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(yíng)的至關(guān)重要的因素之一。目前，我國(guó)的耐磨材料整體消耗平均約為500g/t水泥，與發(fā)達(dá)國(guó)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(duì)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(chǎng)，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(zhǎng)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(duì)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(chǎng)需求難題，針對(duì)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?gòu)?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(rùn)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(jí)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(duì)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(zhǎng)期防腐，尤其適用于腐蝕惡劣、磨耗嚴(yán)重的場(chǎng)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(rùn)滑作用。

水泥混凝土是當(dāng)代最大的人造建筑材料，我國(guó)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(guó)之冠,從國(guó)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(zhǎng)久化的發(fā)展趨勢(shì),對(duì)混凝土技術(shù)提出更高的要求。

進(jìn)入90年代,由美國(guó)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(duì)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(duì)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(zhǎng)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(guó)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?，F(xiàn)今國(guó)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(jiǎn)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(duì)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(duì)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(duì)其影響很小，而且它的振動(dòng)頻率極高，常溫難以對(duì)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(duì)它造成大的影響，屬環(huán)境惰性材料，因而對(duì)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(duì)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(duì)環(huán)境所帶來的不良影響，20世紀(jì)以來，世界各國(guó)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(duì)環(huán)境和人體有害的原材料已經(jīng)是勢(shì)所必然。為了減少涂料工業(yè)對(duì)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(jí)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(duì)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(shì)，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(duì)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(jiǎn)便諸多優(yōu)勢(shì)集于一身，可適用于多種高要求的場(chǎng)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(duì)需處理部位進(jìn)行粗化處理，角磨機(jī)打磨或噴砂等；對(duì)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。可根據(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(rùn)，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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(duì)它們?cè)斐蓮?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(zhǎng)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(duì)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(jí)、水泥熟料的硬度為莫氏4～5級(jí)，這就要求內(nèi)襯材料的硬度必須在6級(jí)以上，不然就不可能耐磨。因此內(nèi)襯材料應(yīng)該在7～9級(jí)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(zhǎng)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(duì)材料造成的沖刷和磨損，減少材料在長(zhǎng)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(jiǎn)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(zhǎng)期發(fā)生的設(shè)備停機(jī)現(xiàn)象,勢(shì)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(guó)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(guó)家,我們的平均消耗約為500g/t,而發(fā)達(dá)國(guó)家200g/t都不到。所以,在我國(guó)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(zhǎng)這些部位的使用壽命，設(shè)備供應(yīng)商和水泥工作者對(duì)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(guó)產(chǎn)非金屬耐磨材料在國(guó)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?；虬l(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。化學(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(shì)

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(guó)產(chǎn)耐磨陶瓷涂料超過了國(guó)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(cè)量方法不同，測(cè)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(jí)，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(jí)。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(cè)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(guó)產(chǎn)耐磨陶瓷涂料超過了國(guó)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(zhǎng)。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(yǔ)

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(guó)產(chǎn)耐磨陶瓷涂料超過了國(guó)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(zhǎng)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