偏心铰弧门面板抗磨防腐蚀涂层研究与应用

谭莹

（三门峡新华水工机械有限责任公司，河南三门峡472000）

1 引言

小浪底水利枢纽排沙洞偏心铰弧门因运行工况特殊，运用频繁，弧门面板磨损腐蚀破坏较为严重，严重影响着闸门设备的运行安全。目前，国内水工闸门在提高耐磨性能方面的防腐蚀应用技术相对较少、发展缓慢。所以，为了有效解决运行于多泥沙河流的偏心铰弧门磨损和腐蚀问题，寻找一个工艺先进、现场可操作性、经济合理的抗磨防腐蚀涂层技术方案则显得十分必要。

2 小浪底水利枢纽排沙洞偏心铰弧门面板抗磨防腐蚀情况

小浪底水利枢纽排沙洞偏心铰闸门面板最初采用的是“H06—4环氧富锌防锈底漆+8840环氧不锈钢鳞片漆”涂层方案，经多年运行，实践证明其抗磨防腐蚀性能不能满足闸门的运行要求，详见图1。抗磨防腐蚀方案的过早失效，一方面加大了防腐检修和维护费用，最关键的是磨损、锈蚀及频繁的防腐喷沙对闸门基体产生了较强的破坏,使闸门面板变薄，缩短闸门的使用寿命，已危及闸门的安全运行。

图1 排沙洞工作门面板磨损情况

3 抗磨防腐蚀技术的调研和方案的选择

金属热喷涂工艺是一种材料表面强化和改性新技术，通过不同喷涂材料及工艺的优化选择，可以使基体表面具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化等性能，施工工艺相对成熟，易于推广。常见的金属热喷涂涂层方案如下：

①常用于水工闸门的金属涂层分别有锌、铝、锌铝合金、锌镁合金、稀土铝、先喷锌后喷铝和先喷铝后喷锌等方案[2]，这些金属涂层普遍存在硬度低、耐磨性差的缺陷，不适于抗磨环境；②不锈钢金属涂层具有硬度高、耐磨性强、抗破坏性能好等优点，但缺点是防腐蚀性能差、孔隙率大，防渗透能力弱；③碳化钨金属陶瓷涂层是目前国际上公认的水轮机过流部件上采用的抗磨蚀涂层，具有优良的抗磨防腐蚀效果，但其缺点是喷涂成本很高（40000元/m2），在水工闸门上大面积推广应用不具有可行性。

通过对不同金属涂层方案的对比分析，提出了利用锌层具有良好的附着力和阴极保护效果，和不锈钢具有高强度、高耐磨和长寿命的特点，决定采用喷锌+喷不锈钢的组合方案，同时用封闭漆来弥补不锈钢表面粗糙、孔隙率大、防渗透能力弱的缺点。具体方案见表1。

表1 抗磨防腐蚀涂层试验组合方案

4 抗磨涂层耐磨性能试验设备的研发

抗磨防腐蚀涂层方案的优劣仅仅依靠常规的涂层厚度、附着力、硬度、孔隙率检测均不能直接判定，而现场试验时间太长，条件也不允许，因此，需要研发与实际偏心铰弧门面板磨损腐蚀工况相近的模拟评价试验装置。该装置主要由气动竖向压紧系统和气动水平往返运动系统组成，气动竖向压紧系统包括竖向气缸、支架、承压联接件和摩擦试块；气动水平往返运动系统包括底座、滑块、连杆和水平气缸。研发时需掌握的原则：①选用典型断面、1：1模型尺寸、摩擦面之间的正压力和磨擦力与现场相符并可以调整，能够自由往复动作，压紧摩擦试块可更换等技术要求。②可进行无水、有水和有沙等多种运行工况的模拟试验，槽内水沙比可调，使试验数据真实可靠、直观高效。③试验装置应简单实用、易于操作，为此选择了高压气作为动力源，利用气缸的机械行程作为行程限位，利用手动的换向阀来实现水平方向的往复运行等。

5 试验方案

为验证各方案抗磨耐腐蚀实际效果，应对选定的七个试验方案进行耐磨、防腐蚀性能试验。

①试验原则：采用相同的试验环境，相同规格和标准要求的试验钢板，相同的涂层厚度、相同的喷涂工人和相同的检验、对比方法；每种喷涂工艺同时喷涂两块。

②试验方法：拉拨试验；盐水浸泡试验；采用模拟评价试验装置进行耐磨试验。

③试验钢板：试验钢板（400*100*10），共17块，分为二组，7 块/组，3 块备用。

④涂层制备：（略）

⑤耐磨试验：利用试验装置分别对1#～7#试块进行干磨、加清水磨、加清水及沙粒磨三种工况的试验，每种工况各磨20次，直到出现明显的磨损对比效果为止；结合盐水浸泡试验和拉拔试验结果，得到初步结论：“喷锌+喷316不锈钢+环氧金刚砂油漆”是优选的抗磨防腐蚀方案，并将该方案在小浪底水利枢纽2#排沙洞工作闸门面板上进行原型试验。为了使试验结果更加直观，在弧门的面板左半侧和右半侧选用不同的喷涂方案进行对比，以此证明经试验选择的抗磨防腐蚀方案明显优于原使用喷涂方案。

6 结语

通过采取动态模拟多方案对比试验选出最优方案，试验结果真实可信。经过工程实践证明，“锌+不锈钢+环氧金刚砂油漆”复合涂层较好地解决了磨损与电化学腐蚀的双重问题，能够延长闸门面板由于腐蚀问题而带来的维护周期，降低闸门检修费用；不锈钢复合涂层抗磨防腐蚀研究成果具有先进性和较强的实用性，是水工闸门抗磨防腐蚀技术领域的一次技术创新。