一种在大型水环真空泵叶轮表面制备抗垢涂层的方法技术

本发明专利技术公开了一种在大型水环真空泵叶轮表面制备抗垢涂层的方法。首先对大型水环真空泵的叶轮分别进行喷砂和常规超声清洗，然后用气筒吹干。选取无水乙醇和二氧化钛粉体混合制备二氧化钛乙醇溶液，在超临界二氧化碳反应釜中，加入二氧化钛乙醇溶液，将温度和压力分别升高到80℃和10MPa，使二氧化钛乙醇溶液均匀分散在超临界二氧化碳中，打开反应釜喷嘴阀门，将二氧化钛乙醇溶液喷射到直流等离子炬的高温区，微小液滴中的溶剂在高温高速环境下迅速挥发，二氧化钛纳米颗粒随之析出并快速熔化成二氧化钛熔滴，最终得到具有分层结构的二氧化钛抗垢涂层。

【技术实现步骤摘要】
一种在大型水环真空泵叶轮表面制备抗垢涂层的方法
本专利技术属于水环式真空泵
，特别涉及一种在大型水环真空泵叶轮表面制备抗垢涂层的方法。
技术介绍
目前，国内煤矿井下瓦斯抽采系统主要是由抽采泵站、抽采管路及附属设备组成。大型水环式真空泵由于抽采距离远、极限负压高而被广泛使用。水环真空泵是一种输送气体的流体机械，当叶轮按规定方向转动时，工作循环水在泵体内壁形成与叶轮一起转动的水环，依靠叶轮的旋转把机械能传递给旋转水环，又通过旋转水环对气体的压缩，把能量传递给气体并使压力升高，达到抽吸真空的目的。水环真空泵工作时，必须连续不断地从外部向泵体内部注入一定量的新鲜工作液体，以补充随气体排走的液体。由于我国大部分地区水源水质硬度较大，并且井下环境恶劣，真空泵内部叶轮在此种介质条件下工作，经过一段时间的物理化学过程，就会形成结垢。如果叶轮叶片之间及进、排气窗口上都有结垢，则水环真空泵内部密封室的容积就会缩小，进、排出气体的体积随之减少，真空泵也就逐渐失去抽取真空的作用。可见，水环真空泵内部叶轮的结垢，会引起抽气量明显下降、轴功率上升，甚至引起电机跳闸而被迫停机，严重影响着瓦斯抽采系统的稳定，因此如何预防和解决大型水环真空泵叶轮结垢的问题迫在眉睫。为提高工作效率，不得不对水环真空泵内部叶轮进行除垢工作。目前处理结垢的方法主要有两种：机械除垢和化学除垢。前者主要通过人工利用工具清除结垢，是一种对各种结垢都极为有效的方法，但是必须对整机进行拆卸，工作量大，停机费时。化学除垢是通过在泵内注入除垢剂，使之与泵内水垢进行化学反应而实现结垢的去除，该方法较为简单，但普通材质及未作防腐处理的真空泵内部叶轮将受到一定程度的腐蚀，造成间隙增大，影响效率和使用寿命。中国专利技术专利公开号CN108545840A公开了“节能磁水处理器”，利用在磁通管外壁设置强磁组件和弱磁组件，在磁通管内部形成垂直于磁通管轴线的磁场，对通过磁通管的水流实现垂直切割，防止硬垢产生，提高循环水的利用率。此外，中国专利技术专利公开号CN106430635A公开了“一种电子除垢仪”，通过通过高频电磁场对水质进行处理，改变水的物理结构与特性，增强水分子的极性，增大水分子的偶极距，提高水分子对钙镁离子、碳酸根离子等成垢组分的水合能力。以上方法只是着眼于对工作循环水的软化和极化处理，治标不治本，未能从根本上解决水环真空泵叶轮需要定期停机拆卸和除垢的问题。中国专利技术专利公开号CN107931762A公开了“一种电火花加工制备铜抗垢微纳复合结构层的方法”，研究发现：低表面能可以影响结构在接触面的附着作用，最大结垢沉积量往往发生于具有较高表面能的接触面，而具有较低表面能的接触面结垢粘附强度较弱，易于脱除。因此降低大型水环真空泵叶轮的表面能将显著提高抗结垢能力。中国专利技术专利公开号CN101805908A公开了“一种在钢基表面制备二氧化钛耐蚀抗垢膜的方法”，虽然表明二氧化钛薄膜具有较好的抗垢自洁性和耐蚀性，但由于采用溶胶-凝胶法，工艺较为复杂，尤其需要放入马弗炉中进行焙烧，并不适用于大型水环真空泵叶轮表面的处理。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提出一种在大型水环真空泵叶轮表面制备抗垢涂层的方法，由于制备的二氧化钛纳米涂层具有耐酸碱性、化学稳定性、疏水性和自清洁性，可显著增强水环真空泵叶轮表面的耐蚀抗垢效果。为实现上述目的，本专利技术采取以下的技术方案：（1）对大型水环真空泵叶轮进行表面喷砂处理，去除锈蚀和氧化皮，并提高叶轮基本与涂层之间的结合强度；（2）对大型水环真空泵叶轮表面进行常规超声清洗，去除油脂、颗粒等表面污染物；（3）以无水乙醇为非极性溶剂，加入粒径为20nm的二氧化钛粉体，搅拌10分钟，得到二氧化钛乙醇溶液；（4）在超临界二氧化碳反应釜中，加入二氧化钛乙醇溶液，将温度和压力分别升高到80℃和10MPa，用磁力搅拌器搅拌20分钟，使二氧化钛乙醇溶液均匀分散在超临界二氧化碳中；（5）小心打开喷嘴阀门，将二氧化钛乙醇溶液喷射到直流等离子炬的高温区，微小液滴中的溶剂在高温高速环境下迅速挥发，二氧化钛纳米颗粒随之析出并快速熔化成二氧化钛熔滴；（6）加热加速后的二氧化钛熔滴沉积在大型水环真空泵叶轮表面上，即可获得具有分层结构的二氧化钛抗垢涂层。