[发明专利]一种大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层的制备方法，包括如下步骤：(1)对大型水轮机导叶基材45#碳钢进行喷砂处理得到预处理导叶基材；(2)将水轮机导叶用耐磨防水涂料喷涂于预处理导叶基材表面，固化得到一次涂覆基材；(3)将水轮机导叶用耐磨防水涂料喷涂于一次涂覆基材表面，固化，养护10‑20天，得到大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层。水轮机导叶用耐磨防水涂料，包括组分α与组分γ，组分α与组分γ的质量比为1：0.1‑0.6；组分α包括：二异氰酸酯类化合物、低聚物二元醇、颜料、填料；组分γ包括：纳米石墨烯接枝树枝状大分子、氢化环氧树脂、聚天门冬氨酸酯和助剂。

技术领域

本发明涉及水轮机导叶技术领域，尤其涉及一种大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层及其制备方法。

背景技术

水轮机作为重要的水电设备，其叶片、导叶及过流部件长期浸没于具有腐蚀性离子的水环境中，极易出现生产事故，若经常更换则具有较高的经济成本。磨蚀是水轮机活动导叶的主要破坏形式。在空蚀、汽蚀和腐蚀的联合作用下，活动导叶表面容易产生针孔、麻点和蜂窝孔洞，甚至形成很深的划痕和沟槽，严重影响水轮机的正常运行，如果不及时检修，可能带来安全隐患，危及整个机组的安全。

随着水轮机单机容量的提高，机组尺寸的增加，比转速的提高，磨蚀问题日益突出。近年来，随着一批国产大型水轮机以及近十年来从国外引进的大型混流式水轮机转轮或水泵水轮机的投产，相继出现不同程度的磨损问题，危及电站安全运行。

目前由于水轮机过流部件常常是局部位置发生磨损，而其他部位磨损现象并不明显，同时磨损又是在表面发生，因此仅仅对其易磨损部位进行表面修复或者局部强化，可显著提高过流部件的表面性能，延长其使用寿命，且这种方法既经济又适用。

对于水轮机叶片及其部件遭受磨蚀的问题，可以通过采用耐磨蚀涂料进行防护的方法来解决，而在防腐涂料中添加石墨烯，可以有效优化涂料各方面的性能。石墨烯是一种单原子层结构的二维平面纳米型碳基材料，它具有高比表面积，优异的导电性，高强度，高韧性等特点。利用石墨烯改性大型水轮机导叶，一方面石墨烯的片层结构和疏水性会阻止水分子接触导叶表面；另一方面，石墨烯可以替代部分金属填料，节约成本，节能环保。

然而由于石墨烯纳米片层具有较高的比表面能，极容易发生团聚现象，同时与涂料中有机物相容性差，高含量石墨烯不利于充分分散，导致导叶性能提高受限，过多的石墨烯可以降低环氧树脂的耐腐蚀性，当腐蚀介质通过涂层时，涂层便失去对金属的保护作用，亟待解决。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种大型水轮机导叶制造用耐磨防水涂层及其制备方法。

纳米石墨烯接枝树枝状大分子，采用羧基化石墨烯与端氨基树枝状结构大分子通过缩合反应，使石墨烯接枝在树枝状结构大分子的端部。

上述纳米石墨烯接枝树枝状大分子的制备方法，包括如下步骤：

S1、将氧化石墨烯、降冰片烯二酸酐分散于四氢呋喃中超声分散，然后采用Co-60辐照，辐照剂量为20-30kGy，过滤，洗涤呈滤液呈中性，干燥后依次置于氢氧化钠水溶液、盐酸中静置水解，取出，洗涤至滤液呈中性，干燥得到羧基化石墨烯；

S2、将乙二胺溶解于甲醇中，氮气保护下冰水浴搅拌过程中滴加三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，40-50℃反应5-10h，再置于冰水浴中，搅拌过程中滴加乙二胺，40-50℃反应5-15h，减压蒸馏去除甲醇，萃取，真空干燥得到端氨基树枝状结构大分子；

S3、将羧基化石墨烯、端氨基树枝状结构大分子、4-N,N-二甲基吡啶加入氮氮二甲基甲酰胺中，氮气保护下加入氮氮二异丙基碳二亚胺，30-40℃反应20-60h，过滤，透析，干燥得到纳米石墨烯接枝树枝状大分子。