在处理含有粒状的泥沙的水等液体的泵、水轮机等流体机械中，对 于在流体内工作的叶轮或转轮等旋转部件或形成流体的流路的构成部 件，为了防止与流体接触的面的磨损，需要采用耐浆料侵蚀性优异的材 料。但是，这样的耐浆料侵蚀性优异的材料不仅价格贵，而且在单独使 用时还存在其它的机械强度欠缺的问题。考虑到性能、成本、修补等， 通常在构成流体机械部件的母材的表面上，按所希望的厚度熔敷硬质的 喷镀覆膜，以保护母材不受磨损。另外，作为这样的硬质的喷镀覆膜的 材料，以往多采用陶瓷和金属的复合材料即金属陶瓷材料。
迄今为止，一般来说，越是硬的材料，耐浆料侵蚀性越好，因此一 直沿尽量多地含有陶瓷硬质粒子的方向开发材料。但是，如果陶瓷硬质 粒子的含量增大，粘合剂即金属部分的含量就减少，施工性变差，容易 在覆膜产生裂纹等。此外，这样的硬质粒子的喷镀施工，因对母材施加 400℃以上的热，所以有时伴随产生母材的变质或变形，有时需要喷镀后 的热处理或称为修正加工的后处理。
另一方面，对于母材为铁系材料的流体机械部件，为提高防蚀性或 滑动的耐磨损性，一般多采用高分子系衬里材料，如聚氨酯或FRP等。 这些高分子系衬里材料由于能够在常温或在200℃以下的低温下施工， 因此具有不易引起母材的变质或变形的优点，但耐浆料侵蚀性能(相对 于按一定比例含有固形粒子的浆料流体的耐侵蚀磨损的性能)多低于母 材。

因此，本发明的目的在于提供一种流体机械部件及具有该部件的流 体机械，该流体机械部件上施加了聚脲树脂衬里，其耐浆料侵蚀性能超 过母材，并且可在常温附近进行施工，不会产生母材的变质或变形。
本发明涉及一种流体机械部件，其是至少与流体接触的面由钢、钢 板、铸铁或铸钢构成的流体机械部件，其特征在于，在该流体接触面上 施加了聚脲树脂衬里。
在本发明中，所谓流体机械主要是指，具有在水等液体中旋转的部 件的机械，例如可列举出泵、水轮机。本发明的流体机械部件是指，所 述流体机械中使用的部件中的特别是容易受流体造成的侵蚀作用的部 件，例如除在流体内工作的叶轮或转轮等旋转部件外，还可列举出形成 流体的流路的导流叶片、扩散器、涡囊、配管部件等。这样的流体机械 部件中的特别是与流体接触的面(在本发明中，称为“流体接触面”)由 钢、钢板、铸铁或铸钢形成的部件成为本发明的对象，但也可以是具有 由其它金属、硬质塑料、陶瓷等其它材料形成的流体接触面的部件。作 为流体接触面的母材，也可以使用碳素钢、合金钢、沸腾钢、加盖钢、 镇静钢等所有种类的钢，此外作为这些钢的钢板，除热轧或冷轧的板状 钢板外，还可采用线圈状、圆筒状等各种形状的钢板。作为铸铁，可使 用C含量在2.1％以上的灰铸铁、球状石墨铸铁、可锻铸铁、合金(特种) 铸铁、白口铸铁等。
流体机械部件的流体接触面当与含有粒状固体的流体接触时，有可 能受到由这些粒状物质造成的磨损，所以为防止磨损，优选施加本发明 的衬里。
在选择衬里材料时，首先要考虑的是衬里的耐久性。本发明的流体 机械，如前所述由于有时在含有泥沙等的流体中使用，特别是在水中使 用，因此需要具备某种程度的耐水性。衬里材料的耐水性可通过树脂衬 里材料的浸渍试验确认。树脂衬里材料的浸渍试验方法，可按照“塑料 的耐蚀性和其试验及评价”(作者：奥田聪，发行所：日刊工业新闻社) 中记载的均匀温度下的衬里材料的浸渍试验法进行。将试验片安装在图 1所示的不锈钢容器内，使其与容器中的水接触，并将该容器保持在20～ 25℃的恒温槽中，每隔预定时间进行观察，持续试验直到衬里材料膨胀， 出现裂纹等，母材明显腐蚀，以致于确认不能使用为止。可按照以下的 方法求出扩散系数：
