耐磨陶瓷涂料開拓水泥設(shè)備涂裝新領(lǐng)域

耐磨陶瓷涂料開拓水泥設(shè)備涂裝新領(lǐng)域

劉道春

(湖北十堰東風(fēng)汽車公司，十堰 442001)

在水泥廠中，有很多設(shè)備和管道要受到有腐蝕作用的散狀物料的沖刷而引起磨損。據(jù)統(tǒng)計(jì)，水泥行業(yè)因磨損而引起的停機(jī)時(shí)間占總停機(jī)時(shí)間的50%～55%。設(shè)備磨損問題已經(jīng)成為決定一個(gè)水泥企業(yè)高效運(yùn)營的至關(guān)重要的因素之一。目前，我國的耐磨材料整體消耗平均約為500g/t水泥，與發(fā)達(dá)國家整體<200g/t水泥相比還有較大差距。因此，提高水泥設(shè)備相關(guān)零件的耐磨性，降低耐磨材料的消耗，大幅度提高耐磨件的使用壽命，對提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，節(jié)約資源和能源具有重大的意義。耐磨陶瓷涂料應(yīng)用于水泥設(shè)備的維護(hù)中具有效果顯著,深受廣大用戶的歡迎。

1設(shè)備表面耐磨陶瓷凃料涂層的作用

眾所周知，耐磨陶瓷涂料是一種非金屬膠凝材料，它是采用耐酸和耐堿的人工合成原料，經(jīng)嚴(yán)格的工藝配比和先進(jìn)的無機(jī)聚合技術(shù)制成的一種粉狀陶瓷材料。在施工現(xiàn)場，將特制液體無機(jī)膠水加入這種材料，采用人工或機(jī)械方式涂抹在設(shè)備內(nèi)襯或表面，經(jīng)過一系列的化學(xué)反應(yīng)，在常溫下3天后達(dá)到陶瓷的結(jié)合強(qiáng)度和硬度，故命名為耐磨陶瓷涂料。

石油化工的各種塔類設(shè)備、泵、輸送管道、儀表設(shè)備以及軍事裝備的部件，它們不僅工作在很強(qiáng)的腐蝕環(huán)境中，同時(shí)又不斷運(yùn)動(dòng)，承受著不同介質(zhì)的沖擊與磨損。其表面在受到長時(shí)間的沖擊與機(jī)械作用后，會(huì)很快磨損，乃至剝落從而失去對基材的保護(hù)作用，影響到設(shè)備的質(zhì)量和壽命。另外，這些部件通常不可拆卸，修復(fù)表面難度很大，甚至有些情況根本無法操作。解決市場需求難題，針對這種情況，運(yùn)用科技手段，生產(chǎn)廠家利用改性技術(shù)，研發(fā)出新型的高硬度耐磨陶瓷涂料，該種涂料固化后硬度可達(dá)9H，能有效防止零部件磨損過快。

耐磨陶瓷涂料是一種膠凝材料，由于原料采用特殊的處理方法和嚴(yán)格工藝控制組成，通過一系列的化學(xué)反應(yīng)，使其能在常溫下形成極高的強(qiáng)度及硬度，達(dá)到陶瓷的結(jié)合強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，故而稱陶瓷耐磨涂料。它具有施工方便，維護(hù)容易，成本低廉的特點(diǎn)而被廣泛采用。

陶瓷耐磨原料主要有骨料和超細(xì)結(jié)合粉兩項(xiàng)組合，顆粒緊密堆積，因而沒有較大的宏觀缺陷，體積密度大，其常溫下強(qiáng)度可達(dá)150MPa以上，特殊產(chǎn)品可達(dá)280MPa以上，是普通混凝土和耐火澆筑料無法比擬的。原料主要采用離子化合物和部分人工合成共價(jià)化合物，根據(jù)固體理論，離子鍵和共價(jià)鍵屬強(qiáng)結(jié)合鍵，而結(jié)合系統(tǒng)由于采用復(fù)合強(qiáng)化措施和特殊處理，形成化學(xué)結(jié)合，所以強(qiáng)度和剛度很大，可有效抵御物料的高速?zèng)_擊力和剪切應(yīng)力。

耐磨陶瓷硬質(zhì)涂層在機(jī)械工業(yè)中，主要是用于切削工具、模具和耐磨損耐腐蝕零件的表面強(qiáng)化。主要作用有高硬度，降低摩擦系數(shù)，降低粘結(jié)磨損;化學(xué)穩(wěn)定性，降低摩擦磨損，降低粘結(jié)磨損，降低化學(xué)擴(kuò)散磨損;低熱擴(kuò)散系數(shù)，降低基底熱負(fù)荷;和工件材料低親和力，降低摩擦磨損，不形成積削瘤，降低粘結(jié)磨損;具有抗循環(huán)疲勞能力。耐磨陶瓷的耐蝕涂層主要用于在各類有耐磨，抗腐蝕要求的機(jī)體表面制備耐磨涂從如大負(fù)荷細(xì)顆粒沖蝕磨損的泵體、葉輪、風(fēng)機(jī)殼體、管道彎頭、管道螺旋輸送器等的修復(fù)和預(yù)保護(hù)。

