聚合物基渣漿泵修復(fù)材料的研究

王進(jìn)龍，張 析，白守元，王 軍，張 紅，許素敏，李 飛

(西北礦冶研究院，甘肅 白銀 730900）

在有色金屬行業(yè)，許多設(shè)備和部件均受到流體腐蝕和沖蝕磨損。如浸出反應(yīng)槽、儲(chǔ)槽、濃密機(jī)、電解槽、球磨機(jī)、渣漿泵、旋流器、攪拌桶等選冶設(shè)備。尤其是渣漿泵在運(yùn)行過(guò)程中，受到高速流動(dòng)的固液相流體沖蝕磨損，使用周期大為縮短，不僅增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本，而且由于設(shè)備檢修次數(shù)增大，使得勞動(dòng)強(qiáng)度變大。

本文利用聚氨酯預(yù)聚物對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行增韌改性，選擇納米耐磨填料增強(qiáng)改性聚合物，明顯地改善了涂層的機(jī)械性能和抗蝕抗磨性能。制備的復(fù)合涂層材料用于渣漿泵修復(fù)，取得了良好的效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)主要原料

試驗(yàn)所用的主要原材料規(guī)格及廠家如表1。

表1 試驗(yàn)原材料及規(guī)格

1.2 聚氨酯/環(huán)氧樹脂聚合物合成實(shí)驗(yàn)

將稱量好的TDI加入三口瓶中，攪拌升溫，當(dāng)溫度升至40℃～50℃時(shí)，按一定速度分批加入經(jīng)脫水后的聚醚多元醇和催化劑，在50℃保溫?cái)嚢?0min，升溫至70℃保溫2h，90℃～95℃保溫1h，加入助劑，繼續(xù)保溫30min，取樣測(cè)NCO值，當(dāng)NCO達(dá)到規(guī)定值(3.5±0.5%)后降溫至40℃，過(guò)濾。然后將稱量好的經(jīng)脫水處理后的環(huán)氧樹脂加入三口燒瓶中，攪拌升溫至50℃，加入催化劑、聚氨酯預(yù)聚體，60℃反應(yīng)30min，90℃～95℃保溫3h，110℃保溫1h，加入助劑，保溫30min后測(cè)游離二異氰酸酯含量，達(dá)到規(guī)定值(＜0.5%)后降溫至50℃過(guò)濾、包裝備用。合成工藝見圖1。

圖1 聚氨酯/環(huán)氧樹脂聚合物合成工藝圖

1.3 材料配方實(shí)驗(yàn)

聚合物基渣漿泵修復(fù)材料配方采用無(wú)溶劑配方設(shè)計(jì)方案，旨在提高復(fù)合材料與基體材料的粘結(jié)強(qiáng)度和避免有機(jī)溶劑揮發(fā)到大氣中對(duì)環(huán)境造成污染。

該材料由A、B兩個(gè)組分構(gòu)成。A組分由聚合物、耐磨填料、助劑三部分組成，B組分由T-28固化劑和填料組成。材料配方見表2。

表2 聚合物基渣漿泵修復(fù)材料配方

1.4 材料性能指標(biāo)

聚合物基渣漿泵修復(fù)材料主要性能指標(biāo)見表3。

表3 聚合物基渣漿泵修復(fù)材料主要性能指標(biāo)

2 工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)工況條件

工業(yè)試驗(yàn)選用的渣漿泵為白銀有色集團(tuán)選礦公司磨浮車間礦漿輸送工段，介質(zhì)為礦漿，礦漿密度為1000～1200kg/m3,礦石硬度6～8(摩氏硬度)，磨礦粒度為0.3mm，選礦粒級(jí)為-0.074mm～+0.005mm，最大粒度＜3 mm，泵型號(hào)100ZJ-39，材質(zhì)為鎳鉻合金。

2.2 涂覆工藝

涂層材料一般都是粘附在其它材料表面上，并對(duì)基材起保護(hù)作用的。因此，涂層材料的施工工藝是影響其應(yīng)用效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在具體實(shí)施中，采用熱涂覆工藝技術(shù)，具體施工工藝為：

（1）表面處理：對(duì)涂覆的基體表面進(jìn)行處理，目的是清除基體表面的污物、銹蝕層等。一般采用噴砂處理、機(jī)械除銹等方式。表面處理完畢后，用干燥潔凈的壓縮空氣將基體表面的浮沉吹除干凈。