用q(mg或mg/cm2)表示使衬里覆膜厚度1(cm)的试验片与水 接触时的时间t(小时)后的重量增加，用Q表示经过足够的时间后的 重量增加，用D(cm2/小时)表示扩散系数，在图2所示的重量变化曲 线上将试验结果作图，读取初期斜率(倾斜度)。图2中的斜率为1.836 ×10-3，由于这符合[数学式1]中的[数学式2]，因此扩散系数D可计算 为2.54×10-6cm2/h。
[数学式1] $\frac{q}{Q}=2\sqrt{\frac{D}{\pi }}{\left(\frac{t}{l^2}\right)}^{\frac{1}{2}}$
[数学式2] $2\sqrt{\frac{D}{\pi }}$
能够从如此求出的扩散系数D预测衬里材料的耐久性。
例如，在图2的图中所用的材料中，在衬里覆膜厚度1＝0.3(cm)时， 假设吸水量大致饱和的条件为q/Q＝0.99，则从数学式1得出t为38个 月。
如此求出的衬里覆膜的耐久时间优选至少在12个月以上。因此可 知，与此对应的扩散系数D的值为7.91×10-6，即适用于本发明的流体 机械的衬里材料最好是扩散系数具有1.0×10-5以下的值的物质。
接着，本发明的流体机械部件中使用的衬里材料所要求的重要的特 性是耐浆料侵蚀性能。衬里材料的耐浆料侵蚀性能可通过浆料磨损试验 确认。为了测定本发明的流体机械部件中使用的衬里材料的因浆料侵蚀 所产生的磨损程度，采用图3所示的喷流式浆料磨损试验装置进行试验。 为了加速试验，采用在水中按1重量％分散平均粒径大的JIS9号硅砂(平 均粒径为80μm)而得到的模拟浆料进行试验。从与离试验片表面25mm 的位置相向地安装的直径为3mm的喷嘴喷出上述浆料，撞击试验片，从 而造成损伤。浆料流速为40m/秒，浆料温度通过恒温装置保持在20～ 35℃。在试验前后，通过试验片表面的断面曲线测定来测定最大磨损深 度，求出因浆料造成的磨损进行速度。作为本发明的流体机械部件的母 材，由于普通的13铬钢及SUS316钢等的最大磨损深度的进行速度约为 500～700(μm/hr)的程度，所以本发明中使用的衬里材料的最大磨损 深度的进行速度比其小，即适宜在大约500(μm/hr)以下，优选在200 (μm/hr)以下。
对本发明的流体机械部件施加衬里材料时的涂膜的固化时间或施工 的容易性等，在选择衬里材料方面也是一个重要的因素。本发明的流体 机械部件由于具有例如叶轮等复杂的结构，存在不容易涂敷衬里材料的 部分，所以涂敷衬里材料后立即(例如在几秒之内)固化的，不能制作 无气泡的均匀的涂膜。这是因为，在对具有复杂结构的部件实施衬里处 理时，对于宽的涂敷面可使用喷雾器等喷射装置，但对于具有曲面或结 构的部分，有时需要毛刷涂敷。因此树脂的固化时间适宜在大约10分钟 以上，优选在大约15分钟以上。另一方面，为了避免膜下垂，或膜涂敷 不均匀，优选树脂的固化时间在1小时以内。
本发明的流体机械部件的衬里材料，作为综合考虑上述要素的材料， 即具有适当的耐水扩散系数、耐浆料侵蚀性能优异、而且固化时间适当 长、容易施工的材料，可列举出聚脲树脂。本发明的衬里材料适宜采用 通过使多胺成分和多异氰酸酯固化而得到的聚脲树脂。聚脲树脂是通过 多胺成分的氨基部分和多异氰酸酯成分的异氰酸酯基结合以形成脲键而 得到的热固化性树脂，已知固化时间适当、不易受空气中的湿气或水分 的影响、并且用聚脲树脂形成的涂膜的耐药品性、耐酸性优异。此外， 还可形成具有弹性的比较硬质的涂膜，其耐浆料侵蚀性优异，最适合本 发明的流体机械部件。