重防腐陶瓷涂料通過將納米、亞微米陶瓷顆粒和樹脂結(jié)合在一起，形成獨(dú)特的囊狀陶瓷，起到保護(hù)作用。每一陶瓷顆粒都被涂上樹脂，最后被緊緊地包在固化膜下。陶瓷成份在固化過程中產(chǎn)生的收縮極小，固化后涂層內(nèi)應(yīng)力非常小。小的收縮和內(nèi)應(yīng)力意味著涂層更持久、更堅(jiān)韌，具有超強(qiáng)的附著力、重防腐、強(qiáng)耐磨性、強(qiáng)潤滑性、極好的柔韌性、低滲透率、涂層薄、綠色環(huán)保等性能特點(diǎn)。重防腐耐磨納米陶瓷涂料由改性環(huán)氧樹脂與特種陶瓷粉組成，可在常溫下固化。由于該涂料中使用三種不同球型結(jié)構(gòu)納米、亞微米級的陶瓷粉，合理選用填料的PVC值，使每一個(gè)陶瓷粉顆粒均被涂上環(huán)氧樹脂，緊緊的包在固化膜下，涂料同時(shí)具備了陶瓷的剛性和環(huán)氧樹脂的韌性，從而使涂層具有超光滑的表面、極強(qiáng)的抗沖擊力和卓越的耐腐蝕性和耐磨性。重防腐陶瓷涂料適用范圍非常廣泛，可對鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料的設(shè)備和設(shè)施長期防腐，尤其適用于腐蝕惡劣、磨耗嚴(yán)重的場合。重防腐陶瓷涂料中含有三種改性陶瓷粉：貼近底層起與被涂體牢固粘接的作用；保護(hù)被涂體的作用；及潤滑作用。

水泥混凝土是當(dāng)代最大的人造建筑材料，我國水泥產(chǎn)量已超過5億噸,約占世界年產(chǎn)水泥的1/3,混凝土用量為世界各國之冠,從國家重點(diǎn)建設(shè)工程到村鎮(zhèn)建筑大量采用,混凝土和鋼筋混凝土應(yīng)用愈來愈廣泛,混凝土科學(xué)技術(shù)也不斷取得進(jìn)步，特別是世界范圍工程大型化、建筑高層化、壽命長久化的發(fā)展趨勢,對混凝土技術(shù)提出更高的要求。

進(jìn)入90年代,由美國首先提出的高科技混凝土(HPC)的新概念,其基本要求是混凝土應(yīng)具備有良好的耐久性、工作性和強(qiáng)度。建筑工程如高層化、大荷載、大跨度、大體積、快速、經(jīng)濟(jì)、節(jié)約以及特種工種等要求，推動(dòng)了高性能混凝土的發(fā)展。高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)較普通混凝土要求嚴(yán)格和復(fù)雜得多,如對粗集料性能、水泥性能、水灰比、超塑化劑和復(fù)合減水劑和加水量都有嚴(yán)格的要求。超強(qiáng)耐磨陶瓷涂料優(yōu)良的力學(xué)性能和耐磨指數(shù)可以應(yīng)用于水泥行業(yè)余熱發(fā)電系統(tǒng)以及電廠循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)襯，經(jīng)受嚴(yán)酷的高溫和高速熱態(tài)含塵氣流的沖刷和磨損，有效地提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)周期。耐磨陶瓷涂料的防腐涂層是由高性能耐磨顆粒(碳化硅、金剛砂等)與改性增韌耐熱樹脂進(jìn)行復(fù)合得到的高性能耐磨防腐聚合材料。廣泛用于修復(fù)因沖蝕、腐蝕和氣蝕對設(shè)備的磨損，也用于在有耐磨、防腐要求的機(jī)件表面制備耐磨防腐涂層。如電廠、港口、水利水電、礦山等水泵殼體，電廠、水泥廠、礦山等風(fēng)機(jī)殼體及浮選機(jī)等的修復(fù)和防護(hù)。由于在水泥生產(chǎn)線上有諸多設(shè)備和管道內(nèi)部長期受到物料或高濃度含塵氣體的沖刷，比如立磨選粉機(jī)出口、磨機(jī)出口風(fēng)管、選粉機(jī)、球磨機(jī)溜槽、下料斗、各種閥門內(nèi)腔、閘板及輸送管道等等，耐磨陶瓷涂料在以上各部位得到廣泛的應(yīng)用。目前，國產(chǎn)非金屬耐磨材料在水泥企業(yè)、鋼廠、電廠得到認(rèn)可和應(yīng)用。

2耐磨陶瓷涂料的主要成分與性能特點(diǎn)

耐磨陶瓷涂料屬于功能涂料領(lǐng)域，是一種新型的水性無機(jī)涂料，它是以納米無機(jī)化合物為主要成分，并且以水為分散質(zhì)，涂裝后通常經(jīng)過低溫加熱方式固化，形成性能和陶瓷相似的絕緣涂膜。現(xiàn)今國內(nèi)的陶瓷絕緣涂料，主要功能絕緣、耐高溫，抗腐蝕，機(jī)械性能好等特點(diǎn)，通常使用不同的制備方法、一些具有獨(dú)特性質(zhì)的填料以及添加劑等來相應(yīng)制備出具備相應(yīng)功能的陶瓷涂料，并予以加強(qiáng)其自身的性能。而由于現(xiàn)在綠色環(huán)保、低碳、價(jià)格低廉、制備工藝簡單等理念已廣泛地普及，一些具備這些性質(zhì)的陶瓷涂料會(huì)在將進(jìn)一步提升和研發(fā)。

