表面的NiCrMoFeW粘结层和工作层；所述工作层为Cr

本发明提供了所述抗垢耐蚀涂层的制备方法，包括以下步骤：采用等离子喷涂法将NiCrMoFeW合金粉末喷涂至基体表面，得到NiCrMoFeW粘结层；采用等离子喷涂法将Cr

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的抗垢耐蚀涂层的制备流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种抗垢耐蚀涂层，包括依次设置在基体表面的NiCrMoFeW粘结层和工作层；所述工作层为Cr

在本发明中，所述NiCrMoFeW粘结层的厚度优选为50～100μm，更优选为80～100μm，进一步优选为90μm。

在本发明中，按质量百分含量计，所述NiCrMoFeW粘结层的元素组成优选包括：Ni56％％、Cr16.5％、Mo17％、Fe6％和W4.5％。

在本发明中，所述工作层的厚度优选为100～200μm，更优选为100～150μm，进一步优选为130μm。

本发明还提供了上述技术方案所述抗垢耐蚀涂层的制备方法，包括以下步骤：

采用等离子喷涂法将NiCrMoFeW合金粉末喷涂至基体表面，得到NiCrMoFeW粘结层；

采用等离子喷涂法将Cr

所述Cr

本发明采用等离子喷涂法将NiCrMoFeW合金粉末喷涂至基体表面，得到NiCrMoFeW粘结层。在本发明中，所述NiCrMoFeW合金粉末的粒度优选为44～105μm，更优选为60～80μm。本发明优选根据所需NiCrMoFeW粘结层的成分选择相应的NiCrMoFeW合金粉末；在本发明的实施例中，具体采用Metco47c型号的NiCrMoFeW合金粉末，来源于欧瑞康美科公司。在本发明中，所述NiCrMoFeW合金粉末中镍、铬具有可抗高温氧化、耐多种化学介质腐蚀的作用，钼具有自粘结效应，在保证抗垢耐蚀性能的同时，提高涂层与基体之间的结合强度。

在本发明，采用等离子喷涂法制备所述NiCrMoFeW粘结层的条件优选为：电弧功率优选为30～40kW，更优选为30～33kW；喷涂距离优选为100～110mm，更优选为108～110mm，喷涂角度优选为75～90°，更优选为85～90°；载流主气优选为氮气，主气流量优选为30～40L/min，更优选为30～33L/min；送粉气为氢气，送粉气流量优选为9～12L/min，更优选为9～10L/min。

在本发明中，将所述NiCrMoFeW合金粉末喷涂至基体表面前优选还包括：对基体依次进行喷砂、清洗和预热。在本发明中，所述基体优选为水环真空泵过流部件表面、水环真空泵泵轴和水环真空泵泵盖中的一种，更优选为水环真空泵过流部件表面；所述基体的材质优选为碳钢Q235B、铸铁和304不锈钢中的一种，更优选为碳钢Q235B。

在本发明中，所述喷砂采用的沙粒优选为白刚玉，所述白刚玉的粒度优选为0.5～1mm。在本发明中，所述喷砂的压力优选为0.4～0.8MPa，更优选为0.6MPa；所述喷砂的角度优选为70°～90°，更优选为75°；所述喷砂的距离优选为90～110mm，更优选为100mm。在本发明中，所述喷砂能够去除锈蚀和氧化皮，增大基体表面粗糙度，产生抛锚效应，进而提高涂层与基体的结合强度。

在本发明中，所述清洗优选为采用丙酮进行超声清洗。本发明优选通过清洗去除基体表面残留的油污等杂质。

在本发明中，所述预热优选为采用等离子喷枪对基体表面进行预热。在本发明中，所述预热的温度优选为100～200℃，更优选为150℃；所述预热的时间优选为0.2～1h，更优选为0.3h。本发明优选通过预热去除基体表面的湿气和水分，同时能够提高基体与喷涂粉末接触时的界面温度，进而有利于提高基体与涂层之间的结合强度。