本发明中使用的聚脲树脂的形成中所用的多胺是在分子内具有2个 以上可聚合的氨基的脂肪族多胺或芳香族多胺。作为脂肪族多胺，可列 举出二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺等多亚乙基多胺类， 聚氧化丙烯二胺、聚氧化丙烯三胺等将所述聚醚多元醇的末端-OH基 变换成氨基的聚醚多胺类，孟烯二胺(メンセンヂアミン)、异佛尔酮二 胺、降冰片烯二胺、双(4-氨基-3-甲基双环己基)甲烷、二氨基二 环己基甲烷、双(氨基甲基)环己烷、N-氨基甲基哌啶、3，9-双(3 -氨基丙基)2，4，8，10-四氧杂螺(5，5)十一烷等脂环式多胺类等。
作为芳香族多胺，例如，可列举出聚乙二醇双(4-氨基苯甲酸酯)、 聚乙二醇双(2-氨基苯甲酸酯)、聚乙二醇双(3-氨基苯甲酸酯)、聚 丁二醇双(4-氨基苯甲酸酯)、聚丁二醇双(2-氨基苯甲酸酯)、聚丙 二醇双(4-氨基苯甲酸酯)、聚丙二醇双(2-氨基苯甲酸酯)、聚(氧 化乙烯-氧化丙烯)二醇双(4-氨基苯甲酸酯)、聚(氧化乙烯-丙烯 醚)二醇双(4-氨基苯甲酸酯)、聚氧化丁二醇双(4-氨基苯甲酸酯)、 聚丁二醇双(3，5-二氨基苯甲酸酯)、聚丙烯醚丙三醇三(4-氨基苯 甲酸酯)、聚丙烯醚季戊四醇四(4-氨基苯甲酸酯)、聚氧化乙烯双(4 -氨基苯并酰胺)、聚氧化丙烯双(4-氨基苯并酰胺)、聚氧化丁二醇双 (4-氨基苯甲酸酯)、聚氧化丙烯双(3，5-氨基苯甲酸酯)等。这些 可单独使用，也可并用2种以上。
其中，优选聚丁二醇双(4-氨基苯甲酸酯)、聚丙二醇双(4-氨基 苯甲酸酯)、聚(氧化乙烯-丙烯醚)二醇双(4-氨基苯甲酸酯)、聚氧 化丁二醇双(4-氨基苯甲酸酯)。
作为上述芳香族多胺，优选在分子内具有2个与芳香环结合的伯氨 基的芳香族二胺。与芳香环结合的氨基由于反应性比脂肪族氨基低，所 以为了使其充分与异氰酸酯基反应，优选伯氨基。
上述芳香族多胺例如可通过下列方法来得到：用公知的方法将经过 在脱氯酸剂存在下使多元醇或含有末端氨基的多元醇与当量的硝基苯甲 酰氯、二硝基苯甲酰氯或三硝基苯甲酰氯反应而得到的硝基化合物还原 的方法；使多元醇或含有末端氨基的多元醇与当量的苯并恶嗪二酮的方 法等。这些多胺可单独使用，也可2种以上并用。
本发明中使用的聚脲树脂的形成中所用的多异氰酸酯是在分子内具 有2个以上可聚合的异氰酸酯基的脂肪族多异氰酸酯或芳香族多异氰酸 酯。作为多异氰酸酯成分，例如，可列举出2，4-甲苯二异氰酸酯、2， 6-甲苯二异氰酸酯、4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2，4’-二苯基甲 烷二异氰酸酯、2，2’-二苯基甲烷二异氰酸酯、1，2-苯撑二异氰酸酯、 1，3-苯撑二异氰酸酯、1，4-苯撑二异氰酸酯、1，4-亚萘基二异氰 酸酯、1，5-亚萘基二异氰酸酯、氯亚苯基-2，4-二异氰酸酯、4，4’ -二苯基醚二异氰酸酯、3，3’-二甲基二苯基甲烷-4，4’-二异氰酸酯、 3，3’-二甲氧基二苯-4，4’-二异氰酸酯、o-二甲苯二异氰酸酯、m -二甲苯二异氰酸酯等芳香族二异氰酸酯，1，4-四亚甲基二异氰酸酯、 1，5-五亚甲基二异氰酸酯、2-甲基-1，5-五亚甲基二异氰酸酯、2， 2，4-三甲基-1，6-六亚甲基二异氰酸酯、2，4，4-三甲基-1，6 -六亚甲基二异氰酸酯、十亚甲基二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯等脂 肪族二异氰酸酯，1，4-环己基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、加 氢二苯基甲烷二异氰酸酯、加氢二甲苯二异氰酸酯、降冰片烯二异氰酸 酯等脂环式二异氰酸酯。
此外，还可以使用通过使这些多异氰酸酯改性而得到的含有1个以 上脲二酮(ウレトジオン)键、异氰脲酸酯键、脲基甲酸酯键、缩二脲 键、脲基亚胺键、碳化二亚胺键、脲烷键、脲键等的改性多异氰酸酯。 另外，也可以使用聚亚苯基聚亚甲基多异氰酸酯、粗甲苯二异氰酸酯等 多异氰酸酯。这些多异氰酸酯可以单独采用，也可以并用2种以上。
本发明的流体机械部件中的至少与流体接触的面由钢、钢板、铸铁 或铸钢形成，利用聚脲树脂施加衬里。利用聚脲树脂施加衬里的方法可 采用以往广泛使用的方法。例如，可列举出对要实施衬里处理的流体接 触面，根据需要实施利用环氧树脂或聚氨酯树脂等进行的底涂处理，然 后混合喷射多胺成分和多异氰酸酯成分的方法。例如，适宜采用下列的 机械施工：通过在喷射喷雾器的喷嘴的前端使多胺成分和多异氰酸酯成 分互撞以将它们混合，并进行扇状扩展地喷射的利用互撞混合系统的喷 射，或使多胺成分和多异氰酸酯成分通过配置在喷射喷嘴内的螺旋状的 槽以加以混合，将混合物进行喷射的利用静态混合器系统的喷射等。作 为进行这样的喷射的装置，除采用市场上出售的高压二液互撞混合型喷 射装置用混合涂敷枪、高压二液混合型喷射装置、或自动定量混合喷雾 装置等外，也可以在混合后利用简便的涂敷机等进行涂敷。此外，如上 所述，当在泵的叶轮或水轮机的流槽等具有复杂的结构的部件上涂敷时， 可局部地用毛刷等方法涂敷。
多胺成分和多异氰酸酯成分的混合比因所期望的衬里的强度、硬度、 弹性及使用的多胺和多异氰酸酯而异，但优选为3∶1～1∶3的混合比， 更优选1∶1的混合比。作为施加在本发明的流体机械部件上的衬里，在 使用特别优选的聚氧化丙烯二胺和异佛尔酮二异氰酸酯时，适宜的混合 比为1∶1。
聚脲树脂在喷射或涂敷后，通过在常温下使其干燥，从而形成所期 望的衬里。
上述的衬里的施工作业能够在常温附近进行，衬里施工面实质上不 会受到变质或变形。因此不需要以往的衬里那样的施工后的后处理，能 够在将部件精加工成最终形状的状态下进行衬里施工。
本发明的流体机械部件的衬里因浆料侵蚀所产生的损耗量小，尤其 小于形成流体接触面的钢、钢板、铸铁或铸钢的损耗量。如前所述，因 浆料侵蚀所产生的损耗量是可以通过浆料磨损试验确认的量，更具体地 讲，是可以从在对被检测物喷射混有粒状成分的流体，使其撞击被检测 物，对被检测物造成损伤时观测的最大损耗深度的进行速度确认的值。
本发明的流体机械部件的衬里可施加多次。通过薄薄地多层涂敷， 能够减小衬里膜整体的气孔率。优选多层膜的一层的膜厚为0.2～ 3.0mm，更优选为0.2～2.0mm，优选将它们层叠成多层膜的结构。如果 一层膜厚在0.2mm以下，则膜厚过薄，不能高精度均匀地涂敷，出现不 均。此外，如果层的厚度整体在3.0mm以上，则膜过厚，影响泵的性能。 另外，在衬里膜内存在的气孔的比例适宜在10％以下。这是因为，在衬 里膜内存在的气孔的比例越小，越能形成致密的膜。如果气孔的比例过 大，水浸透，衬里材料膨胀，产生裂纹等，会腐蚀母材。
