一种煤矿井下金属材料用弹性耐磨涂层及其制备方法

本发明涉及金属材料腐蚀防护及涂层涂覆，具体涉及一种煤矿井下金属材料用弹性耐磨涂层及其制备方法。

背景技术：

1、

2、煤矿综采等金属设备及支架等附属设施往往集中在地下矿井腐蚀环境下工作，空气湿度大，风速高、水质腐蚀性强，此种恶劣环境下，大量使用的钢结构设备及部件面临巨大的腐蚀风险，并且，由于空间限制，矿井下金属材料腐蚀后维修更换很不方便，因此，矿井环境金属材料的防腐蚀至关重要。锈蚀严重的部件甚至威胁采矿安全，进而引发灾难性事故。

3、矿井下金属装备和部件，例如井筒装备的防腐工作都在地面进行，下井组装时由于尺寸不准确，不可避免的要进行切割和焊接；在切割和焊接操作时，局部涂层被破坏。此外，由于矿井下工况特点，金属设备及附属设施在安装、生产、使用过程中不可避免会造成表面擦伤，甚至破坏防腐层。局部防腐层破损为金属材料腐蚀创造了有利条件并加速腐蚀发生。

4、目前，煤矿井下环境内金属材料防护很多采用环氧粉末涂层或热喷锌/喷铝，下井组装前即涂装好，服役后，若需要补涂，由于粉末涂料和热喷锌/铝涂装及固化条件的限制，只能采用其他类型涂料修补，这就可能造成咬底、不同类涂层粘结性差等多种问题。此外，环氧沥青等重防腐涂层实际使用时也出现诸多问题，重防腐涂层一般采用多道涂料、反复涂装的成膜方式，而井下修补涂层缺陷时，维修工人往往只涂刷一道，这对金属基材起不到原有的防腐作用。井下高湿度环境下，现用涂层的可施工性和成膜性能也有待商榷。

5、基于煤矿井下金属材料腐蚀现状，有必要开发一种新型防护涂料，涂层致密高度耐蚀，弹性树脂设计可以缓冲外力冲击，高耐磨性能可抵御摩擦损伤，同时易于维护施工，提升煤矿井下金属材料腐蚀防护能力，助力煤矿运行安全。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对煤矿井下金属材料防腐需求，综合考虑井下腐蚀环境、频繁出现的磨擦、划伤以及服役过程修复补涂工艺等问题，开发一种煤矿井下金属材料用弹性耐磨涂层及其制备方法。该涂层采用改性高弹性环氧树脂作为成膜物，氧化锆和氧化铝作为耐磨功能填料，通过官能团改性等界面设计及调控手段构筑微纳粗糙结构，加强树脂与固体离子之间交互连接，以提升涂层致密性。此涂层具有极强耐蚀性，优异的耐磨性和弹性，涂装方式灵活，施工性佳，制备工艺简单，适用于煤矿井下金属材料腐蚀防护。

2、本发明提供一种煤矿井下金属材料用弹性耐磨涂层，所述弹性耐磨涂层采用弹性耐磨涂料经喷涂、浸涂、辊涂或刷涂方式涂覆于预处理过的待涂装金属材料表面常温固化获得；所述弹性耐磨涂料包括原材料、固化剂和第一稀释剂，其中原材料、固化剂和第一稀释剂的质量比为100:33～37:8～20；

3、所述原材料由如下质量百分含量组分组成：改性高弹性环氧树脂45％～55％、纳米氧化锆7％～10％和纳米氧化铝4％～6％、滑石粉15％～23％、第二稀释剂8％～15％、分散剂1％～1.5％和消泡剂0.5％～1％。

4、进一步的，所述固化剂采用聚酰胺固化剂。

5、进一步的，所述第一稀释剂和第二稀释剂采用正丁醇、二甲苯、酮类或几种溶剂的混合稀释剂。

6、本发明还提供一种煤矿井下金属材料用弹性耐磨涂层的制备方法，包括：

7、步骤1：向高弹性环氧树脂中加入有机硅改性剂，高弹性环氧树脂和有机硅改性剂的质量比为100:2～5，同时加入微量催化剂，在80℃～85℃下超声或高速分散后制备改性高弹性环氧树脂；

8、步骤2：将纳米氧化锆和纳米氧化铝分别用与其质量比为100：15～30硅氧烷超声或搅拌清洗后，过滤、清洗后经50℃烘干备用；

9、步骤3：配置如下质量百分含量的原材料：改性高弹性环氧树脂45％～55％、纳米氧化锆7％～10％和纳米氧化铝4％～6％、滑石粉15％～23％、第二稀释剂8％～15％、分散剂1％～1.5％、消泡剂0.5％～1％；将原材料混合分散时，低速依次加入改性高弹性环氧树脂、稀释剂、分散剂、消泡剂，最后加入纳米氧化锆、纳米氧化铝和滑石粉，待原材料全部加入后，提升转速继续高速分散1h；

