基材，如机器或结构部件的表面和内部，通常需要保护不磨损。由于耐脆性断 裂破坏性而被选择的材料不能足以耐一种或多种磨损。因此，可在部件的外部涂敷 涂层以保护部件主体材料免受磨损。
当机器或结构部件连续高速摩擦另一表面时可能遭受磨损。例如，机床刀具长 期使用可被磨损。为了减小这种磨损，刀具通常涂敷硬质材料。
颗粒高速冲击也可引起磨损，这种磨损是侵蚀的一种形式。众所周知岩石可被 流沙侵蚀。在本专利申请中，术语“侵蚀”是指部件被颗粒冲击、撞击或空化磨损。 对于确定的流体运送部件，为了有效地运送流体或有效地将流体的运动转化为能量 的另一种形式构成部件特定的区域的固体材料的基本功能可占据体积。颗粒冲击、 撞击或空化造成的侵蚀引起部件尺寸的改变或组成部件的缺损影响流体的有效运送 或将流体运动转换成另一种形式的能量。希望防止材料损失或流体运送部件尺寸的 改变，这样原始形状、体积和部件的轮廓线大部分被保存。
用硬质表面包覆流体运送部件不能提供足够的或适当的抗高速颗粒冲击侵蚀的 保护。例如，直升机操作的主要问题是水平旋翼被冲击颗粒如灰尘、沙粒和水珠造 成的侵蚀。这种侵蚀需要频繁更换昂贵的水平旋翼、损坏空气动力学性能，以及有 时造成直升机运行时灾难性的水平旋翼失效。水平旋翼侵蚀问题是军用直升机尤其 关心的：在干旱或沙漠环境中快速飞行可造成侵蚀以及执行战斗任务的紧急性和不 确定性不能正常维护。目前，几种方法(没有一种完全令人满意)被采取以保护直 升机水平旋翼。一种是金属带子被固定在水平旋翼的前缘。金属带子硬，因此损害 复合水平旋翼(它被设计成在多种模式弯曲)的空气动力学性能，金属带子可在水 平旋翼上施加过多的机械应力，例如，限制它们弯曲。金属带子可在水平旋翼的复 合材料中引起小裂纹；这些裂纹可增大，造成灾难性失效。裂纹引发的问题经常发 生，因此需要昂贵的检查费用。进一步，金属带子被冲击颗粒快速破坏。硬的、脆 的带子易于有材料被颗粒切削掉，软的金属带子易于变形。
保护直升机水平旋翼的尝试还包括在水平旋翼前缘使用聚氨酯胶带。因为这种 胶带柔软，不阻碍复合水平旋翼的弯曲，优于金属带子。尽管如此，这类胶带可在 其下携带沙粒，这可危害驱动杆另一侧的质量平衡，影响性能。进一步，胶带被冲 击沙粒和雨滴快速磨损，需要频繁更换。最后，在苛刻条件下，将胶带粘在水平旋 翼上的粘合剂可能失效。
水力发电机涡轮和涡轮叶片或吊桶可被冲击泥沙颗粒侵蚀。撞击，伴随着裹在 液体中的气泡高速下接触表面，还可侵蚀水力发动机涡轮和涡轮叶片或吊桶。接近 涡轮叶片表面的空化可侵蚀涡轮叶片的表面。过去，通过使用硬质涂层，如等离子 体溅射碳化钨试图减轻冲击颗粒、撞击和空化侵蚀暴露在液体如水中的流体运送部 件问题。尽管这些涂层对流体运送部件在一段时间内提供一些保护，但它们很昂贵， 总的来讲，不是非常有效。例如，这些硬涂层可向流体运送部件传递伴随空化的振 动，这样流体运送部件质量被降低。
当流体运送部件不能得到充分保护免于受颗粒冲击、撞击或空化的影响，这些 流体部件的维护主要表现为更换或维修被磨损部件。尽管如此，需要经常更换或修 理具有高的劳力和材料费用。在某些应用中，不可能更换，如在军事行动中不能更 换直升机水平旋翼。复合水平旋翼的维修也不切实际。修理金属流体运送部件，如 水力发电涡轮中的涡轮叶片，是可能的但是不希望的。例如焊接中使用的材料不同 于流体运送部件的主体材料，这样以不希望的方式损害流体运送部件的强度或影响 结构性能。最好如果颗粒冲击、撞击和空化影响涂层，它对流体运送部件的强度无 贡献或基本上不影响其结构性能，这样损失或需要修理或更换涂层不损害流体运送 部件。
不合适的聚氨酯胶带是聚合物涂层的一个例子。其它聚合物涂层，如聚氨酯， 提供一些保护，但总体上不切合实际，因为对流体部件差的粘结性和对环境因素的 敏感性，如水解降解。
相反，硅树脂聚合物在保护流体运送部件上具有优异的性能。例如，硅树脂聚 合物抗紫外线降解，这是用作直升机水平旋翼涂层材料积极方面的性能，它直接暴 露在太阳下很长时间。硅树脂聚合物不被水降解，这允许它们被用作水力发电涡轮 涂层。尽管如此，柔韧的硅树脂聚合物涂层很少被应用在必须承受苛刻机械应力的 条件以保护机器或结构部件，如施加高速冲击颗粒。
在先技术公开了使用硅树脂涂层保护聚合物基体避免磨损和风化。尽管如此， 使用涂层以保护基体免受颗粒冲击、撞击和空化没有被公开。使用硅树脂涂层以保 护金属基材免于电化学腐蚀在在先技术中被公开；然而保护金属基材免于颗粒冲击、 撞击和空化没有被公开。其它在先技术公开了使用涂层延缓空化开始和吸收空化产 生的振动能，但涂层自身作为耐颗粒冲击、撞击和空化侵蚀没被描述，本申请将描 述这方面内容。
因此还存在未满足的需要，对使用硅树脂涂层有效保护流体运送部件免于颗粒 冲击、撞击和空化侵蚀的方法，该方法不昂贵，且简单易行，提供较长时间的保护。
发明综述
本发明的一个目的是为了提供一种利用硅树脂涂层以有效保护流体运送部件免 于冲击颗粒、撞击和空化侵蚀的方法，该方法便宜且简单；涂层提供的保护时间长， 涂层与流体运送部件机械兼容。
