[發(fā)明專利]一種具有空蝕發(fā)光功能的預警防護涂層及其制備方法

有效

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• 申請日: 2022-05-17
• 公開（公告）號: CN114807820B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發(fā)明（設計）人: 侯國梁;吳玉禮;安宇龍;崔海霞;周惠娣;陳建敏
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C23C4/129
• 分類號: C23C4/129;C23C4/134;C23C4/073;C23C4/08;C23C4/04;C23C4/06;C23C4/10;C23C4/18;C09D5/22;G01L19/12
• 代理公司: 蘭州智和專利代理事務所(普通合伙) 62201
• 代理人: 張英荷

本發(fā)明涉及一種具有空蝕發(fā)光功能的預警防護涂層，是利用熱噴涂技術在金屬基材表面依次噴涂粘結層、過渡層及應力發(fā)光層，并通過還原處理構筑與基材結合良好、對空泡潰滅沖擊力感應靈敏且能夠自主發(fā)光預警的功能涂層，可快速準確地確定過流部件表面易發(fā)生空蝕的位置；進而根據過流件實際的工況環(huán)境，采用熱噴涂或者涂料涂裝等技術在功能涂層表面覆涂具有耐空蝕性能的防護層，可實現(xiàn)對過流件空蝕損壞的精確防控。待防護層被空蝕破損擊穿后，其下方的發(fā)光層還可通過應力發(fā)光進行智能預警，提醒技術人員及時對損壞位置進行修復，以避免更大災難事故的發(fā)生。因此，本發(fā)明的預警防護涂層可用于過流部件表面的智能空蝕檢測和預警防護。

技術領域

本發(fā)明涉及一種具有空蝕發(fā)光功能的預警防護涂層及其制備方法，屬于復合涂層及智能預警防護領域。

背景技術

當水輪機、螺旋槳和水泵等過流部件在液體中高速運動時，周圍液體壓強變化強烈，引發(fā)大量微米級空泡成核、長大并潰滅，產生高速高壓的沖擊波或微射流，材料表面在反復沖擊下出現(xiàn)蜂窩狀損壞，嚴重時甚至會導致部件被擊穿或者斷裂，即發(fā)生空蝕?？瘴g廣泛存在于水力機械、船舶工程等領域的過流件表面，造成巨大經濟損失，并給裝備的安全運行帶來嚴重風險。據統(tǒng)計，我國每年僅因水電機組的空蝕損壞造成的發(fā)電量損失就超過1280億度，年檢修費及設備更新費用數以億元計，許多電站水輪機轉輪運行一個汛期就需要大修甚至更換，檢修難度大，以葛洲壩?2?號機組為例，其每年的檢修工期達?35?天左右（中國基礎科學，2010，6：3-7）。此外，航空發(fā)動機燃油系統(tǒng)的各類泵體和各種艦艇的螺旋槳等推進系統(tǒng)同樣遭受極為嚴重的空蝕損壞，甚至會導致失火爆炸和拋錨大海的嚴重事故（金屬熱處理，2007，32：66-70）。其中，無法對部件的空蝕位置及損壞進程進行準確定位和預警無疑是造成上述裝備時常發(fā)生災難性損毀的重要原因之一。因此，迫切需要研發(fā)能夠對空泡潰滅產生的沖擊力具有靈敏響應且能智能預警的涂層材料，以便更加準確地確認部件表面易發(fā)生空蝕的位置，并提醒技術人員及時通過防護手段進行精準防護或者修復。然而，人們目前通常只能通過事先在過流件表面噴涂或刷涂易剝落的有機漆膜，然后把其安裝到實際工況條件下進行空蝕實驗，一定時間后排空水或煤油等液體介質，拆卸取出過流部件或者由人鉆到復雜機構中對涂層剝落的情況進行檢查，以確認易發(fā)生空蝕的位置及相關部件的空蝕損傷程度。這種做法不僅費時費力，而且易剝涂層通常是一次性的，不利于開展系統(tǒng)試驗研究，難以對部件空蝕損壞進程進行有效監(jiān)測，所以實際應用的效果并不理想。

利用便于工程化應用的等離子噴涂等熱噴涂技術在過流部件表面噴涂具有應力發(fā)光功能的陶瓷涂層，通過其感知空泡潰滅產生的沖擊力并自動響應發(fā)射光信號進行預警，不僅可以更加直觀地觀測并確認過流部件易發(fā)生空蝕的位置，而且這種涂層較高的機械強度還可確保其在空蝕環(huán)境下能夠反復多次使用，節(jié)約資源的同時還便于空蝕問題的系統(tǒng)研究。在此基礎上，利用熱噴涂或涂料涂裝等表面技術在易發(fā)生空蝕的位置精確噴涂、刷涂或浸漬一層耐空蝕的聚氨酯、Fe基非晶、WC-Co、CoCrAlYTaCSi或Y₂O₃-ZrO₂等防護層（J.Appl.?Polym.?Sci.,?2019,?136:47668；Wear,?2014,?311:?81-92;?Ultrason.Sonochem.,?2020,?60:104799;?CN201710288314.?X），可以更好地實現(xiàn)精準防護的目的，而且在防護層被空蝕損壞擊穿后，置于其下方的發(fā)光層還可以智能預警，提醒人們及時對損壞部位進行修復，進而更好地避免嚴重災難事故的發(fā)生。因此，具有空蝕發(fā)光功能的預警防護涂層不僅為過流件表面空蝕發(fā)生位置的準確定位提供了一種新的候選材料，也為下一代智能空蝕預警防護涂層的應用提供了一種可行的途徑。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種具有空蝕發(fā)光功能的預警防護涂層及其制備方法，以便更加準確地確認部件表面易發(fā)生空蝕的位置，并提醒技術人員及時通過防護手段進行精準防護或者修復。

一、具有空蝕發(fā)光功能的預警防護涂層的制備

本發(fā)明制備具有空蝕發(fā)光功能的預警防護涂層的方法，包括以下步驟：