施加在本发明的流体机械部件上的衬里材料，优选耐水扩散系数在 1.0×10-5以下。如前所述，耐水扩散系数能够通过衬里材料的浸渍试验 来计算，成为衬里材料暴露在水中时的耐久性的标准。如前所述，耐水 扩散系数越小，表示耐水性越高。本发明的流体机械部件由于打算在流 体中尤其在水中使用，所以在选择聚脲树脂的单体时，衬里材料的耐水 性成为一个重要的因素。
本发明还涉及将上述的流体机械部件用作构成部件的流体机械。作 为本发明的流体机械部件，例如除泵的叶轮或水轮机的流槽等在流体中 旋转的部件外，还可列举出与流体接触的导流叶片、扩散器、涡囊、配 管内部等。作为本发明的流体机械，可列举出包括上述部件作为构成部 件的泵、水轮机、阀等。
本发明的流体机械部件由于施加了致密且耐药品性及耐酸性优异的 聚脲树脂衬里，所以耐浆料侵蚀性高。聚脲树脂衬里由于能够用例如二 液混合喷射法或普通的涂敷法容易地施加，并且能够在常温附近下施工， 因此实质上不会产生流体机械部件的变质或变形，也不需要后处理。使 用了本发明的流体机械部件的流体机械的耐浆料侵蚀性优异，可延长使 用寿命。
附图说明
图1是衬里材料浸渍试验装置的简略图。
图2是表示衬里浸渍试验中的衬里材料的重量变化曲线的例子的曲 线图。
图3是喷流式浆料磨损试验装置的简略图。
图4是作为具有本发明的流体机械部件即叶轮的流体机械的泵的一 个例子的剖视图。

作为本发明的流体机械的例子，图4中示出纵型泵(剖视图)。在该 图中，泵30具备：壳体31，用于限定成收容本发明的叶轮1的泵室32； 主轴37，其轴线垂直地配置，且在下端固定有叶轮1；主轴承38，其被 安装在壳体的上方，相对于壳体能旋转自如地支撑主轴37；密封装置39， 用于防止流体从壳体31和主轴37之间泄漏。壳体31用公知的方法固定 在管状的支撑台40上。壳体31具备：位于上侧的圆盘状的端板33、限 定成涡卷状的涡囊35的壳本体34和管状的套36。在套36的下端连接 有筒状的吸出管41。在上述泵中，如果通过使主轴37旋转来使固定在 其下端的叶轮1旋转，流体在吸出管41内按箭头X所示吸入叶轮的入 口10，通过叶轮1的流路7向半径方向挤压出，经过扩散器9流入到涡 囊35内。涡囊内的流体从未图示出来的出口排出。根据本发明，利用聚 脲树脂进行了衬里处理的叶轮，由于对发生磨损的流体接触面整体实施 了衬里处理，所以具有优异的耐浆料侵蚀性能。因此，即使在处理含有 砂等细粒状体的液体时也能显示优异的耐浆料侵蚀性能。
[实施例]
下面说明用于显示本发明的效果的实施例，但本发明并不限定该实 施例的方式。
衬里材料的浸渍试验方法如前所述，按照“塑料的耐蚀性和其试验 及评价”(作者：奥田聪，发行所：日刊工业新闻社)中记载的均匀温度 下的衬里材料的浸渍试验法进行。将试验片安装在图1所示的不锈钢容 器内，使其与容器中的水接触，并将该容器保持在25℃的恒温槽中。每 隔预定时间进行观察，持续试验直到衬里材料膨胀，出现裂纹等，母材 发生明显腐蚀，以致于确认不能使用时为止。扩散系数根据前面说明的 公式计算求出。
测定方法2浆料磨损试验
