撒兴军 刘明霞/西安陕鼓动力股份有限公司

刘道新/西北工业大学航空学院

沿海地区轴流风机叶片耐蚀性涂层的应用性研究

撒兴军 刘明霞/西安陕鼓动力股份有限公司

刘道新/西北工业大学航空学院

0　引言

轴流鼓风机组是高炉炼铁工艺动力心脏设备，随着高炉的大型化，对鼓风机组的安全可靠性、长周期稳定运行、高效节能、噪声环保等提出了更高的要求。如果大型高炉鼓风机组一旦因叶片腐蚀或断裂等故障停机，则将严重影响钢铁厂家生产任务的完成，甚至导致高炉瘫痪报废［1］。因此，大型轴流式高炉鼓风机组长效运行的关键在于轴流风机叶片的安全可靠性。

轴流风机机组叶片断裂失效型式多为振动引起的疲劳断裂，它包括裂纹萌生、稳定扩展和最后失稳瞬断三个阶段，其中，叶片表面腐蚀坑是叶片疲劳裂纹源的主要表现形式之一［2］。而在沿海地区，由于海水的蒸发，形成了含有大量盐分气体的大气环境，此种气体中盐雾含量较高，特别是氯离子含量较高，对金属叶片有较强的腐蚀作用［3］。为了提高叶片的安全可靠性，往往需要对沿海地区轴流风机叶片表面进行耐蚀性涂层防护。本文对两种可现场修复用涂层进行了详细研究，并分别对其耐腐蚀、粘接强度和耐冲蚀性进行了评价，以期为工程实际应用提供依据。

1　基材及涂层

1.1基体材料

涂层基体材质为某种马氏体不锈钢，其热处理工艺及力学性能要求按正常叶片产品要求执行，性能合格后，进行试样加工，试样尺寸为φ30×10mm的圆片，见图1，其试样编号为0#。

1.2涂层材料

本次试验涂层为两种高分子涂层，分别编号为1#涂层和2#涂层，其特征如下：

1#涂层为单组份涂层：底漆和中间漆为HCP144高氯化聚乙烯云铁底漆，颜色为铁红色；面漆为HCP145高氯化聚乙烯面漆，颜色602铂灰。

2#涂层为高分子树脂-橡胶聚合物涂层：由双酚F高分子树脂和丁晴橡胶聚合而成，内加偶联剂、渗透剂、防老剂、交联剂、抗氧剂、固化剂等配制的一种热固性特种防腐涂料。

该涂料粘接力强、交联密度大、抗渗能力强、导热、抗一定气流的冲刷磨损，耐高低温性能良好，收缩率小。

1.3涂层制备

施工环境：温度为10℃～30℃，相对湿度不大于85％或基体表面温度应比露点温度高3℃，施工作业环境不宜含有大量油气成分。

对不进行防腐处理的部位进行保护。

涂层制备分三步，分别为喷砂、化学清洗和喷涂。

喷砂：喷砂除锈，达到GB8923.1要求的Sa2.5级，粗糙度为60～100μm，粗化金属表面，消除基材在加工过程中产生的内应力；

化学清洗：用由多种有机化合物复合而成的Lg-2化学清洗液清洗基材表面，集脱脂、脱油、脱水和化学清洗为一体。能和金属基体发生化学反应，将涂层和基体间的物理结合变为化学结合，提高粘接强度，减少应力对防腐层的破坏。

喷涂：在经过处理后的基体试样上喷涂高分子防腐材料。除此之外，还分别制作了粘接强度试验拉伸涂层试样和成品叶片涂层样件。

值得注意的是，预处理后的基体表面不应受潮或其它介质污染，不应含有氯离子等附着物，严禁用手直接触摸［4-5］；涂层叶片在搬运过程中要格外小心，尽量避免人为的剧烈磕碰，特别是叶片的外沿和边角处，搬运前须对这些部位实施保护。