10、步骤4：将高速分散后的原材料转入研磨容器内研磨后，再用不高于200目的滤布过滤；

11、步骤5：按配比将过滤后的原材料与固化剂混合，根据涂装方式加入不同质量的第一稀释剂调整涂料粘度，低速搅拌后用200目过滤，静置熟化，制成弹性耐磨涂料；

12、步骤6：金属基材表面用砂纸打磨至sa2.5或采用喷砂方式进行表面处理；

13、步骤7：采用喷涂、浸涂、辊涂或刷涂方式将弹性耐磨涂料涂覆到金属基材表面，涂装后将试样静置直至干燥。

14、进一步的，所述步骤4中采用三辊研磨机或球磨机进行研磨，研磨至原材料细度≤20μm。

15、进一步的，所述步骤5中将过滤后的原材料、固化剂和第一稀释剂按质量比为100:33～37:8～20进行混合，低速搅拌后用200目过滤，静置熟化，制成弹性耐磨涂料。

16、进一步的，所述固化剂采用聚酰胺固化剂。

17、进一步的，所述第一稀释剂和第二稀释剂采用正丁醇、二甲苯、酮类或几种溶剂的混合稀释剂。

18、进一步的，制备的弹性耐磨涂层的柔韧性≤0.5mm，附着力不低于1级，冲击性不小于50cm，耐5％盐雾2000h以上，耐磨性≤30mg(1000g·500r)。

19、本发明的一种煤矿井下金属材料用弹性耐磨涂层兼具高弹性、强致密性、高耐磨、优异耐蚀性能以及出色的机械性能，可以满足煤矿井下工况实际需求，制备方法简单、工艺成熟，涂装及修补便捷高效，有效解决目前煤矿井下金属材料表面腐蚀防护的若干关键问题，科学助力煤矿井下金属设备及部件运营安全。

技术特征：

1.一种煤矿井下金属材料用弹性耐磨涂层，其特征在于，所述弹性耐磨涂层采用弹性耐磨涂料经喷涂、浸涂、辊涂或刷涂方式涂覆于预处理过的待涂装金属材料表面常温固化获得；所述弹性耐磨涂料包括原材料、固化剂和第一稀释剂，其中原材料、固化剂和第一稀释剂的质量比为100:33～37:8～20；

2.根据权利要求1所述的煤矿井下金属材料用弹性耐磨涂层，其特征在于，所述固化剂采用聚酰胺固化剂。

3.根据权利要求1所述的煤矿井下金属材料用弹性耐磨涂层，其特征在于，所述第一稀释剂和第二稀释剂采用正丁醇、二甲苯、酮类或几种溶剂的混合稀释剂。

4.一种煤矿井下金属材料用弹性耐磨涂层的制备方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的煤矿井下金属材料用弹性耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤4中采用三辊研磨机或球磨机进行研磨，研磨至原材料细度≤20μm。

6.根据权利要求4所述的煤矿井下金属材料用弹性耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤5中将过滤后的原材料、固化剂和第一稀释剂的质量比为100:33～37:8～20进行混合，低速搅拌后用200目过滤，静置熟化，制成弹性耐磨涂料。

7.根据权利要求4或6所述的煤矿井下金属材料用弹性耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述固化剂采用聚酰胺固化剂。

8.根据权利要求4所述的煤矿井下金属材料用弹性耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述第一稀释剂和第二稀释剂采用正丁醇、二甲苯、酮类或几种溶剂的混合稀释剂。

9.根据权利要求4所述的煤矿井下金属材料用弹性耐磨涂层的制备方法，其特征在于，制备的弹性耐磨涂层的柔韧性≤0.5mm，附着力不低于1级，冲击性不小于50cm，耐5％盐雾2000h以上，耐磨性≤30mg(1000g·500r)。

技术总结本发明涉及金属材料腐蚀防护技术领域，具体涉及一种煤矿井下金属材料用弹性耐磨涂层及其制备方法，弹性耐磨涂层采用弹性耐磨涂料经喷涂、浸涂、辊涂或刷涂方式涂覆于预处理过的待涂装金属材料表面常温固化获得；弹性耐磨涂料包括质量比为100:33～37:8～20的原材料、固化剂和第一稀释剂；原材料由如下质量百分含量组分组成：改性高弹性环氧树脂45％～55％、纳米氧化锆7％～10％和纳米氧化铝4％～6％、滑石粉15％～23％、第二稀释剂8％～15％、分散剂1％～1.5％和消泡剂0.5％～1％。该涂层兼具高弹性、强致密性、高耐磨、优异耐蚀性能以及出色的机械性能，可以满足煤矿井下工况实际需求。技术研发人员：闫茂成,王仕奇,范卫华,高博文受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/9