根据本发明涂敷流体运送部件具有耐侵蚀涂层的方法包括下列步骤：涂层组合 物包括三官能硅烷(trifunctional silane)、硅烷醇流体和填料。涂层组合物被 涂敷在流体运送部件上，固化以形成耐侵蚀涂层，它为流体运送部件提供耐颗粒冲 击、撞击和空化造成侵蚀的保护。
发明的一个方面是使用耐侵蚀涂层以提供耐颗粒冲击、气穴和撞击对流体运送 部件侵蚀的保护。任一本领域普通技术人员已知的流体运送部件可被涂敷。特别是， 可被涂敷的流体运送部件包括储罐、管道、输送管、流道、导管、进入歧管、狭缝、 喷嘴、阀门、闸门、叉阀、叉顶、涡轮、潮汐机、压缩机、泵、风车吹风机、水力 发电机涡轮、叶轮、螺旋推进器、风扇、辊、转子、叶片、风环、直升机水平旋翼、 涡轮叶片、转子叶片、控制表面、机翼、副翼、喷气机导向片、整流罩、机身、拱 顶、外罩、轮轴、轴、水闸门、螺旋壳、过滤器、引流管。
涂层组合物被涂敷和固化在材料上形成流体运送部件如金属、陶瓷及聚合物的 表面。例如，材料可是钢合金、不锈钢合金、铝合金、镍合金、钛合金、铅合金、 聚氨酯、环氧树脂、聚碳酸酯、丙烯酸酯、聚酯复合材料或环氧复合材料。
发明的另一方面是由本发明方法制备的耐侵蚀流体运送部件，包括固化在流体 运送部件的表面上的耐侵蚀涂层复合物。例如，流体运送部件包括表面涂敷耐侵蚀 涂层复合物的钢合金或不锈钢合金制成的水力发电机涡轮表面。
发明的另一方面是维持保护流体运送部件抗颗粒冲击、空化或撞击的侵蚀，包 括从流体运送部件拆除现有的耐侵蚀涂层，对流体运送部件提供涂层组合物，固化 流体运送部件上的涂层组合物。拆除的优选方案包括使用集中水流喷射以切除和移 去现存的耐侵蚀涂层。
发明的另一方面是修理流体运送部件上耐侵蚀涂层的方法，包括通过清理所用 外部物质的清理损坏区的表面，在损坏表面涂敷涂层组合物，固化流体运送部件表 面的涂层组合物。
详细描述
下列描述仅示出实现本发明的目的、特征和优点的优选方案，并不预示本发明 限制于此。来自权利要求思想和范围的本发明的任一变化被认为是本发明的一部分。 由组合物形成的涂层在保护流体运送部件免于周围环境造成的质量降低是有用的。 例如，涂层保护流体运送部件免于颗粒冲击、撞击或空化造成的侵蚀。颗粒冲击造 成的侵蚀是由颗粒裹入移动流体造成的。空化发生在不可压缩流体，如水。空化包 括在低压下流体沸腾产生的气泡突然破裂。单个这样的气泡形成和破裂可被定义为 空化。不至一个颗粒冲击、撞击和空化能同时在流体运送部件上发生。例如，颗粒 冲击可影响水力发电机涡轮叶片前缘，空化影响叶片侧面。
在专利说明书中，术语“耐侵蚀”用来指抗颗粒冲击、撞击和空化造成的腐蚀 耐侵蚀涂层还抵抗环境因素如水、高温和太阳光等造成的老化。依据本发明形成涂 层的方法简单且便宜。
发明的一个方面是涂敷流体运送部件具有耐侵蚀涂层的方法。形成耐侵蚀涂层 的涂层组合物包括三官能硅烷、硅烷醇流体和填料。在流体运送部件上涂敷涂层组 合物，固化以形成耐侵蚀涂层。
涂层组合物中的三官能硅烷较适合是一种乙酸基硅烷、酮肟基硅烷、环氧基硅 烷、氨基硅烷、烷氧基硅烷或链烯基硅烷。在一个实施例中，三官能度硅烷是乙基 三乙酸基硅烷或乙烯基三乙酸基硅烷。在另一实施例中，三官能度硅烷是甲基三(甲 基-乙基-酮肟基)硅烷或乙烯基三(甲基-乙基-酮肟基)硅烷。
在优选的实施例中，硅烷醇流体是聚二烃基硅氧烷，如聚二甲基硅氧烷。例如， 硅烷醇流体是端羟基聚二甲基硅氧烷。在一个实施例中，涂层组合物中的硅烷醇流 体的运动粘度从100厘泊到130000厘泊。对于具有长链和单分子量分布的硅烷醇， 相信与此相应的重均分子量Mw从约4000g/mol到约150,000g/mol，羟基含量从 约0.8wt％到约0.02wt％。在另一实施例中，硅烷醇流体的运动粘度从2000厘泊 到130000厘泊，具有线性分子链和单分子量分布，运动粘度2000厘泊相应的重均 分子量Mw约为35,000g/mol，羟基含量约0.09wt％。在另一实施例中，硅烷醇流 体的运动粘度从40000厘泊到130000厘泊，Mw约为85,000g/mol，羟基含量约0.04  wt％。
填料的例子包括但不限于：热解法二氧化硅和增强剂如玻璃纤维、钙硅石、高 岭土和其它海藻类硅酸盐。如果使用热解法二氧化硅，在加入其它涂层组合物之前 可用试剂处理。有用的二氧化硅处理剂的例子是六甲基二硅烷基胺、二乙烯基四甲 基二硅烷基胺、氯代硅烷和聚二甲基硅氧烷。使用大长径比的填料较好。例如，使 用云母作为填料，可用面积平方根与厚度比大的云母片。相似，如果使用玻璃纤维， 使用大长径比的纤维较好。在一个实施例中，组合物中不止使用一种填料，例如， 组合物中加入热解法二氧化硅和云母。
在另一个实施例中，在涂层组合物中加入催化剂以加速固化反应。可以使用许 多不同的催化剂，例如可以使用锡催化剂。有用的锡催化剂的例子是二丁基锡5- 羟巴比土酸盐。
在另一个实施例中，组合物中包括颜料。在各实施例中，颜料提高涂敷流体运 送部件的外观美感，提供伪装或保护流体运送部件不被可见光或紫外光照到。在另 一实施例中，涂层组合物包括溶剂，如二甲苯或矿物油精。在各实施例中，溶剂起 到调节组合物粘度以利于混合或涂敷流体部件的功能。例如，在配方中含有溶剂利 于喷涂组合物。