環(huán)氧樹脂有較好的耐化學(xué)藥品性，尤其是耐堿性突出，對各種基材有極好的黏結(jié)性，極好的韌性、硬度和柔軟性，優(yōu)良的耐水性，被廣泛用于涂層材料，并且已經(jīng)在工業(yè)中已大量使用，但由于其固化后形成較致密的芳香結(jié)構(gòu)，交聯(lián)密度大，內(nèi)聚力高，變形能力差，往往呈脆性狀態(tài)，用其制備的耐磨涂料往往無法滿足性能上的要求，尤其是在較高的溫度下。為進(jìn)一步提高耐磨涂料的高溫下耐磨性能，研發(fā)人員經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)，終于找到了合適的解決方法：將環(huán)氧樹脂與有機(jī)硅氧烷結(jié)合。由于—Si—O—鍵具有很高的鍵能,其聚合物分子鏈具有高度卷曲性。利用有機(jī)硅對環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，可使其熱穩(wěn)定性、耐候性、脆性等得到明顯改善，同時(shí)因低表面自由能的聚有機(jī)硅涂覆于樹脂表面，使環(huán)氧樹脂的防水、防油性能得以改善。環(huán)氧樹脂作為有機(jī)高分子成膜物質(zhì)，制成的涂料在附著力、柔韌性、耐沖擊性、施工性及成品儲(chǔ)存等方面都相當(dāng)優(yōu)越，但是在耐高溫、耐溶劑性、耐氧化性介質(zhì)、抗高濃度電介質(zhì)滲透方面存在著難以克服的弱點(diǎn)。采用特制的剛性無機(jī)填料改性環(huán)氧樹脂，如：玻璃鱗片、云母、耐蝕金屬片陶瓷微粉等，可以降低樹脂的流動(dòng)性、收縮性和固化時(shí)引起的溫升，同時(shí)也提高了涂料的耐酸性、耐磨性、耐熱性和導(dǎo)熱性。這是因?yàn)樘刂坪铣傻臒o機(jī)填料本身硬度很高，耐磨性好，與環(huán)氧樹脂、溶劑等不發(fā)生反應(yīng)，在固化過程中不會(huì)有新的物質(zhì)生成，且在固化中無機(jī)填料收縮很小，內(nèi)應(yīng)力小，再加上與環(huán)氧樹脂緊密結(jié)合，形成致密保護(hù)層，從而達(dá)到增強(qiáng)耐磨性及硬度的目的。

陶瓷耐磨涂料主要由耐磨骨料和結(jié)合系統(tǒng)組成，密度非常大，無大的宏觀缺陷，強(qiáng)度可達(dá)150MPa，是一般混凝土和耐火澆注料無法企及的，主要是采用了離子化合物和部分人工合成共價(jià)化合物，其離子鍵結(jié)合牢固，所以強(qiáng)度和剛度很大，可有效抵御物料的沖擊力和剪切應(yīng)力。而結(jié)合系統(tǒng)由于采取復(fù)合強(qiáng)化措施和特殊處理，形成化學(xué)結(jié)合，致使其強(qiáng)度很高。

由于陶瓷耐磨涂料采用無定向鋼纖維和定向網(wǎng)狀增強(qiáng)措施，通過耦合進(jìn)一步改善韌性，具有優(yōu)良的韌性和抗震性，所以抗斷裂、韌性強(qiáng)，可有效防止沖擊力造成的破損和剝落。另一方面，由于離子鍵和其共價(jià)鍵為強(qiáng)結(jié)合鍵，鍵能比較高，低溫對其影響很小，而且它的振動(dòng)頻率極高，常溫難以對其構(gòu)成威脅，不會(huì)產(chǎn)生熱震損毀。由于耐磨陶瓷涂料采取了雙重補(bǔ)強(qiáng)措施，有的甚至采取了多種補(bǔ)強(qiáng)措施，有效地改善了材料性能，而且陶瓷材料低的線脹系數(shù)，使其體積穩(wěn)定，不可能產(chǎn)生裂縫，因而整體性好，另外施工為整體施工，無接縫出現(xiàn)，因而整體性進(jìn)一步提高。由于采用了耐酸和耐堿的人工合成原料，不會(huì)和礦渣發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)由于這種材料多為高溫合成原料，環(huán)境相容性好，晶體發(fā)育好，結(jié)構(gòu)完整，環(huán)境溫度不會(huì)對它造成大的影響，屬環(huán)境惰性材料，因而對環(huán)境敏感性差。

耐磨陶瓷涂料無機(jī)非金屬材料，主要成分為硅酸鹽和氧化鋁，和地球巖石層成分相近，不會(huì)造成土質(zhì)惡化和重金屬離子污染，不會(huì)影響環(huán)境。耐磨陶瓷涂料性能指標(biāo)見表1。