本专利技术的一种在大型水环真空泵叶轮表面制备抗垢涂层的方法具有以下优点和效果：（1）本专利技术通过溶液前驱体等离子体喷涂制备得到的二氧化钛涂层具有微纳米双重结构，分别由微米级的团簇和纳米级的颗粒组成，该分形结构使得涂层表面与自然界中的颤杨叶相似，都具有较低的表面能；（2）本专利技术通过溶液前驱体等离子体喷涂制备得到的二氧化钛涂层孔隙均匀分布、无层间横向裂纹，与其它喷涂方法相比，该涂层具有更高的致密性和均匀性；（3）本专利技术将二氧化钛通过无水乙醇在超临界二氧化碳反应釜中形成超临界溶液，然后通过喷嘴快速喷入常压等离子射流中，压力的骤降和无水乙醇的快速挥发，使二氧化钛溶质瞬间达到高度过饱和状态，能在极短时间内形成大量晶核并生成粒径很小且分布均匀的纳米级固体颗粒；（4）本专利技术将超临界二氧化碳作为溶剂，可代替传统的有毒、易挥发、易燃易爆的有机溶剂，此外二氧化碳的临界温度、临界压力分别为31.1℃和7.38MPa，较易达到；（5）本专利技术通过超临界二氧化碳溶液前驱体等离子体喷涂在大型水环真空泵叶轮表面制备二氧化钛涂层的方法，成本低、操作方便，容易实现大面积或复杂型面抗垢涂层的制备，利于产业化和商业推广。具体实施方式本专利技术的一种在大型水环真空泵叶轮表面制备抗垢涂层的方法，其较佳的具体实施方式是：将大型水环真空泵叶轮表面进行喷砂处理，去除杂质和氧化皮的同时，提高表面粗糙度和活化度，再对喷砂后的叶轮进行常规超声波清洗15分钟，清除表面残留的油污和颗粒，然后用气筒吹干；选取无水乙醇和粒径为20nm的二氧化钛粉体混合制备二氧化钛乙醇溶液；在超临界二氧化碳反应釜中，加入二氧化钛乙醇溶液，将温度和压力分别升高到80℃和10MPa，用磁力搅拌器搅拌20分钟，使二氧化钛乙醇溶液均匀分散在超临界二氧化碳中；小心打开喷嘴阀门，将二氧化钛乙醇溶液喷射到直流等离子炬的高温区，微小液滴中的溶剂在高温高速环境下迅速挥发，二氧化钛纳米颗粒随之析出并快速熔化成二氧化钛熔滴，设置等离子喷涂参数：工作气体为氮气、氩气和氢气的混合气体，混合比例15:80:5，混合气体流量250L/min，弧电流250A，功率150kW，溶液喷射速度15g/min，等离子炬喷嘴与叶轮距离90mm。等离子喷枪固定在机械手上，通过程序控制机械手的移动轨迹和移动速度，实现对大型水环真空泵叶轮表面高效快速喷涂；最后，对喷涂后的叶轮表面再次清洗和干燥。制得的二氧化钛纳米涂层的耐垢率、缓蚀率分别达到85%和80%。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在大型水环真空泵泵体内壁表面制备抗垢涂层的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）对大型水环真空泵叶轮进行表面喷砂处理，去除锈蚀和氧化皮，并提高叶轮基本与涂层之间的结合强度；（2）对大型水环真空泵叶轮表面进行常规超声清洗，去除油脂、颗粒等表面污染物；（3）以无水乙醇为非极性溶剂，加入粒径为20nm的二氧化钛粉体，搅拌10分钟，得到二氧化钛乙醇溶液；（4）在超临界二氧化碳反应釜中，加入二氧化钛乙醇溶液，将温度和压力分别升高到80℃和10MPa，用磁力搅拌器搅拌20分钟，使二氧化钛乙醇溶液均匀分散在超临界二氧化碳中；（5）小心打开喷嘴阀门，将二氧化钛乙醇溶液喷射到直流等离子炬的高温区，微小液滴中的溶剂在高温高速环境下迅速挥发，二氧化钛纳米颗粒随之析出并快速熔化成二氧化钛熔滴；（6）加热加速后的二氧化钛熔滴沉积在大型水环真空泵叶轮表面上，即可获得具有分层结构的二氧化钛抗垢涂层。

【技术特征摘要】
1.一种在大型水环真空泵泵体内壁表面制备抗垢涂层的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）对大型水环真空泵叶轮进行表面喷砂处理，去除锈蚀和氧化皮，并提高叶轮基本与涂层之间的结合强度；（2）对大型水环真空泵叶轮表面进行常规超声清洗，去除油脂、颗粒等表面污染物；（3）以无水乙醇为非极性溶剂，加入粒径为20nm的二氧化钛粉体，搅拌10分钟，得到二氧化钛乙醇溶液；（4）在超临界二氧化碳反应釜中，加入二...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵玉刚，孟建兵，赵国勇，陈维茂，唐志共，李向东，孟凡瑞，孙海波，燕洪顺，荆延波，蒲旭阳，张人会，
申请(专利权)人：淄博水环真空泵厂有限公司，山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37