2　试验方法

2.1酸性盐雾腐蚀试验方法［6］

将模拟工业风机服役介质的盐溶液进行雾化，以考核不锈钢叶片材料及表面防护层的耐腐蚀性能。喷雾是由清洁压缩气源和盐溶液来共同完成的。压缩空气从气泵出来后，经过油水分离、初次减压、增湿加热、二次减压、积水器，进入工作室喷嘴，喷嘴压力为0.5～1.0kg/cm2。压缩空气在喷嘴尖端高速流出，导致喷嘴尖端周围产生负压，此时在大气压力下，盐溶液被压入喷气口下面的导液管，从而在高速气流的作用下将导液管内的盐水雾化喷出。

盐雾实验利用SY/Q—750型盐雾腐蚀试验箱进行，为了模拟工业大气环境，盐雾腐蚀实验参数如下：

a）腐蚀介质选为5％NaCl+H2SO3溶液，用H2SO3调节溶液的pH值3.0±0.1；

b）工作室内连续通入CO2气体，其流量为25m l/min；

c）工作室温度为40±3℃；采用连续喷雾方式，腐蚀箱内相对湿度保持94±5％，试验周期720h（30天）。

2.2粘接强度试验

粘接强度试验的拉伸试样采用直径为15mm的圆棒，在其端面制作涂层，用粘接胶粘接后分别在室温和高温（100℃）下进行拉伸测试。高温拉伸试样加热到预定温度后保温20min后开始拉伸，试验在万能拉伸试验机上进行，每个试验温度下分别测试三个试样。

2.3冲蚀磨损试验

冲蚀磨损利用空气压缩机产生的高压空气通入混料箱，冲蚀试验在实验机中进行，冲蚀磨损试验参数如表1所示。

表1　冲蚀磨损试验参数表

2.4频率测试

采用敲击激励法对涂层前后叶片的静频进行测试，测试设备为DP730动态信号分析仪。

3　试验结果及分析

将基材和涂层试样放入盐雾腐蚀试验箱中，随时间增加观察试样腐蚀状况。试验表明，基材在试验进行4天后试样表面腐蚀面积约30％，试验进行16天后试样表面腐蚀面积约90％，试验进行30天后试样表面基本全部被腐蚀产物所覆盖，即腐蚀已十分严重，如图2所示。由此表明，不锈钢基材耐腐蚀性能不是很好，其原因归于其含铬量较低，而含碳量却较高［7-8］。涂层试样在腐蚀16天时，1#和2#涂层试样均为出现腐蚀现象，而腐蚀试验进行23天后，1#涂层试样表面个别点及边缘有腐蚀迹象，而2#涂层试样的表面未出现腐蚀现象。腐蚀试验进行30天后，1#涂层试样表面个别点及边缘腐蚀稍有加重，并且局部有鼓泡现象，但是2#涂层试样的表面仍未出现腐蚀现象，如下图3所示。因此2#涂层的耐腐蚀比1#涂层好。涂层粘接强度的测试结果，见表2。对比可知，1#涂层整体附着力差，在高温下的附着力衰减很快，在100℃下，1#涂层达到了软化点，强度为0MPa，衰减100％。2#涂层在室温粘接强度试验过程中，涂层完好，仅试样端面之间的粘接胶断开，其室温粘接强度要高于1#涂层。在高温拉伸试验过程中，2#涂层的粘接强度为10.5MPa，附着力衰减31.8％以上，试样涂层出现了部分脱落，其高温附着力大于1#涂层。

表2　涂层室温和高温下粘接强度的测试结果表

依据相应标准，拉开法测试的涂层粘接强度应不低于8MPa，因此1#涂层不能满足要求，而2#涂层可以满足使用要求。

各试样冲蚀后的表面形貌如图4和图5所示。对比可知，与1#涂层相比，2#涂层冲蚀破坏面积略小，耐冲蚀性略好，但是在表2所示的试验条件下两种涂层均出现冲蚀到基体破坏的现象。这主要是源于高分子涂层硬度低，无论在30°小攻角下，还是在90°大攻角下，抗固体粒子冲蚀性能均较差，不能有效保护不锈钢基材。由于轴流风机的运输介质为沿海空气，不含有固体粒子，因此该指标不作为两种涂层的主要评价指标。