表1　耐磨陶瓷涂料性能指標(biāo)

由于具有上述特點(diǎn)，常溫耐磨陶瓷涂料的耐磨性能是16Mn鋼的9倍、65Mn鋼的8倍、耐火澆注料的45倍。耐磨陶瓷涂料為耐高溫?zé)o機(jī)涂層，可以用在鐵、鋼、鋁、陶瓷、玻璃表面，廣泛用于冶金、石油工業(yè)、天然氣開采、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域，最高可以耐1500℃甚至更高的溫度。其不僅耐高溫，還有耐熱沖擊和耐磨等性能，通過涂層，可對金屬表面，各種耐火材料表面進(jìn)行表層改性，以達(dá)到提高基體材料的使用性能，同時(shí)節(jié)省能源，提高金屬基體材料使用壽命1～2倍以上。耐磨陶瓷涂料應(yīng)用于高溫電熨斗，電飯鍋，微波爐，烤盤等產(chǎn)品上，與金屬的附著力非常好，非常堅(jiān)硬，高溫煅燒后強(qiáng)度更加顯著，而且不開裂。具有良好的耐油性能和耐酸耐堿性，顏色多彩。

3陶瓷涂料的成膜原理及與傳統(tǒng)涂料的區(qū)別

鑒于傳統(tǒng)涂料工業(yè)對環(huán)境所帶來的不良影響，20世紀(jì)以來，世界各國紛紛制定了嚴(yán)厲的環(huán)保法規(guī)來限制工業(yè)廢水、廢氣和廢渣的排放，逐步淘汰一些對環(huán)境和人體有害的原材料已經(jīng)是勢所必然。為了減少涂料工業(yè)對環(huán)境的影響，涂料工程師們已經(jīng)設(shè)計(jì)出了降低VOC排放量并能夠滿足環(huán)保法規(guī)的新型涂料，包括水性涂料、高固體分涂料、無溶劑液體樹脂涂料、粉末涂料和輻射固化涂料等。陶瓷涂料與任何傳統(tǒng)的合成樹脂有機(jī)涂料都不同，是一種全新的水性無機(jī)涂料。它是以納米無機(jī)化合物為主要成份，涂裝后通過低溫加熱方式固化，形成性能和陶瓷相似的涂膜。

涂料的構(gòu)成由于基料的不同，成膜機(jī)理也就不同。如以干性油為主要基料的油性漆，和以干性油及樹脂為主要基料的磁的磁性漆，它們干結(jié)成膜的過程，都以氧化和聚合化學(xué)反應(yīng)為主要的成膜機(jī)因；不含干性油的樹脂漆類，就不會(huì)有氧化聚合性的化學(xué)變化，只要涂料中溶劑全部揮發(fā)，即可凝結(jié)成膜；還有依靠固化劑固化或加熱烘烤才引起涂料結(jié)構(gòu)變化干結(jié)成膜的，如環(huán)氧漆、聚氨酯漆就屬于固化劑固化類型的漆，像氨基醇酸漆則是屬烘干聚合型涂料。不過所有這此涂料成膜，無論是哪種反應(yīng)機(jī)理，從涂層形成開始到逐步老化、破壞，始終是不間斷進(jìn)行著的，只是這些涂料在成膜后，反應(yīng)速度大幅度減緩，它的減緩速度，則以涂層成膜物不同性能差異而已。陶瓷涂料主要成分：主要化學(xué)成分為Si(硅)，O(氧)，Al(鋁)，C(碳)等，因顏填料不同，會(huì)含有少量Fe(鐵)，Ti(鈦)等物質(zhì)。陶瓷涂料的成膜原理：多種納米級氧化物，通過改進(jìn)的溶膠-凝膠反應(yīng)，在低溫下水解固化，行成類似陶瓷和玻璃的漆膜。成膜原料完全不同于現(xiàn)在的樹脂類有機(jī)涂料，如特富龍、有機(jī)硅、聚醚砜等。故性能大不相同。成膜機(jī)理也與搪瓷不同，故克服了搪瓷耐冷熱沖擊差、耐物理沖擊差、易爆裂、顏色少、施工困難、成品率低等問題。

陶瓷涂料的原材料來自于極普通的、儲(chǔ)量極為豐富的天然礦石和金屬氧化物(如：石灰石、粘石英砂)，而且生產(chǎn)工藝也不復(fù)雜，能耗相對較低。因而原材料資源十分豐富，這與完全依賴石油化學(xué)工業(yè)、并以石油為主要原料的有機(jī)涂料相比較，不僅具有很大的資源優(yōu)勢，而且更加符合低碳要求。陶瓷涂料是以水為分散介質(zhì)，從根本上解決了涂料中溶劑對環(huán)境的污染，其環(huán)保性能不言而喻。陶瓷涂料沒有游離單體之類VOC的危害問題，即使是用于防火和耐熱，在火焰或高溫的作用下也不會(huì)向大氣中釋放出有害物質(zhì)。陶瓷涂料繼承了有機(jī)涂料和無機(jī)涂料各自的優(yōu)點(diǎn)，將耐高溫、高硬度、超耐侯、不燃無煙、環(huán)保無毒、色彩豐富、涂裝簡便諸多優(yōu)勢集于一身，可適用于多種高要求的場合。其獨(dú)特的性能解決了許多傳統(tǒng)有機(jī)涂料所不能解決的問題。