得到NiCrMoFeW粘结层后，本发明采用等离子喷涂法将Cr

在本发明，采用等离子喷涂法制备所述Cr

得到Cr

在本发明中，所述修饰的方式优选为将所述Cr

本发明对所述活性硅醇溶液的用量没有特殊限定，实现对所述Cr

在本发明，所述活性硅醇溶液的制备方法，优选包括以下步骤：将异丙醇、氟硅烷和乙酸混合，进行水解，得到活性硅醇溶液。

在本发明中，所述氟硅烷优选为全氟癸基三甲氧基硅烷或十七氟辛基三乙氧基硅烷，更优选为全氟癸基三甲氧基硅烷。

在本发明中，所述异丙醇、氟硅烷和乙酸的体积比优选为9～9.8:0.1～0.5:0.1～0.5，更优选为9:0.5:0.5。在本发明中，所述异丙醇作为溶剂，具有溶解氟硅烷的作用；所述乙酸具有促进氟硅烷水解的作用。

在本发明中，所述水解优选在搅拌条件下进行，所述搅拌优选为磁力搅拌；所述搅拌的速率优选为100～500r/min，更优选为300r/min；所述水解的时间优选为4～8h，更优选为5h；所述水解的温度优选为20～30℃，更优选为25℃。

得到活性硅醇溶液后，本发明将所述Cr

在本发明中，所述修饰后优选还包括干燥。在本发明中，所述干燥的方式优选为采用烘箱烘干；本发明对所述干燥的时间没有特殊限定，达到充分干燥目的即可。

本发明还提供了上述技术方案所述抗垢耐蚀涂层或上述技术方案所述制备方法制备的抗垢耐蚀涂层在水环真空泵中的应用。

在本发明中，所述抗垢耐蚀涂层的应用条件优选包括酸性、碱性或中性条件；更优选为酸性条件；所述酸性条件的pH值优选为6。

为了进一步说明本发明，下面结合附图和实施例对本发明提供的抗垢耐蚀涂层进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

本发明以下实施例以及对比例中所用原料部分来源如下：

NiCrMoFeW合金粉末：Metco47c，粒度为60～80μm，来源于欧瑞康美科公司。

Cr

实施例1

按照图1所示流程图制备抗垢耐蚀涂层，具体如下：

对材质为碳钢Q235B的水环真空泵过流部件表面采用粒度为0.5～1mm的白刚玉进行喷砂处理，喷砂处理的条件为：喷砂压力为0.6MPa，喷砂角度为75°，喷砂距离为100mm；喷砂后采用丙醇在超声条件下清洗；清洗后采用等离子喷枪，在150℃条件下对水环真空泵过流部件表面进行预热0.3h，得到预处理水环真空泵过流部件；

采用等离子喷涂法将NiCrMoFeW合金粉末喷涂至上述预处理水环真空泵过流部件表面，得到厚度为90μm的NiCrMoFeW粘结层；其中所述等离子喷涂法的操作条件为：电弧功率为30kW；喷涂距离为110mm，喷涂角度为90°；载流主气为氮气，主气流量为30L/min；送粉气为氢气，送粉气流量为9L/min；

采用等离子喷涂法将Cr

将异丙醇、全氟癸基三甲氧基硅烷和乙酸按体积比9：0.5：0.5混合，在室温(25℃)且300r/min磁力搅拌下水解5h，得到活性硅醇溶液。

将上述涂覆有所述NiCrMoFeW粘结层和所述Cr

对比例1

参照实施例1的制备方法制备抗垢耐蚀涂层，不同之处仅在于不喷涂NiCrMoFeW粘结层。

对比例2

不涂覆任何涂层的水环真空泵过流部件。

测试例

对涂覆有实施例1和对比例1～2所述抗垢耐蚀涂层的水环真空泵过流部件进行测试，

采用浸泡实验对抗垢耐蚀涂层的抗垢性能进行测试；

采用电化学工作站对抗垢耐蚀涂层的耐蚀性进行测试；

采用拉伸实验对抗垢耐蚀涂层的结合强度进行测试。

实验结果如表1所示。

表1实施例1和对比例1～2涂覆有实施例1和对比例1～2所述抗垢耐蚀涂层的水环真空泵过流部件测试结果

比较实施例1和对比例1可知，本发明提供的抗垢耐蚀涂层与水环真空泵过流部件表面的结合强度为28MPa，与不喷涂NiCrMoFeW粘结层抗垢耐蚀涂层相比，结合强度提高50％以上，具有优异的粘结性能，同时使叶片使用寿命提高1倍以上。

比较实施例1和对比例2可知，相同测试条件下，涂覆有本发明制备的抗垢耐蚀涂层的叶片表面结垢质量仅为不涂覆无涂层的叶片表面结垢质量的30％，抗垢性能优异；本发明制备的抗垢耐蚀涂层的缓蚀率为90％，具有优异的耐蚀性能。

尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。