已经发现软或低模量的涂层倾向于比硬或高模量涂层能更有效地保护流体运送 部件免于颗粒冲击、撞击或空化的侵蚀。与该观察保持一致，本发明特定方案被选 择以形成适合特定用途的组合物。例如，通过降低组合物中硅烷醇的含量或提高填 料的含量来提高形成涂层的硬度。又如，通过降低组合物中溶剂的含量提高涂层组 合物的粘度。高粘度组合物有时比较有用，如人工涂布组合物，然而有时低粘度组 合物比较有用，如本发明组合物被喷射在流体运送部件上。
涂层组合物包括表1所示份数范围的组分，份数范围基于所有无溶剂组合物组 成计算。
          表1   组分   份数范围   三官能硅烷   约0.01～20wt％   硅烷醇流体   约40～99wt％   热解法二氧化硅   约0.01～25wt％
或者，涂层组合物还包括表2所示的份数范围的组分。
        表2   组分   份数范围   催化剂   约0.01～5wt％   颜料   约0.01～10wt％
在一个实施例中，二甲苯加入量从约10重量份到约300重量份加入100重量份 的无溶剂组合物中以形成预期的含溶剂的组合物，例如，通过喷射涂敷。在特殊的 实施例中，108重量份的二甲苯被加入100重量份的无溶剂组合物中以形成含溶剂 组合物。对于给定的涂敷工艺，如喷射和给定的应用，溶剂与无溶剂组合物的最佳 配比通过试验确定。对于尝试的第一个试验，好的配比是每100重量份无溶剂组合 物110重量份二甲苯。
在更特殊的实施例中，发明组合物包括表3所示份数范围的组分。
            表3   组分   份数范围   三官能硅烷   约1.5～10wt％   硅烷醇流体   约60～95wt％   热解法二氧化硅   约3～13wt％
在一个实施例中，三官能硅烷是乙酸基硅烷或酮肟基硅烷。 或者，表3组合物还包括催化剂和颜料组分，份数范围在表4示出。
       表4   组分   份数范围   催化剂   约0.02～1wt％   颜料   约0.02～5wt％
在一个实施例中，约20重量份到约200重量份二甲苯被加入100重量份的无溶 剂组合物中以形成含溶剂的组合物。
本发明的示例组合物包括表5所示份数范围的组分。
           表5   组分   份数范围   三官能硅烷   约2～7wt％   硅烷醇   约85～92wt％   热解法二氧化硅   约5～10wt％
在一个实施例中，三官能硅烷是乙酸基硅烷或酮肟基硅烷。 或者，表5示例组合物还包括表6示出份数范围的组分。
        表6   组分   份数范围   催化剂   约0.04～0.4wt％   颜料   约0.03～1wt％
在一个实施例中，从约60重量份到约130重量份的二甲苯被加入到100份的非 溶剂组分中以制备含溶剂的组合物。
示例组合物包括表7所示份数范围的组分
           表7   组分   份数范围   三官能硅烷   约2～7wt％   硅烷醇聚合物   约85～92wt％   热解法二氧化硅   约5～10wt％
在一个实施例中，三官能硅烷是乙基三乙酸硅烷，乙烯基三乙酸硅烷，甲基三 (甲基-乙基-酮肟基)硅烷，或乙烯三(甲基-乙基-酮肟基)硅烷。
三官能硅烷与硅烷醇的摩尔比和热解法二氧化硅与硅烷醇的摩尔比范围在表8 中给出。确定这些摩尔比范围时，热解法二氧化硅的分子量与二氧化硅的相同。
                 表8   组分   摩尔比范围   三官能硅烷∶硅烷醇   约5∶1～约1000∶1   热解二氧化硅∶硅烷醇   约10∶1～约1000∶1
实施例的组分摩尔比范围在表9中示出。
                  表9   组分   摩尔比范围   三官能硅烷∶硅烷醇   约20∶1～约300∶1   热解二氧化硅∶硅烷醇   约100∶1～约300∶1
混合涂层组合物组分直到组合物成均相。在一个实施例中，涂敷到流体运送部 件上之前允许混合后放置两天时间。
硅烷材料与其它聚合物、陶瓷和金属材料之间没有非常强的相互作用，但发现 本发明硅烷涂层非常抗颗粒冲击和空化的侵蚀，在保护流体运送部件免于颗粒冲击 和空化侵蚀方面非常有效。提供的耐侵蚀和侵蚀保护优于流体运送部件上使用的许 多材料，例如，钢、铝、碳化钨和镍，如表13所示的结果。涂层对于提供抗撞击影 响和冲击液体颗粒，如雨滴的影响是有用的。
在先技术讲述了从硅烷醇和多官能硅烷生产交联硅烷材料。尽管如此，在先技 术没有讲述这些具有回弹机械性能的材料用作涂层保护流体运送部件免于颗粒冲 击、撞击和空化侵蚀。如本专利申请描述的，硅烷醇分子链被三官能硅烷交联从而 使涂层具有不可想象的优异性能，包括耐侵蚀和长期使用寿命，当用来保护流体运 送部件免于颗粒冲击、撞击和空化侵蚀时。