陶瓷涂料使用時(shí)對需處理部位進(jìn)行粗化處理，角磨機(jī)打磨或噴砂等；對粗化處理過的表面進(jìn)行清洗；處理過的表面應(yīng)是粗化的干燥新鮮基材表面，并且應(yīng)無油污、無粉塵。配制按重量比4∶1將A，B兩組份混合均勻，并在30min內(nèi)用完。一般是邊施工邊配置，一次配置量最大不能超過1.5kg，一次調(diào)配過多，膠凝固的快，還沒用完已經(jīng)部分凝固而不能使用?？筛鶕?jù)實(shí)際溫度冬天可適當(dāng)多配，夏天適當(dāng)少配。如氣溫過低可將A組分適當(dāng)加熱以降低粘度便于配置。涂敷耐磨防腐涂層合適的涂層厚度是1～3mm，應(yīng)將混合好的材料逐層涂敷于待修部位，第一層要壓實(shí)，使之與基材充分浸潤，涂層涂到尺寸后表層要修平整。本材料不能進(jìn)行機(jī)械加工，應(yīng)注意控制涂層厚度，以免裝配中出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。25℃固化24h即可投入使用，若溫度低應(yīng)采用加熱或延長固化時(shí)間來促進(jìn)固化；一般冬天施工可用碘鎢燈距涂層40cm的距離進(jìn)行照射加溫。陶瓷涂料的多功能性中可以賦予金屬設(shè)備涂層抗氧化功能，防水垢功能，是涂裝設(shè)備涂料在起到裝飾作用的同時(shí)，具有豐富的功能性。

4耐磨陶瓷涂料讓水泥設(shè)備經(jīng)久耐用

在水泥生產(chǎn)線上，有諸多設(shè)備和管道內(nèi)部長期受到物料或高濃度含塵氣體的沖刷，比如立磨選粉機(jī)出口、磨機(jī)出口風(fēng)管、選粉機(jī)、球磨機(jī)溜槽、下料斗、各種閥門內(nèi)腔、閘板及輸送管道等等。例如立磨生產(chǎn)的粉料在高速氣流的帶動(dòng)下，要和襯體發(fā)生強(qiáng)烈的碰撞和摩擦，進(jìn)行能量交換。襯體遭受嚴(yán)重的沖擊和沖刷，溫度上升，易于受損。水泥廠的很多機(jī)器設(shè)備都會(huì)受到散狀物料的影響,這些散狀物料大多都具有腐蝕性,會(huì)使水泥廠的管道及機(jī)器設(shè)備受到?jīng)_刷發(fā)生磨損。

水泥生產(chǎn)線立磨粉磨系統(tǒng)對襯體的要求：立磨生產(chǎn)的粉料在高速氣流的帶動(dòng)下，要和襯體發(fā)生強(qiáng)烈的碰撞和摩擦，進(jìn)行能量交換。襯體遭受嚴(yán)重的沖擊和沖刷，溫度上升，易于受損。這就要求襯體具有以下性能：粉料在立磨、選粉機(jī)及管道中進(jìn)行輸送時(shí)，速度在20m/s左右，粉料對內(nèi)襯和管道壁產(chǎn)生垂直方向的壓應(yīng)力和平行方向的剪切應(yīng)力，從而對它們造成強(qiáng)烈的沖刷和磨蝕，不斷降低內(nèi)襯厚度，降低使用壽命。內(nèi)襯長時(shí)間經(jīng)受應(yīng)力作用，存在應(yīng)力疲勞危險(xiǎn)，所以必須具有良好的抗沖擊韌性，尤其是剪切應(yīng)力，它是內(nèi)襯遭受破壞的主要原因。因此內(nèi)襯材料要有較高的機(jī)械強(qiáng)度和韌性。由于高速氣流的帶動(dòng)，粉料對襯體產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖刷，必然加快內(nèi)襯的磨損。因此內(nèi)襯必須具有良好的耐磨性能，高強(qiáng)度未必耐磨，但是耐磨必須具有高強(qiáng)度。耐磨性不僅和材料的強(qiáng)度有關(guān)，而且和材料的性質(zhì)密切相關(guān)。礦渣的硬度大概在莫氏6級、水泥熟料的硬度為莫氏4～5級，這就要求內(nèi)襯材料的硬度必須在6級以上，不然就不可能耐磨。因此內(nèi)襯材料應(yīng)該在7～9級范圍內(nèi)選擇。通常離子化合物和共價(jià)化合物有高的硬度，尤其是共價(jià)化合物。這是因?yàn)楣矁r(jià)鍵為強(qiáng)結(jié)合健，其空間有很強(qiáng)的方向性，構(gòu)成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成強(qiáng)結(jié)合。如碳化硅、碳化鈦、金剛石等，都具有高的硬度。而氧化物通常為離子化合物，部分氧化物的健強(qiáng)介于離子鍵和共價(jià)鍵之間，健強(qiáng)不及共價(jià)鍵，硬度稍低。因此內(nèi)襯應(yīng)在氧化物和碳化物、硼化物之中選擇，從而達(dá)到較高的耐磨性。立磨及輸送管道要長期和礦渣接觸，從化學(xué)成分和礦相可以知，主要為堿性化合物，與制作方法有很大關(guān)系，且經(jīng)常變化。這就要求內(nèi)襯具有較好的耐堿性，不能與礦渣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。如果和礦渣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成變質(zhì)層，就會(huì)使內(nèi)襯材料性能降低，耐磨性下降。同時(shí)由于變質(zhì)層和原始內(nèi)襯膨脹系數(shù)有差別，在溫度變化時(shí)產(chǎn)生熱應(yīng)力，造成結(jié)構(gòu)剝落，加劇內(nèi)襯材料的磨損。因而要求內(nèi)襯材料必須具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。