（2）基體表面偶聯(lián)處理：將配置好的5%～10%硅烷偶聯(lián)劑KH560二甲苯溶液均勻涂刷在已經(jīng)過(guò)表面處理的基體表面，放置于烘箱中在60℃～80℃預(yù)熱1h。

（3）涂層材料配置：該材料為A、B兩個(gè)組分，使用前先將材料預(yù)熱至40℃～50℃，按照A：B=4：1(重量比)的比例將A、B兩個(gè)組分充分混勻，配置好的材料一般在2h之內(nèi)用完。

（4）材料施工：采用熱涂覆工藝，將配置好的涂層材料均勻涂覆在被涂基體的表面。

（5）涂層材料固化：將涂覆好的基體（工件）放在烘箱中，在80℃～100℃固化2h,120℃固化1h。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)研發(fā)的材料在上述工況條件下運(yùn)行的渣漿泵上進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4。

表4 渣漿泵修復(fù)前、后使用時(shí)間對(duì)比

由表4可知，采用聚合物基渣漿泵修復(fù)材料的備件使用時(shí)間與原備件使用時(shí)間相當(dāng)，但渣漿泵材質(zhì)一般均為鎳鉻合金，價(jià)格較高，而聚合物基渣漿泵修復(fù)材料修復(fù)費(fèi)用僅為原備件的60%，成本優(yōu)勢(shì)明顯，可為企業(yè)節(jié)約維修費(fèi)用，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

通過(guò)試驗(yàn)表明，材料的破壞主要來(lái)自礦漿的沖蝕磨損，這種磨損機(jī)理中金屬材料的破壞屬于硬碰硬。

只有通過(guò)細(xì)化碳化物晶粒，提高基體馬氏體轉(zhuǎn)變量，增強(qiáng)二者的結(jié)合力，使抗剝離強(qiáng)度升高才能保證磨損面的；聚合物基渣漿泵修復(fù)材料采用軟碰硬的方式抵御流體沖蝕磨損，流體的沖蝕被材料中的彈性體部分吸收，使材料表面微變形，從而縮小摩擦接觸面積，降低了表層失效的風(fēng)險(xiǎn)，提高了材料抗磨損能力。

綜上所述，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析。研制的聚合物基渣漿泵修復(fù)材料，在抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、耐磨性、耐溫性等方面性能優(yōu)良；納米二氧化硅及微米級(jí)SiC加入，可明顯改善涂層材料的耐蝕耐磨性。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)工業(yè)設(shè)備及備件在運(yùn)行過(guò)程中磨損破壞和腐蝕破壞形式分析，利用自制的聚合物為基料，用芳香胺和改性多元胺復(fù)配型T-28為固化劑，采用經(jīng)偶聯(lián)處理的納米二氧化硅和微米SiC對(duì)聚合物增強(qiáng)改性，制備的聚合物基渣漿泵修復(fù)材料經(jīng)過(guò)性能測(cè)試和應(yīng)用結(jié)果可得出如下結(jié)論。

（1）以E-44環(huán)氧樹脂為基質(zhì)，通過(guò)合成的聚氨酯預(yù)聚物對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行增韌改性，選擇通過(guò)KH550偶聯(lián)處理的納米SiO2和微米SiC增強(qiáng)改性聚合物，明顯地改善了涂層的機(jī)械性能和抗蝕抗磨性能，制備的復(fù)合材料其涂層抗拉強(qiáng)度大于60MPa，抗壓強(qiáng)度大于90MPa，抗剪強(qiáng)度大于30MPa，磨耗值小于0.007g，耐多種介質(zhì)腐蝕，耐液相溫度大于100℃，氣相溫度大于150℃。

（2）該聚合物基渣漿泵修復(fù)材料配方采用無(wú)溶劑配方設(shè)計(jì)，提高了復(fù)合材料與基體材料的粘結(jié)強(qiáng)度，避免了有機(jī)溶劑揮發(fā)到大氣中對(duì)環(huán)境造成污染。

（3）工業(yè)試驗(yàn)表明，采用聚合物基渣漿泵修復(fù)材料的備件使用時(shí)間與原備件使用時(shí)間相當(dāng)，聚合物基渣漿泵修復(fù)材料修復(fù)費(fèi)用僅為原備件的60%，成本優(yōu)勢(shì)明顯。