不束缚于任何理论，假设依据本发明形成的涂层保护基材不受类似于下列机理 造成的侵蚀和破裂。涂层消耗被涂敷基材上或附近的与空化相关的振动能，如热能。 因此，振动能不能到达基材，不能引发颗粒造成基材内灾难性失效的微裂纹形成。 涂层还消耗涂层表面上颗粒冲击相关的振动能，如热能。从而阻止颗粒达到基材， 这样冲击颗粒不能腐蚀、切削基材或使基材变形。因为涂层吸收振动能和动能，冲 击颗粒在涂层中引发最小化的第二次振动，第二次振动不能传到基材。此外，涂层 柔韧，因此不阻碍流体运送部件的弯曲，如复合直升机水平旋翼或施加造成流体运 送部件弯曲的额外的机械应力。
相信涂层的粘弹性有助于基材的涂层保护、长期使用寿命和弯曲性能。涂层的 粘性有助于消散动能和振动能如热能。涂层的弹性允许涂层受颗粒冲击临时变形， 随后在短时间内恢复原来的形状。
总的来看，涂层的粘弹性源于涂层的分子结构。硅烷醇流体可是端羟基聚二烃 基硅氧烷，如聚二甲基硅氧烷分子链末端带有羟基(PDSM-OH)。当不受应力时，硅 烷醇分子链可成随机卷曲构形。当受应力时，分子链伸展，但当应力消除时又恢复 到随机卷曲的构形。
假设三官能硅烷起交联剂的作用；更确切的，三官能硅烷与涂层组合物组分上 的羟基反应以形成共价键。但当所有的三官能硅烷超过涂层组合物组分上的所有羟 基时，所有的羟基被三官能硅烷取代。例如，三官能硅烷可与硅烷醇分子链上的羟 基反应。硅烷醇分子链与三官能硅烷反应后，称为官能化的硅烷醇分子链。例如， 三乙酸硅烷可与硅烷醇分子链上的羟基反应以取代羟基，释放出乙酸，键合以形成 具有额外硅元素的硅醇链和侧面两个乙酸基团(是以前存在的羟基)。当使用端羟 基硅烷醇时，形成乙酸端基的硅烷醇分子链。三官能硅烷还可与涂层组合物中的其 它组分上的羟基反应，如填料上的羟基和颜料上的羟基以形成官能化的组分。
依据该假设，当三官能硅烷的总数超过涂料组合物中组分上羟基的总数时，这 样所有的羟基被三官能硅烷官能团取代，如乙酸基，不存在水，实质上官能化的硅 烷醇分子链，其它官能化的组分之间没有进一步的反应，如官能化的填料或官能化 的颜料和三官能硅烷。因此只要保护不受潮，涂料组合物保持为液态。尽管如此， 当涂层组合物被暴露于水中，涂料组合物涂敷在流体运送部件的表面，与空气中的 湿气接触时，可发生进一步反应。例如，对于乙酸化硅烷醇分子链，相信水与乙酸 基反应形成乙酸，羟基取代乙酸基。硅烷醇分子链上的羟基可接着与硅烷醇分子链 上残留的乙酸基反应，释放出乙酸，硅烷醇分子链之间形成键合。相似，可在组合 物的其它组分间形成键合，如功能化的填料和颜料与硅烷醇分子链。有效固化不需 要人工施加热量。因为为了交联而使用的三官能硅烷有三个官能性侧链，硅烷醇羟 基键合，可形成链交联网。在一个实施例中，希望硅烷醇链与填料或颜料通过羟基 与官能性基团反应键合，如乙酸基。填料或颜料颗粒可作为额外的交联点，许多硅 烷醇链附着在其上。
依据假设，涂层具有粘弹特性，当颗粒冲击涂层表面时，外加的应力使涂层瞬 时变形，硅烷醇分子链伸展。在变形的过程中，分子链相互摩擦；通过摩擦，一部 分冲击能转变成热能。通过链间摩擦向热能转化说明涂层的粘性。冲击后，硅烷醇 分子链回弹。在回弹中，分子链相互摩擦这样通过颗粒冲击传到涂层的残余的能量 转化成热能。在延伸和回弹中，交联键保护涂层中链接的硅烷醇分子链的拓扑形状 这样涂层恢复到颗粒冲击前的形状。这种分子链回弹说明了涂层的弹性。还相信分 子链伸展、回弹、链间摩擦对振动能转化起作用，如与空化相关的振动能转化成热 能。依据假设，涂层的粘弹性有助于涂层具有抗颗粒冲击、撞击和空化的影响并保 护基体免受影响的能力。
本发明包括三官能硅烷和硅烷醇流体形成的涂层组合物的使用。在一个实施例 中，选择特定的组分以控制形成涂层的物理和化学性能。在这方面，调节组合物适 应特定的应用。例如，通常的应用需要涂层能阻止高动能颗粒。相信这种应用有时 要求使用较低分子量的硅醇分子链，这样可达到高交联密度。单位体积大的交联数 防止材料在颗粒冲击时更大的变形，允许颗粒冲击能有效地在大量分子链间分布以 降低单个链被延伸到断裂点的可能性。其它的应用要求涂层传递非常小的振动能到 流体运送部件表面或要求涂层适应流体运送部件的弯曲。相信这种应用有时要求使 用高分子量的硅烷醇这样形成的低交联密度和低模量的材料。因此，认为可能通过 调节硅烷醇分子量得到满足应用的硬度和弹性平衡的涂层。
在一个实施例中，涂层组合物被直接涂敷在流体运送部件的表面。在另一实施 例中，底漆，如使用环氧底漆以改进粘接。环氧底漆组合物被涂敷在流体运送部件 表面，允许部分和全部固化形成底漆。涂层组合物被涂敷在底漆上。在另一实施例 中，底漆组合物包括环氧共混物，脂肪族胺。在优选的方案中，环氧共混物包括3 -氯-1，2-环氧丙烷和双酚，如双酚F，如Resolution Performance Products LLC 制造的环氧树脂862(EPONResin 862)是合适的环氧共混物。合适的脂肪胺的例 子是，如Resolution Performance Products LLC生产的EPIKURETM固化剂3218，。 在另一方案中，环氧底漆还包括硅烷粘结剂促进剂。粘结促进剂的例子是三甲氧硅 烷、三乙氧基硅烷或3-缩水甘油氧丙基三甲基硅氧烷。相信粘结促进剂增强硅烷 醇涂层与底漆的化学键合。