影響無機(jī)材料強(qiáng)度的因素是多方面的。材料強(qiáng)度的本質(zhì)是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間的結(jié)合力。選擇彈性模量高的原料，提高材料硬度和耐磨性。彈性模量E是一個(gè)重要的材料常數(shù)，是原子間結(jié)合強(qiáng)度的標(biāo)志，實(shí)際上是原子間結(jié)合力曲線上任何點(diǎn)的曲線斜率。共價(jià)鍵、離子鍵結(jié)合的晶體，由于結(jié)合力較強(qiáng)，通常有較高的彈性模量。分子鍵結(jié)合力較弱，因此彈性模量也較小。而且彈性模量還和原子間距離有關(guān)。要想獲得高強(qiáng)耐磨材料，應(yīng)該選擇離子和共價(jià)化合物，硼化鋯等常被用做磨料，廣泛地應(yīng)用于磨具行業(yè)。為了消除缺陷，提高晶體的完整性，細(xì)、密、勻、純是當(dāng)前陶瓷發(fā)展的一個(gè)重要方向，近年來出現(xiàn)了許多微晶、高密度、高純的陶瓷材料，如熱壓氮化硅陶瓷，密度接近理論值，幾乎不含氣孔，有極高的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性，是傳統(tǒng)陶瓷所無法比擬的。在設(shè)計(jì)超強(qiáng)耐磨陶瓷涂料時(shí)，應(yīng)該充分考慮材料的結(jié)構(gòu)，盡量控制氣孔的含量，提高澆注密度，細(xì)化原料的晶體發(fā)育，形成微晶結(jié)構(gòu)，增加晶體的完整性。

為提高材料的耐磨性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大力提高超強(qiáng)耐磨材料的使用壽命，增強(qiáng)材抖抵抗礦渣的高速機(jī)械沖擊對材料造成的沖刷和磨損，減少材料在長期應(yīng)力條件下疲勞造成的破壞，應(yīng)該采取增強(qiáng)措施，改善材料的結(jié)構(gòu)、優(yōu)化其性能。采用鋼纖維增強(qiáng)和金屬網(wǎng)增強(qiáng)雙重補(bǔ)強(qiáng)機(jī)制，纖維增強(qiáng)有效果明顯，操作簡單，成本低廉的特點(diǎn)，已經(jīng)在材料設(shè)計(jì)中被廣泛采用。

根據(jù)資料顯示,在水泥行業(yè)的水泥廠的停機(jī)時(shí)間中,由于這種磨損而發(fā)生停機(jī)的現(xiàn)象占整個(gè)停機(jī)時(shí)間一半的比例。這種長期發(fā)生的設(shè)備停機(jī)現(xiàn)象,勢必會(huì)導(dǎo)致工作效率的下降,進(jìn)而影響工廠的經(jīng)濟(jì)效益。所以,解決水泥廠因散裝物料沖刷而引起磨損的導(dǎo)致停機(jī)的問題,是企業(yè)當(dāng)前需要解決的重點(diǎn)難題。就目前我國水泥廠的發(fā)展?fàn)顩r而言,耐磨材料的消耗量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過發(fā)達(dá)國家,我們的平均消耗約為500g/t,而發(fā)達(dá)國家200g/t都不到。所以,在我國水泥廠發(fā)展中當(dāng)前最應(yīng)該解決的問題就是關(guān)于耐磨材料的消耗,要降低材料消耗,就必須要增強(qiáng)水泥設(shè)備的耐磨性、使耐磨部件的使用壽命能夠得到大幅提高。

