偏心鉸弧門面板抗磨防腐蝕涂層研究與應用

譚瑩

（三門峽新華水工機械有限責任公司，河南三門峽472000）

1 引言

小浪底水利樞紐排沙洞偏心鉸弧門因運行工況特殊，運用頻繁，弧門面板磨損腐蝕破壞較為嚴重，嚴重影響著閘門設備的運行安全。目前，國內水工閘門在提高耐磨性能方面的防腐蝕應用技術相對較少、發展緩慢。所以，為了有效解決運行于多泥沙河流的偏心鉸弧門磨損和腐蝕問題，尋找一個工藝先進、現場可操作性、經濟合理的抗磨防腐蝕涂層技術方案則顯得十分必要。

2 小浪底水利樞紐排沙洞偏心鉸弧門面板抗磨防腐蝕情況

小浪底水利樞紐排沙洞偏心鉸閘門面板最初采用的是“H06—4環氧富鋅防銹底漆+8840環氧不銹鋼鱗片漆”涂層方案，經多年運行，實踐證明其抗磨防腐蝕性能不能滿足閘門的運行要求，詳見圖1。抗磨防腐蝕方案的過早失效，一方面加大了防腐檢修和維護費用，最關鍵的是磨損、銹蝕及頻繁的防腐噴沙對閘門基體產生了較強的破壞,使閘門面板變薄，縮短閘門的使用壽命，已危及閘門的安全運行。

圖1 排沙洞工作門面板磨損情況

3 抗磨防腐蝕技術的調研和方案的選擇

金屬熱噴涂工藝是一種材料表面強化和改性新技術，通過不同噴涂材料及工藝的優化選擇，可以使基體表面具有耐磨、耐蝕、耐高溫氧化等性能，施工工藝相對成熟，易于推廣。常見的金屬熱噴涂涂層方案如下：

①常用于水工閘門的金屬涂層分別有鋅、鋁、鋅鋁合金、鋅鎂合金、稀土鋁、先噴鋅后噴鋁和先噴鋁后噴鋅等方案[2]，這些金屬涂層普遍存在硬度低、耐磨性差的缺陷，不適于抗磨環境；②不銹鋼金屬涂層具有硬度高、耐磨性強、抗破壞性能好等優點，但缺點是防腐蝕性能差、孔隙率大，防滲透能力弱；③碳化鎢金屬陶瓷涂層是目前國際上公認的水輪機過流部件上采用的抗磨蝕涂層，具有優良的抗磨防腐蝕效果，但其缺點是噴涂成本很高（40000元/m2），在水工閘門上大面積推廣應用不具有可行性。

通過對不同金屬涂層方案的對比分析，提出了利用鋅層具有良好的附著力和陰極保護效果，和不銹鋼具有高強度、高耐磨和長壽命的特點，決定采用噴鋅+噴不銹鋼的組合方案，同時用封閉漆來彌補不銹鋼表面粗糙、孔隙率大、防滲透能力弱的缺點。具體方案見表1。

表1 抗磨防腐蝕涂層試驗組合方案

4 抗磨涂層耐磨性能試驗設備的研發

抗磨防腐蝕涂層方案的優劣僅僅依靠常規的涂層厚度、附著力、硬度、孔隙率檢測均不能直接判定，而現場試驗時間太長，條件也不允許，因此，需要研發與實際偏心鉸弧門面板磨損腐蝕工況相近的模擬評價試驗裝置。該裝置主要由氣動豎向壓緊系統和氣動水平往返運動系統組成，氣動豎向壓緊系統包括豎向氣缸、支架、承壓聯接件和摩擦試塊；氣動水平往返運動系統包括底座、滑塊、連桿和水平氣缸。研發時需掌握的原則：①選用典型斷面、1：1模型尺寸、摩擦面之間的正壓力和磨擦力與現場相符并可以調整，能夠自由往復動作，壓緊摩擦試塊可更換等技術要求。②可進行無水、有水和有沙等多種運行工況的模擬試驗，槽內水沙比可調，使試驗數據真實可靠、直觀高效。③試驗裝置應簡單實用、易于操作，為此選擇了高壓氣作為動力源，利用氣缸的機械行程作為行程限位，利用手動的換向閥來實現水平方向的往復運行等。

5 試驗方案

為驗證各方案抗磨耐腐蝕實際效果，應對選定的七個試驗方案進行耐磨、防腐蝕性能試驗。

①試驗原則：采用相同的試驗環境，相同規格和標準要求的試驗鋼板，相同的涂層厚度、相同的噴涂工人和相同的檢驗、對比方法；每種噴涂工藝同時噴涂兩塊。

②試驗方法：拉撥試驗；鹽水浸泡試驗；采用模擬評價試驗裝置進行耐磨試驗。

③試驗鋼板：試驗鋼板（400*100*10），共17塊，分為二組，7 塊/組，3 塊備用。

④涂層制備：（略）

⑤耐磨試驗：利用試驗裝置分別對1#～7#試塊進行干磨、加清水磨、加清水及沙粒磨三種工況的試驗，每種工況各磨20次，直到出現明顯的磨損對比效果為止；結合鹽水浸泡試驗和拉拔試驗結果，得到初步結論：“噴鋅+噴316不銹鋼+環氧金剛砂油漆”是優選的抗磨防腐蝕方案，并將該方案在小浪底水利樞紐2#排沙洞工作閘門面板上進行原型試驗。為了使試驗結果更加直觀，在弧門的面板左半側和右半側選用不同的噴涂方案進行對比，以此證明經試驗選擇的抗磨防腐蝕方案明顯優于原使用噴涂方案。

6 結語

通過采取動態模擬多方案對比試驗選出最優方案，試驗結果真實可信。經過工程實踐證明，“鋅+不銹鋼+環氧金剛砂油漆”復合涂層較好地解決了磨損與電化學腐蝕的雙重問題，能夠延長閘門面板由于腐蝕問題而帶來的維護周期，降低閘門檢修費用；不銹鋼復合涂層抗磨防腐蝕研究成果具有先進性和較強的實用性，是水工閘門抗磨防腐蝕技術領域的一次技術創新。