在另一个实施例中，底漆组合物还包括其它组分，例如为了控制粘度或其它便 于涂敷到流体运送部件上。在优选的实施例中，底漆组合物包括流平剂、溶剂和颜 料。合适的流平剂的例子是改性脲醛在丁醇中，如Cytec Industries Inc生产的 CYMELU-216-8树脂。溶剂的例子是乙氧基乙醇和二甲苯的混合物。示例的底漆组 合物包括的表10示出份数范围的组分。
                表10   组分   份数范围   环氧混合物   约20～95wt％   粘结促进剂   约0.5～10wt％   脂肪胺   约1～20wt％   流平剂、溶剂或颜料   约0.01～70wt％
底漆组合物的例子在表11中给出。
                表11   组分   份数   EPON树脂862   26wt％   3-缩水甘油丙烷三甲氧基硅烷   3.7wt％   EPLKURETM固化剂3218   6.8wt％   CYMELU-216-8树脂   0.78wt％   2-乙氧基乙醇   42wt％   二甲苯   13.2wt％   颜料   7.8wt％
在一个实施例中，流体部件表面涂敷底漆之前，表面被处理如下。所有的外部 物质，如灰尘、棉绒、油、蜡、腐蚀物和水等清除干净。表面喷粗砂，除去外部物 质，提供机械的轮廓，这能促进粘结。喷粗砂后，表面较适合不用布或类似物擦， 这样避免棉绒污染表面。此外，用喷枪除去残余的灰尘。底漆较适合在表面处理后 8小时内涂敷。
在一个实施例中，混合底漆组合物组分，将底漆组合物涂敷到流体运送部件前 允许反应诱导期，从约20～30分钟，。涂敷底漆组合物到流体运送部件表面的技术 包括喷涂底漆组合物到流体运送部件、刷涂或刮涂底漆组合物到流体运送部件上， 以及将流体运送部件浸入底漆组合物中。在另一个实施例中，当用喷涂工艺涂敷底 漆时，使用传统的喷涂设备；喷涂设备是大体积高压力型的(HVLP)。喷头压力被 设定到约10～20psi，空气压力被设定约30～40psi以产生好的雾化效果。
底漆组合物被涂敷到流体运送部件上后，允许一段时间使底漆固化以形成底漆。 在一个实施例中，底漆被允许基本上完全固化。环氧底漆的固化需要8小时或更长。 在优选的实施例中，底漆被允许固化一夜。在另一实施例中，用浸溶剂的布摩擦测 试底漆是否适当固化；当充分固化后，底漆表面质量不受溶剂和布的影响，通常不 沾底漆的任何颜色。在另一实施例中，底漆被施加以有干的薄膜厚度，如溶剂蒸发 和固化后的厚度从约20微米到80微米。相信涂敷在底漆上的组合物中没反应的官 能团与底漆中没反应的官能团反应。
将涂层组合物涂敷到流体运送部件表面的技术包括，如喷射涂层组合物到表面 上，刷涂或刮涂涂层组合物到表面，以及将表面浸入组合物中。在一个实施例中， 溶剂挥发和固化后涂层的厚度，如干膜厚度从约200微米到3000微米。在另一个实 施例中，总的干膜厚度从约500微米到1000微米。在另一实施例中，涂层组合物用 大体积高压设备喷涂。喷头压力被设定到约15～30psi，空气压力被设定从约35～ 50psi。需要用另外的二甲苯和矿物油稀释。在另一实施例中，使用无空气的喷涂设 备。压力从2000～3300psi。尤其，使用压力范围为3000～3300psi。无空气喷涂技 术降低了用大体积高压喷涂设备所需要的溶剂份数。
在一个实施例中，通过涂层组合物转移到表面，水平表面得到小于200微米的 干膜厚度。使用术语“转移”表示涂料单层在流体运送部件上的沉积。对于复杂和 垂直的表面或为了得到大于约200微米的干膜厚度，硅树脂组合物以多薄层方式涂 敷。起始层的干膜厚度约70～100微米。起始层被允许完全干燥和基本上整个厚度 层上完全固化。完全固化通常需要2～3小时。不立即涂敷第二层非常重要，因为这 将导致第一层升高，产生污点和影响粘结性。在另一个实施例中，涂敷第二层为了 得到干膜厚度大于约500微米。在另一个实施例中，检查第二层是否翘起后，在1 小时的间隔内涂敷附加的另一层。涂敷附加的另一层为了得到干膜厚度大于500微 米。在优选的方案中，起始层干膜厚度从约70微米到100微米被喷涂在流体运送部 件上。起始层允许基本上完全固化，然后喷涂第二层在流体运送部件表面，允许固 化以得到总的干膜厚度约200～600微米。在另一实施例中，附加的第二层被喷涂在 流体运送部件上，允许固化以得到涂层总干膜厚度从约200微米到3000微米。
发明的一个方面是维持保护流体运送部件免于颗粒冲击、撞击和空化侵蚀的方 法。尽管本发明耐侵蚀涂层自身能较长时间抵挡颗粒冲击、撞击和空化侵蚀影响， 但长时间后涂层可能最终被磨损。进一步，涂层有时被大的，尖的物体冲击或误操 作涂敷流体运送部件而损坏。本发明的一个优点在于刚刚涂敷的涂层通常表现出与 以前涂层具有好的粘结性。在一个实施例中，流体运送部件上损坏涂层通过涂敷涂 层组合物在损坏涂层上，并干燥和固化而修复。在另一实施例中，损坏涂层在涂敷 和固化新涂层前被剥去。在一实施例中，损坏涂层通过浸泡涂敷部件在矿物油中最 少2小时除去，这样涂层溶胀，然后从流体运送部件表面刮去损坏的涂层。在优选 方案中，损坏涂层通过使用喷射水流切割涂层，分离涂层而从流体运送部件上除去。 在另一实施例中，水流发射压力约2000psi。