為了延長這些部位的使用壽命，設(shè)備供應(yīng)商和水泥工作者對高性價(jià)比的耐磨材料的創(chuàng)新從來就沒有停止過。為了解決這個(gè)耐蝕兼具耐磨耐高溫涂料化工難題，避免腐蝕摩擦所帶來的危害，近期，一種命名為耐磨陶瓷涂料的應(yīng)用于以上各部位的國產(chǎn)非金屬耐磨材料在國內(nèi)水泥企業(yè)、鋼廠、電廠得到認(rèn)可并廣泛應(yīng)用。北京志盛威華化工有限公司研發(fā)的ZS-1031耐磨防腐涂料，采用高新技術(shù)，特別是無機(jī)—有機(jī)納米技術(shù)，耐溫可以到達(dá)600℃高溫，涂料有機(jī)-無機(jī)增鏈嫁接，以及共混理論和互穿網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，ZS耐磨防腐涂料涂層具有良好的抗沖擊性能和抗腐蝕性能，無機(jī)-有機(jī)改性溶液成膜后飽滿光滑可以減少磨擦組力，顏料中大的陶瓷粉料作為支架抗沖擊抗撞擊，小的陶瓷粉料作為填充抗摩擦。ZS-1031超強(qiáng)耐磨陶瓷防腐涂料優(yōu)良的力學(xué)性能和耐磨指數(shù)使它還可以應(yīng)用于水泥行業(yè)余熱發(fā)電系統(tǒng)以及電廠循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)襯，經(jīng)受嚴(yán)酷的高溫和高速熱態(tài)含塵氣流的沖刷和磨損，有效地提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)周期耐磨陶瓷涂料保護(hù)易磨損部位，施工方便快捷，耐磨性、耐高溫性好，無剝落現(xiàn)象，表面幾乎無磨損，達(dá)到了設(shè)計(jì)耐磨防腐涂料要求和維護(hù)的目的，大大降低了維護(hù)費(fèi)用和生產(chǎn)成本，提高了設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率。

當(dāng)在陶瓷材料中加入高強(qiáng)顆粒時(shí)，材料抵抗應(yīng)力誘發(fā)的裂紋擴(kuò)張會(huì)得到明顯的抑制。裂紋在應(yīng)力的作用下發(fā)生擴(kuò)展遇到顆粒時(shí)，由于顆粒極高的強(qiáng)度和小的膨脹系數(shù)，裂紋被“釘”扎住，要繼續(xù)擴(kuò)展必須要求更大的能量去穿透顆粒或發(fā)生裂紋偏轉(zhuǎn)，增加界面面積，從而增加能量的消耗，提高材料的強(qiáng)度和韌性。加入顆粒后，材料的彈性模量和剪切模量都有所增加，材料的強(qiáng)度和耐磨性得到顯著地提高，可以增加耐磨材料的使用壽命，降低生產(chǎn)成本。為了提高耐磨陶瓷涂料養(yǎng)護(hù)期的強(qiáng)度和促進(jìn)結(jié)合劑的水化進(jìn)程，需要在材料的表面涂抹養(yǎng)護(hù)劑。必須設(shè)計(jì)新的養(yǎng)護(hù)劑，該養(yǎng)護(hù)劑是一種化學(xué)涂料，它采用離子交換的方式，使表面的摩爾體積比內(nèi)部的大，由于表面體積膨脹大受到內(nèi)部材料的限制，就產(chǎn)生兩向狀態(tài)的壓應(yīng)力，從而提高材料的屈服強(qiáng)度和斷裂韌性。通常是用一種大的離子置換小的離子，由于這種置換受擴(kuò)散和帶電離子的影響，壓力層厚度受到限制?；瘜W(xué)強(qiáng)化是現(xiàn)代材料發(fā)展的一個(gè)重要方向，具有很強(qiáng)的可操作性，而且非常有效。

5耐磨陶瓷涂料在水泥設(shè)備上的應(yīng)用趨勢

超強(qiáng)耐磨陶瓷防腐涂料的開發(fā)是建立在完整地理論基礎(chǔ)上的。實(shí)驗(yàn)證明，國產(chǎn)耐磨陶瓷涂料超過了國外知名產(chǎn)品實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)，有極好的耐磨性能，完全可以取代進(jìn)口的耐磨陶瓷涂料，是水泥行業(yè)立磨、輥壓機(jī)、選粉機(jī)、粉體管道閥門和粉料輸送管道內(nèi)襯的理想材料。

據(jù)報(bào)道，某水泥有限公司在2500t/d新型干法水泥生產(chǎn)線中，應(yīng)用耐磨陶瓷涂料取得了很好的效果。應(yīng)用在煤磨動(dòng)態(tài)選粉機(jī)殼體以及風(fēng)錐體，煤磨動(dòng)態(tài)選粉機(jī)出口到煤磨除塵器的進(jìn)風(fēng)管道，立磨磨輥的密封風(fēng)管，立磨到旋風(fēng)分離器的進(jìn)風(fēng)管道以及旋風(fēng)分離器內(nèi)部殼體，旋風(fēng)分離器到循環(huán)風(fēng)機(jī)的管道等等部位。使用證明，應(yīng)用耐磨陶瓷涂料保護(hù)易磨損部位，施工方便快捷，耐磨性、耐高溫性好，無剝落現(xiàn)象，表面幾乎無磨損，達(dá)到設(shè)計(jì)要求和維護(hù)的目的，大大降低了維護(hù)費(fèi)用和生產(chǎn)成本，提高了設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率。

硬度是材料的一種重要的力學(xué)性能，但在實(shí)際應(yīng)用中，由于測量方法不同，測到的硬度所代表的材料性能也不同。陶瓷及礦物材料常用的劃痕硬度叫做莫氏硬度，它只表示硬度由小到大的順序。一般將莫氏硬度分為10級，后來因?yàn)槌霈F(xiàn)了一些人工合成的硬度大的材料，又將莫氏硬度分為15級。硬度試驗(yàn)常用靜載壓入法，有布氏硬度、維氏硬度和洛氏硬度。維氏硬度適用于較硬材料如陶瓷的硬度測試。

