硼酸铝晶须增强涂料的冲刷磨损性能研究

data-full-width-responsive="true"> 硼酸铝晶须增强涂料的冲刷磨损性能研究□ 孟庆武1,黄 雷1,马明利2,刘 杨2,赵晓京1(1．大庆石油学院,黑龙江大庆 163318；2大庆油田储运销售分公司,黑龙江大庆 163453)0 前 言刷涂在管线内壁的防腐涂料受到流体的冲刷作用,长期冲刷的结果造成涂层逐渐磨损减薄,特别是在含固体颗粒的流体里,固体颗粒的冲击磨削作用会很快导致涂料的磨损。为了提高涂料耐颗粒流体的冲刷性能,就必须提高涂料的抗撕裂能力。在涂料里添加长径比较大的晶须,依靠晶须的骨架连接作用,可望提高涂料的抗撕裂能力。硼酸铝晶须是近年来开发出的一种成本较低的晶须,具有优良的耐热、耐腐蚀、高强度等特性,适于作为各种有机和复合材料的增强相。本文在涂料里添加分散好的硼酸铝晶须,利用冲刷磨损试验机测试晶须增强涂料的冲刷磨损性能,以探索晶须对涂料耐冲刷磨损性能的增强效果。1 试验材料和试验方法11 试验材料和制备选用的硼酸铝晶须的分子式为9A l2O32B2O3,晶须的直径尺寸为05～10 m,长度尺寸为20～40 m,见图1。选择环氧酚醛涂料作为增强涂料的基体,将硼酸铝晶须经过充分分散后,按照表1的配比添加到环氧酚醛涂料里。增强型涂料的配置过程为：先量取30 mL环氧酚醛涂料,加入20 m L固化剂,搅拌均匀,静置1 h ；再按照体积比4∶1量取适量(根据晶须加入量)二甲苯和丁醇,搅拌均匀,配成稀释剂；然后在稀释剂中加入表1配比量的硼酸铝晶须,手动搅拌后,放入超声波清洗器中清洗30 m i n ,再利用磁力搅拌器搅拌20 m i n ,以保证分散均匀；最后将分散好的稀释剂加入到环氧酚醛涂料里,磁力搅拌器搅拌60 m i n ,放置待用。共配置5种配比的晶须增强涂料。12 冲刷磨损试验冲刷磨损试验采用自制的转盘式冲刷磨损试验装置。2个冲刷试样对称安装在转盘上,试样轴线间距100 m m,试验转速为200 r/m i n,即冲刷线速度约为628 m/m i n,每组试样均采用相同的冲刷时间30 min。用感应量为10-4 g的分析天平称量试样冲刷磨损前后的重量差,每个试验参数做2对试样,计算冲刷量平均值。采用S-3400型扫描电子显微镜对磨损表面进行观察分析。冲刷涂料试样的制备过程为：试样母材采用45钢材料,加工成圆柱状试样,直径8 m m,长度55mm；试样待冲刷表面(长度35 mm)均经过240水砂纸打磨,丙酮除油；然后刷涂配好的涂料,放入烘干箱中,90 ℃初步烘干后,再刷涂第二遍涂料,使厚度大于10 mm,在150 ℃充分烘干。冲刷液采用陶瓷砂粒＋清水介质,砂与水的体积配比为1∶9。砂粒选用A l2O3陶粒,颗粒尺寸为100～300 m,见图2。冲刷液注入高度刚好浸没试样冲刷段部分,每一组试样测试完后均更换冲刷液。2 试验结果与分析21 涂料冲刷磨损失重量分析图3示出在相同的冲刷时间30 min下,添加不同配比晶须的涂料试样的冲刷磨损失重量。失重量数据对比可以看出,环氧酚醛涂料的冲刷磨损失重量为0187 4g,添加晶须的涂料试样的冲刷磨损失重量明显小于环氧酚醛涂料,随着晶须添加量的增大,涂料试样的冲刷磨损量逐渐减小,最小值为0061 8 g。但是,在配比增大到14%晶须＋涂料时,涂料试样的冲刷磨损量反而出现增大的趋势。这说明晶须添加过多容易造成团聚,分散性不好,增强效果减弱。最合理的配比为10%硼酸铝晶须＋涂料,其冲刷磨损量为环氧酚醛涂料的1/3。22 冲刷磨损表面分析涂料试样的冲刷磨损形态见图4和图5。环氧酚醛涂料的冲刷量很大,试样左端已经露出金属本色,而晶须增强涂料的冲刷量较小,涂料层仍然完好。在扫描电子显微镜下观察,2种涂料的冲刷磨损表面微观形态见图6和图7。在放大高倍条件下,环氧酚醛涂料的表面可以看到众多的疏松和孔洞,这是涂料烘干固化时收缩产生的。在沙粒流体的冲击下,这种疏松结构涂料十分容易破碎和撕裂开,造成冲刷磨损量大。晶须增强涂料试样的微观表面比较致密,无大的疏松和孔洞,说明在涂料烘干固化时,晶须的钉扎连接作用阻止了孔洞的产生。在沙粒流体的冲击下,这种致密结构涂料不容易破碎,晶须的连接骨架也使得撕裂难以进行,因而造成冲刷磨损量较小。3 结 论将硼酸铝晶须经过充分分散后,添加到环氧酚醛涂料里,配置出晶须增强涂料。在陶瓷砂粒＋清水介质里进行冲刷磨损试验,在相同的冲刷时间里,晶须增强涂料试样的冲刷磨损失重量明显小于环氧酚醛涂料,最合理配比为10%硼酸铝晶须＋涂料,其冲刷磨损量为环氧酚醛涂料的1/3。晶须增强涂料里的晶须钉扎连接作用消除了涂料固化的孔洞,使得这种致密结构涂料不容易破碎和撕裂,因而冲刷磨损量较小。