如果以前的，损坏的涂层被涂敷在底漆上，底漆暴露，然后在新涂层组合物涂 敷前最好除去旧的底漆。尽管新涂层与以前的涂层粘合好，新涂层与旧底漆粘合不 好。较适合地，旧底漆用喷粗砂除去，新涂层组合物直接涂敷在流体运送部件表面 或在涂敷新涂层组合物前，涂敷新底漆组合物以形成新底漆。在另一实施例中，略 微用粗砂喷射旧底漆以暴露出新底漆表面，新底漆组合物涂敷在新底漆表面。
发明的另一方面是修复流体运送部件表面的耐侵蚀涂层。如果耐侵蚀涂层损坏 仅一小面积，可更经济地在该处修复涂层而不是在整个流体运送部件表面涂敷新涂 层。在一实施例中，当损坏仅是一非常小面积时，如小于6毫米孔，及当底漆或流 体运送部件没暴露时，损坏面积或孔被清理以除去外部物质，涂敷新涂层组合物， 涂层组合物允许固化。当底漆或流体运送部件暴露时，在涂敷涂层组合物前固化涂 敷新底漆组合物。在另一实施例中，当损坏是一较大面积时，如洞直径大于或等于 6毫米，任何穿入流体运送部件的洞时，较适合用厚浆环氧填充。厚浆环氧用油灰 刀填入洞内，在希望的最终表面下平整成从约0.5～1毫米，允许被固化。在优选的 实施例中，环氧厚浆被选择含有粘结促进剂硅烷，这样一旦环氧厚浆固化，涂层组 合物直接涂敷在环氧厚浆表面上而不用底漆。在另一实施例中，底漆组合物干燥和 固化以形成底漆后，涂敷涂层组合物。当小损坏区被修复时，涂层组合物被制备成 糊状不含有溶剂。在第一步，该糊状物用塞缝枪、油灰刀或刷子涂敷。第二步，用 油灰刀将涂层组合物糊刮平。当修复较大面积的损坏时，涂层组合物配方中较适合 有溶剂，用喷涂法涂敷。
发明的另一方面是针对发明方法得到的流体运送部件。术语“流体运送部件” 表示整套设备，如水轮机及设备的部件，如涡轮叶片。在一个实施例中，将能量的 一种形式转化成流动的流体运送部件，如螺旋推进器和将流动转换成另一种能量形 式的流体运送部件，如涡轮受涂层保护。在另一实施例中，控制或导向流体流动， 如机翼，将能量传到设备的另一部件，如轴，和屏蔽其它部件或储存流体的部件受 涂层保护。
在一个实施例中，涡轮包括水涡轮和气涡轮，潮汐机、风力机、压缩机、泵和 吹风机等受保护。在另一实施例中，叶轮、推进器、叶片、流道和轮子可被保护。 在另一实施例中，环和阻滞环被保护。在另一实施例中，水平旋翼、吊桶、叶片包 括涡轮叶片、流道叶片、风扇叶片、压缩机叶片和推进器叶片、风环和阻滞环受保 护。在另一实施例中，涂层保护直升机水平旋翼不受冲击砂粒或水珠引起的侵蚀。 在另一实施例中，保护水力发电涡轮免于携裹在通过涡轮水流中的泥沙引起的侵蚀 和空化引起的侵蚀。在另一实施例中，保护船用螺旋浆免于颗粒冲击、撞击和空化 的侵蚀。
在另一实施例中，机架包括护套和遮盖物、毂、轴和凸缘受保护。在另一实施 例中，涂层保护罐、振动容器、管、供应管、输送管、入口歧管、流道、导向管、 涡轮放水路、导水渠、水槽和引流管。例如，涂层保护在空气中含有大量灰尘或沙 砾的环境中使用的燃料发动机的空气进入管或歧管，如在采矿操作中使用的发动机。
在另一实施例中，孔隙、气眼、喷嘴、喷气飞机和喷气飞机导流板受保护。在 另一实施例中，阀门，包括止逆阀、球阀、球心阀、针阀和闸门阀、阀座、阀门， 包括边门、边门臂、边门链接、叉阀、叉尖受保护。在另一实施例中，水阀门、螺 旋壳、涡螺、滤网受保护。在另一实施例中，船头破浪处和放水壁受保护。
在另一实施例中，控制表面，包括平衡的控制表面和飞行控制表面、机翼、狭 缝、副翼、机身和整流罩受涂层保护。在另一实施例中，凸出的部件如，天线和拱 顶受保护。这里仅以例子的方式列出的流体运送部件；在其它实施例中，涂层保护 其它流体运送部件。已经涂敷耐侵蚀涂层的流体运送部件称为耐侵蚀流体运送部件。
在一个实施例中，涂层被用来保护各种材料形成的流体运送部件表面。如涂层 保护金属、陶瓷和聚合物表面。在另一实施例中，钢合金、不锈钢合金、铝合金、 镍合金、钛合金和铅合金的表面受保护。在优选的实施例中，钢合金或不锈钢合金 形成的水力发电机涡轮受保护。在另一实施例中，聚氨酯、环氧、聚碳酸酯、丙烯 酸、聚酯复合材料和环氧复合材料的表面受保护。这里仅以例子的方式列出材料； 在其它实施例中，涂层保护其它材料形成的表面。
因为涂层基本上不受水的影响，涂层适合用作水力发电机涡轮和水力推进器的 保护。涂层表现出好的抗太阳光和水降解性。硅树脂涂层还耐高温降解，这种耐降 解性是需要的，例如在赤道区长期暴露于太阳光下。因此涂层适合用作流体运送部 件，如直升机水平旋翼、飞机推进器和涡轮喷气飞机扇，它们上的涂层长期暴露于 环境中。
发明硅树脂涂层不受本领域已知保护流体运送部件如直升机水平旋翼耐侵蚀的 技术的限制，例如，除非颗粒的冲击能非常大，硅树脂涂层不发生永久变形；相反， 金属屏蔽层遭受永久变形或碎片。相信硅树脂涂层不将与颗粒冲击相关的振动传递 到流体运送部件；相反，金属屏蔽层或金属涂层传递振动。硅树脂涂层具有长寿命， 相反聚酰亚胺使用使用寿命短，它还可进一步降低受颗粒聚集，如胶带下的沙子， 需要更换胶带。