为了测定本发明的流体机械部件的因浆料侵蚀所产生的磨损程度， 采用图3所示的喷流式浆料磨损试验装置进行了试验。为了加速试验， 如前所述，采用在水中按1重量％的比例分散平均粒径大的JIS 9号硅砂 (平均粒径为80μm)而得到的模拟浆料进行试验。从与离试验片表面 25mm的位置相向地安装的直径为3mm的喷嘴喷出上述浆料，撞击试验 片，从而造成损伤。浆料流速为40m/秒，浆料温度通过恒温装置保持 在20～35℃。在试验前后，通过试验片表面的断面曲线测定来测定最大 磨损深度，求出由浆料造成的磨损进行速度。
实施例及比较例  试验片的制作
按以下步骤制成模拟本发明的流体机械部件的流体接触面的试验 片。对φ80mm、厚4mm的13铬铸钢(ASTM CA6NM)板进行底涂处 理。接着，将作为多胺主成分的聚氧化丙烯二胺及作为多异氰酸酯主成 分的异佛尔酮二异氰酸酯按1∶1的比例混合，并采用向试验片喷射的喷 气涂装装置，在室温下在底涂处理过的13铬铸钢板上涂装聚脲树脂衬 里。实施2次衬里处理，形成2层膜。层的平均厚度整体上为2.0mm。 采用该试验片作为本发明的实施例1，用于上述的浆料磨损试验及衬里 材料浸渍试验。
作为比较例分别准备以下的试验片。
比较例1：不处理上述实施例1所用的母材即13铬铸钢板，直接作 为试验片。
比较例2：不处理不锈钢制钢板(SUS316)，直接作为试验片。
比较例3：采用除涂敷了聚氨酯衬里以外、其它与实施例1同样地 制作的试验片。聚氨酯衬里(商品名：エバコ一ト，公司名：荏原制作 所)的施工是通过如下步骤来进行：采用与实施例1同样的二液混合型 喷射装置，按1∶1的比例混合多异氰酸酯胺成分和多元醇成分，并喷向 13铬铸钢板。喷射次数与实施例1同样，层的平均厚度整体上为2.0mm。
比较例4：采用除涂敷了橡胶衬里以外、其它与实施例1同样地制 作的试验片。橡胶衬里的施工是通过通过如下步骤来进行：对氯丁二烯 橡胶(制品名：ハマロツクY-09，公司名：横滨橡胶)进行硫化处理， 并喷向实施例1中所使用的试验片，并用200℃烧结。橡胶衬里处理次 数为1次，层的平均厚度整体上为2.0mm。
对各试验片进行了浆料磨损试验及衬里材料浸渍试验，其结果示于 表1中。
表1
    No     材料 喷流式浆料磨损试验 浸渍试验结果 最大损耗深度 进行速度(μm/hr)   与13铬铸   钢之比 扩散系数 (cm2/h)  覆膜层的厚度为3mm时，  到达母材的时间(月) 比较例1 13铬铸钢     682     1.0  -     - 比较例2 SUS316钢     736     0.9  -     - 比较例3 聚氨酯衬里     5000     0.1  3.07E-06     31 比较例4 橡胶衬里     147     4.6  1.13E-06     85 实施例1 聚脲衬里     25     27.3  2.54E-06     38
由此可知，橡胶衬里的施工性存在问题，如表1中所示，如果考虑 到耐浆料侵蚀性能及衬里的耐久性(耐水性)，聚脲树脂衬里最好。
在使用了具有在含有粒状的砂土等固体粒状物质的流体中旋转的部 件的流体机械、或用于输送该流体的机械如泵、水轮机、阀等的产业(农 林水产业、矿业、各种能源产业等)中，能够有效地利用本发明的流体 机械部件及具有该流体机械部件的流体机械。
专利文献1：特开2004-10974号
专利文献2：特开2003-321761号