超強(qiáng)耐磨陶瓷涂料的開發(fā)是建立在完整地理論基礎(chǔ)上的。目前國產(chǎn)耐磨陶瓷涂料超過了國外知名產(chǎn)品實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)，有極好的耐磨性能，完全可以取代進(jìn)口的耐磨陶瓷涂料，是水泥行業(yè)立磨、輥壓機(jī)、選粉機(jī)、粉體管道閥門和粉料輸送管道內(nèi)襯的理想材料。超強(qiáng)耐磨陶瓷涂料優(yōu)良的力學(xué)性能和耐磨指數(shù)可以應(yīng)用于水泥行業(yè)余熱發(fā)電系統(tǒng)以及電廠循環(huán)流化床鍋爐內(nèi)襯，經(jīng)受嚴(yán)酷的高溫和高速熱態(tài)含塵氣流的沖刷和磨損，有效地提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)周期。

水泥廠可以根據(jù)不同的設(shè)備或零件的操作溫度，選用不同種類的耐磨陶瓷涂料。根據(jù)磨損介質(zhì)和沖刷速度的不同，一般在風(fēng)管、彎頭和旋風(fēng)分離器處的施工厚度為20mm，局部磨損嚴(yán)重的部位，如選粉機(jī)下料錐斗、下料溜槽等處，可以增加施工厚度至30mm或40mm.在施工厚度為20mm的情況下，經(jīng)過除油脂、除漆等底層后，直接在設(shè)備母板上焊接鋼網(wǎng)，通常采用花網(wǎng)式焊接，焊點(diǎn)之間的間距為200～300mm.然后將現(xiàn)場攪拌均勻的耐磨陶瓷干粉、水、鋼纖維的混合物涂抹上即可。由于陶瓷涂料的常溫固化速度非?？欤虼?，每次攪拌好后應(yīng)盡快完成施工，這個(gè)施工時(shí)間期限根據(jù)現(xiàn)場溫度的不同，一般為30～60min.殘留的混合物在開始凝固后就不能繼續(xù)使用了。在施工厚度超過20mm的情況下，則需要先在設(shè)備母板上焊接隔離鋼筋。施工厚度為30mm時(shí)，采用6mm的鋼筋；施工厚度為40mm時(shí)，采用8～10mm的鋼筋；然后再在鋼筋上焊接鋼網(wǎng)，攪拌、涂抹程序與施工厚度20mm時(shí)一樣。如果是高溫情況下的應(yīng)用，例如三次風(fēng)閥門，則先在閥體上安裝耐火澆注料，其厚度根據(jù)母板使用的材質(zhì)和許可的熱耗來確定。然后再在耐火澆注料表面焊接鋼網(wǎng)，涂抹耐磨陶瓷涂料。

定向纖維的使用增強(qiáng)了耐磨陶瓷涂層的韌性，使其具有一定的抗形變能力，因此無論是在現(xiàn)場安裝好的設(shè)備上施工，還是在車間里施工完畢后再吊裝，都不會(huì)影響它的強(qiáng)度和使用壽命。耐磨陶瓷涂料常溫下(20℃)養(yǎng)護(hù)3天就可以達(dá)到所需要的強(qiáng)度和硬度，就可投入使用。耐磨陶瓷層的使用壽命與粉塵顆粒的大小、濃度、速度和沖刷角有關(guān)，顆粒越小，濃度越低，沖刷速度越低以及沖刷角度越小，耐磨陶瓷層的使用壽命就越長。通常在礦渣微粉生產(chǎn)線的網(wǎng)管里，微粉比表面積為420～450m2/kg，濃度在350g/Nm3，速度在28～30m/s，沖刷角度為30°的情況下，20mm的耐磨陶瓷層可以使用8～10年。生料磨和熟料磨粉磨的物料比礦渣的易磨性好，相同的施工厚度，使用壽命在10年以上。

6結(jié)束語

總之，耐磨陶瓷涂料在應(yīng)用中無環(huán)境污染；整體性能好；環(huán)境相容性好；具有優(yōu)良的韌性和抗震性、極高的機(jī)械強(qiáng)度和剛度；易成型，特別適合水泥廠各種異型復(fù)雜設(shè)備的內(nèi)襯。超強(qiáng)耐磨陶瓷涂料的開發(fā)是建立在完整地理論基礎(chǔ)上的。目前國產(chǎn)耐磨陶瓷涂料超過了國外知名產(chǎn)品實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)，有極好的耐磨性能，完全可以取代進(jìn)口的耐磨陶瓷涂料，是水泥行業(yè)立磨、輥壓機(jī)、選粉機(jī)、粉體管道閥門和粉料輸送管道內(nèi)襯的理想材料。耐磨陶瓷涂料抵御環(huán)境介質(zhì)作用和各種化學(xué)腐蝕的性能使其成為水泥生產(chǎn)線長期受到物料或高濃度含塵氣體的沖刷部位耐磨材料的最佳替代品。

doi:10.16253/j.cnki.37-1226/tq.2015.04.008