除了保护流体运送部件免于颗粒冲击、撞击和空化的侵蚀，依据本发明的硅树 脂涂层提供保护流体运送部件免受潜在有害环境影响的阻隔。在一实施例中，本发 明硅树脂涂层包括吸收可见光或紫外光的颜料，从而保护流体运送部件，如形成直 升机水平旋翼的材料免于可见光或紫外光降解。
使用保护流体运送部件涂层具有良好的经济效益。组合物成分成本低，组分混 合过程简单明了。在一实施例中，调节涂料组合物中组分的份数，这样组合物适合 各种涂敷方法中的任一种；这些涂敷方法包括通常与大规模生产有关的方法，如喷 涂，以及通常与单个生产有关的方法，如刷涂或刮涂。不需要特别的加热处理以固 化涂层，一旦涂敷在流体运送部件上，组合物仅需要暴露于空气中；甚至含有足以 引发固化湿度的干燥气候中的空气。因此，将涂层组合物涂敷在流体运送部件上的 费用低。如前面讨论的，硅树脂涂层使用寿命长；与以前保护方法相比，不需要经 常更换或维修流体运送部件，进一步降低了材料和人力成本。
                          例1
保护流体运送部件涂层组合物的示例性方案如表12所示。Dow Corning公司生 产的Dow Corning 3-0134聚合物被用作硅烷醇流体，Dow Corning 3-0134聚合物 含有400ppm的羟基，粘度50,000厘泊。卡伯特公司生产的表面处理卡伯特TS-530 用作热解二氧化硅。尺寸小于1微米的过渡金属铁酸针状粉末颗粒F-6331-2黑铁由 Ferro公司生产，用作颜料。按表12中列出的组合物配方使用四种不同的交联剂。 交联剂的化学名在使用该交联剂组合物前一行。序号1-13组合物配方中使用乙基 三乙酸硅烷；序号14配方用乙烯三乙酸硅烷；序号15配方用甲基三(甲基-乙基 -酮肟基)硅烷；序号16配方用乙烯三(甲基-乙基-酮肟基)硅烷。
                              表12   组合物序   号   硅烷醇含   量(wt％)   热解二氧   化硅含量   (wt％)   黑色铁颜   料含量   (wt％)   二丁基锡   二月桂酸   含量(wt％)   交联剂含   量(wt％)   1-13   乙基三乙   酸基硅烷   1   87％   8.3％   0.39％   0.11％   4.6％   2   87％   8.3％   0.39％   0.11％   2.8％   3   87％   8.3％   0.39％   0.11％   3.7％   4   87％   8.3％   0.39％   0.11％   5.4％   5   83％   8.1％   0.38％   0.11％   7.2％   6   83％   7.9％   0.38％   0.11％   8.9％   7   91％   4.9％   0.40％   0.11％   4.9％   8   83％   10.4％   0.38％   0.11％   4.5％   9   83％   12.6％   0.38％   0.11％   4.5％   10   79％   15.2％   0.35％   0.10％   4.2％   11   78％   18.0％   0.35％   0.10％   4.1％   12   79％   7.5％   0.35％   0.10％   13.5％   13   78％   7.3％   0.35％   0.10％   16.3％   14   乙烯三乙   酸硅烷   14   87％   8.3％   0.39％   0.11％   4.6％   组合物序   号   硅烷醇含   量(wt％)   热解二氧   化硅含量   (wt％)   黑色铁颜   料含量   (wt％)   二丁基锡   二月桂酸   含量(wt％)  交联剂含  量(wt％)   15  甲基三(甲  基-乙基  -酮肟基)  硅烷   15   87％   8.3％   0.39％   0.11％  5.9％   16  乙烯三(甲  基-乙基  -酮肟基)  硅烷   16   87％   8.3％   0.39％   0.11％  6.1％
表13给出表12所列涂层组合物形成的固化涂层的抗颗粒冲击侵蚀性。颗粒冲 击侵蚀率数据以每克喷射到涂层上的粗砂所磨损的固化涂层微克数表示。用尺寸 120粗砂颗粒氧化铝以每秒600英尺的速率喷射，与涂层表面的冲击角度为30度。 未涂敷1100氧化铝、未涂敷1008软钢、碳化钨和镍的侵蚀率数据也作为比较给出； 侵蚀率数据相应与这些样品的磨损金属质量。碳化钨是高速含氧燃料(HVOF)喷涂 涂层包括17wt％钴。
表13还给出空化造成涂层损失率数据。空化损失率数据以固化涂层暴露在空化 条件下每小时磨损的毫克数。将涂层浸在水中，在涂层上0.5mm的水中角振动频率 20kHz的超声中进行空化测试。未涂敷1100氧化铝和未涂敷1008软钢的空化损失 率数据作为比较也示出；对于这些样品，空化损失率数据相应与磨损掉的金属质量。