表3　涂层喷涂前后叶片频率测试结果表Hz

为考察涂层对叶片频率的影响，对成品叶片在喷涂涂层前后进行了固有频率测试，测试对比结果见表3。对比发现，叶片喷涂涂层后频率普遍比喷涂前降低，降低百分比（平均值）最大为3.2％，且1#涂层比2#涂层降低较大。在产品设计时考虑设计频率富裕量，使叶片尽可能的不修磨或者少修磨，以保证叶片安全可靠性。

4　结论

1）盐雾腐蚀试验后，1#涂层试样表面个别点及边缘腐蚀较严重，并且局部有鼓泡现象，但是2#涂层未出现腐蚀现象，因此2#涂层的耐腐蚀比1#涂层好。

2）1#涂层在100℃下的附着力为0MPa，衰减率为100％；2#涂层在室温和高温下的粘接强度均高于1#涂层，满足使用要求。

3）由于高分子涂层的硬度低，两种涂层的耐冲蚀磨损性能均较差，2#涂层稍好。

4）涂层对叶片的频率影响较小，在产品设计时考虑设计频率富裕量，使叶片尽可能的不修磨或者少修磨，能够保证叶片安全可靠性。

［1］艾中华，王昭霞.高炉风机叶片断裂事故处理［J］.设备管理与维修，2011（10）：33-34.

［2］周蕾玲，茅建新，赵刚，等.TRT透平机叶片断裂分析［J］.冶金设备管理与维修，2012，30（2）：66-67.

［3］汪轩义，王光雍，屈组玉，等.环境因素对碳钢和低合金钢大气腐蚀的影响［J］.中国腐蚀与防护学报，1995，15（2）：124-128.

［4］郑顺兴.漆前表面预处理技术的发展［J］.表面技术，2004，33（1）：1-3.

［5］张金涛，胡吉明，张鉴清.金属涂装预处理新技术与涂层性能研究方法进展［J］.表面技术，2005，34（1）：1-4.

［6］宋华.几种涂层耐腐蚀性能试验方法探讨［J］.2001（12）：23-25.

［7］魏宝明.金属腐蚀理论及应用［M］.北京：化学工业出版社，1984.

［8］吴承建，陈国良，强文江.金属材料学［M］.北京：冶金工业出版社，2006.

■为保证沿海地区轴流风机叶片的长期安全可靠性运行，本文将两种高分子涂层作为轴流压缩机叶片试验涂层，分别采用盐雾腐蚀试验箱、万能拉伸试验机和冲蚀试验机对其耐腐蚀性、粘接强度、耐冲蚀性能进行了试验测定。同时，为保证叶片频率富裕量，还制备了成品叶片涂层样件，并采用动态信号分析仪对涂层喷涂前后叶片的频率进行了测试，考察了涂层对叶片固有频率的影响，为叶片设计提供了分析依据，进一步提高了轴流叶片的安全可靠性。通过对比发现，确定高分子树脂—橡胶聚合物涂层具有优良的综合性能，可作为沿海地区轴流叶片防腐蚀涂层。

■轴流叶片；高分子涂层；粘接强度；耐腐蚀；耐冲蚀；频率

Research and Application ofCorrosionresistant Coating for Axial Fan Blade in CoastalAreas

Sa Xing-jun，Liu Ming-xia Liu Dao-xin/ Process and development department Xi'anShaangu PowerCo.，Ltd
Liu Dao-xin/Aeronautical institute Northwestern PolytechnicalUniversity

To ensure long-term security and operational reliability of the axial fan blade in the coastal areas，the corrosion-resistance，the adhesivestrength and theerosion-resistanceof two kinds of polymer coatings were tested by salt spray corrosion test，universal tensile test and erosion test respectively.Meanwhile，in order to investigate the influence of the coating on the natural frequency，blade samples were also prepared andmeasured by dynamic signal analyzer before and after spraying.The measured frequency results provide the analytical basis for the blade design.It is demonstrated that the resin-rubber polymer coating has better excellent overall performance and it could be applied as the effective anti-corrosion coating in the coastal areas.

axial fan blade；polymer coating；adhesive-strength；corrosion-resistant；erosion resistant；frequency

TH443；TK05

A

1006-8155（2016）04-0073-05

10.16492/j.fjjs.2016.04.0131

2015-12-22陕西西安710075