                              表13   组合物序号   交联剂   颗粒冲击侵蚀速率   (μg表面/g粗砂)   气穴损失速率(mg表面   /小时)   1   乙基三乙酸硅烷   4.2   -   2   乙基三乙酸硅烷   4.3   2.3   3   乙基三乙酸硅烷   4.3   -   4   乙基三乙酸硅烷   4.6   2.1   5   乙基三乙酸硅烷   4.7   -   6   乙基三乙酸硅烷   5.2   2.5   7   乙基三乙酸硅烷   3.6   2.7   8   乙基三乙酸硅烷   5.4   2.4   9   乙基三乙酸硅烷   6.4   -   10   乙基三乙酸硅烷   7.4   3.6   11   乙基三乙酸硅烷   5.6   2.4   12   乙基三乙酸硅烷   5.1   1.7   13   乙基三乙酸硅烷   5   2.4   14   乙烯三乙酸硅烷   4.6   3.5   15   甲基三(甲基-乙基   -酮肟基)硅烷   5.5   3.5   16   乙烯三(甲基-乙基   -酮肟基)硅烷   5.8   3.5   氧化铝(1100)   -   58.6   39   钢(1008)   -   99.3   10   碳化钨   -   69.9   -   镍   -   129.2   -
涂层最大颗粒冲击侵蚀率为序号10的组合物固化形成的涂层，为7.4μg表面/g 粗砂，颗粒冲击侵蚀率仅为未涂敷氧化铝1100颗粒冲击侵蚀率的13％，未涂敷软钢 1008颗粒冲击侵蚀率的7％。也就是涂层表现出非常好的耐侵蚀性，比测试的两种未 涂敷金属。涂层最大空化损失率是序号10组合物固化形成的涂层，为3.6mg表面/ 小时，仅为为涂敷氧化铝1100空化损失率的9％，未涂敷软钢1008空化损失率的 36％。
                            例2
几个涂层组合物例子在表14中示出。
                            表14   组合物   硅烷醇   (wt％)  热解法二  氧化硅(wt  ％)   黑色氧化   铁颜料   (wt％)   二丁基锡   二月硅酸   酯(wt％)   乙基三乙   酸硅烷   (wt％)   A   40  0.01   0.01   0.01   0.01   B   99  25   10   5   20   C   60  3   0.02   0.02   1.5   D   95  13   5   1   10   E   85  5   0.03   0.04   2   F   92  10   1   0.4   7
当涂层组合物C、D、E或F被涂敷和固化在流体运送部件上时，得到涂层的颗 粒冲击侵蚀率希望近似于表13中列出的1-16组合物涂层的侵蚀率，在相似的喷射 条件下(120氧化铝粗砂，喷射速度600英尺/秒，冲击角30度)。组合物C、D、E 或F形成的涂层的空化损失率希望近似与表13中列出的1-16组合物涂层的空化损 失率。在近似的超声条件(涂层浸入水中，超声角振动频率20kHz，涂层表面上0.5 毫米水中。涂层组合物A和B具有与组合物1-16不同重量份数的组分，如表12 列出的。组合物A和B形成涂层的颗粒冲击侵蚀率和空化损失率不同于组合物1- 16形成涂层的，如表13示出的。尽管如此，当组合物A和B在流体运送部件上固 化时，希望得到有用的涂层，它对流体运送部件抗颗粒冲击、撞击和空化侵蚀提供 有效的保护。
在涂层组合物中，可以使用其它的颜料，而不是黑色氧化铁F-6331-2，在固化 中，造成涂层具有特性，如耐侵蚀性和保护流体运送部件免受颗粒冲击、撞击和空 化的侵蚀，类似于含有黑色氧化铁F-6331-2的组合物形成的。使用锡催化剂，和 任一其它不是锡的催化剂，而不是二丁基锡二月硅酸酯和不是乙基三乙酸硅烷的交 联剂，例如，乙烯三乙酸硅烷，甲基三(甲基-乙基-酮肟基)硅烷或乙烯三(甲 基-乙基-酮肟基)硅烷是希望的，通过固化形成的涂层具有性能，如耐侵蚀性和 保护流体运送部件免于颗粒冲击、撞击和空化侵蚀，类似于含有二丁基锡二月硅酸 酯和乙基三乙酸硅烷的组合物形成的涂层。
本说明书描述和讨论的实施例仅用来让本领域技术人员最好地理解发明者做出 和使用发明。本说明书不认为限制本发明的范围。所用的示例是代表性的和非限定 性的。上述发明实施例克被本领域技术人员改变但不脱离以上讲述的发明。因此， 可以理解在权利要求范围内，发明可被实施而不是特殊描述的。
引用的相关申请
本申请要求享有2003年7月25日申请的申请号为10/626,556，发明名称 “Erosion-Resistant Silicone Coatings for Protection of Fluid-handling parts”的美国专利 的优先权，这里引为参考文献。