一种电解镍车间设备和钢构防护应用的涂层材料的制作方法

一种电解镍车间设备和钢构防护应用的涂层材料
1.本技术是申请号为“201910519534.8”、申请日为2019年6月17日、发明名称为“一种阻燃型复合陶瓷防腐耐磨涂层材料”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及一种防腐耐磨涂层材料，尤其涉及一种电解镍车间设备和钢构防护应用的涂层材料。


背景技术：

3.目前国内火力发电行业应环保要求都装有脱硫装置对排放尾气中的so2进行脱除处理，其中以石灰石
‑
石膏湿法脱硫系统为主，该系统运行于湿热工况，烟气和浆液对设备有很强的腐蚀和冲刷磨损破坏。目前国内在湿法脱硫系统中应用最广的防护材料为乙烯基酯树脂玻璃鳞片胶泥，简称玻璃鳞片胶泥。
4.乙烯基玻璃鳞片胶泥以乙烯基酯树脂为基料，分散进适量的石英粉和玻璃鳞片制备成胶泥状，加入引发剂和催化剂进行交联固化，固化后的涂层具有优异的耐腐蚀性能。从火电行业安装湿法脱硫装置后，乙烯基玻璃鳞片胶泥一直是这个行业的首选防腐材料，但在长期的使用过程中也出现了多种问题亟待解决：
①
，乙烯基酯树脂含有大量的苯乙烯单体为高度易燃物，苯乙烯在施工过程中挥发沉积，浓度逐渐积累增大，达到闪点后稍遇明火就会爆燃，造成整个脱硫塔着火，因塔体连着烟囱，有气流拉升作用，风助火势，再因处于塔体内部燃烧，消防根本无法从外部灭火，只能看设备烧毁。脱硫塔用玻璃鳞片胶泥防腐施工每年都有多起着火事故发生，造成人员伤亡和重大财产损失。
②
，玻璃鳞片胶泥防腐有余耐磨性能不足，在脱硫塔喷淋层塔壁，浆液收集槽区域存在强烈的冲刷磨损作用，经常出现鳞片涂层被冲刷磨穿现象。
③
，玻璃鳞片涂层在使用过程中常出现空鼓、开裂、脱落现象，除去施工因素外，乙烯基酯树脂的固有特性也易造成这些现象。在力学性能指标方面，乙烯基酯树脂虽有较高的拉伸强度和弯曲强度，但由于固化过程中收缩率大(体积收缩率7
‑
10％)，其拉伸剪切强度很低，一把在35kg/cm2以下，拉伸剪切强度是衡量涂层附着于基材的重要力学性能指标。收缩率大，附着力小也是出现涂层空鼓、开裂、脱落的重要因素。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种阻燃型复合陶瓷防腐耐磨涂层材料，用于制备安全有效的防腐耐磨涂层，对设备、钢构、地面以及墙壁等进行可靠的防护。
6.针对石灰石
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石膏湿法脱硫设备运行工况和玻璃鳞片胶泥的缺陷，发明人在多年实践基础上得出，应用湿法脱硫系统设备防护的涂层必须满足以下条件：
7.1.耐湿热环境，在湿热环境中物理机械性能不能发生变化。
8.2.涂层成膜性好，具有优异的屏蔽能力和耐腐蚀性能。
9.3.涂层具有一定的耐磨性，可抵御浆液的冲刷磨损。
10.4.无挥发性溶剂，超强的阻燃性能，有效避免施工和检修时的火灾隐患。
11.5.材料与基材粘接强度高，拉伸剪切强度应达到160kg/cm2以上，且材料固化过程中的体积收缩率应小于0.5％。
12.6.材料具有良好的韧性，能适应塔体随气温和工作温度的变化造成的形变而不开裂。
13.依据以上条件，本发明设计、选材和实施如下：主要成膜物质选取海因树脂，海因树脂的海因环为五元二氮杂环，氮元素含量高，本身具有一定的阻燃性能，可以少用外加阻燃剂控制易燃性；其粘度低，可以不用或少用稀释剂；浸润性好，与基材粘接强度高；热稳定性好，具有耐湿热能力；耐老化，耐腐蚀；缺点是内聚力大，偏脆，易开裂；必须适当改性增加韧性解决脆性问题。传统增韧通常采用外加液体橡胶来解决，液体橡胶游离于树脂间，不参与反应，影响耐热性和耐腐蚀性。本发明自制一种聚氨酯预聚体分散于海因树脂中作为增韧剂，用改性芳香胺作为树脂的固化剂，同时改性芳香胺也是聚氨酯预聚体的扩链剂，二者同步反应，形成匀相互穿结构，此结构刚中带柔，有效解决海因树脂的脆性问题，同时耐热和耐腐蚀能力不受影响。
14.一般聚氨酯预聚体的活性比海因树脂高一个数量级，二者很难同步反应形成匀相结构，适用于与海因树脂互穿的聚氨酯预聚体活性应该极低，与海因树脂的固化速度应该相差不大，此聚氨酯预聚体市场无商品出售需要自己合成。通过大量测试，选取1,4
‑
环己烷二异氰酸酯(chdi)与四亚甲基醚二醇(ptmeg)合成nco值2.5～4.5预聚体，其反应速度与海因树脂相当，该聚氨酯预聚体与海因树脂相容性好，固化速度同步，可以形成匀相结构，解决海因树脂的脆性问题，对耐热性和耐腐蚀性无影响，同时还可以增加材料的耐磨性。
15.自制聚氨酯预聚体具体制备工艺为：将1,4
‑
环己烷二异氰酸酯(chdi)加热到80～100℃熔化保温，加入已脱水的ptmeg1000或ptmeg2000中，80～100℃反应40～60分钟，降温放料备用。选用ptmeg2000制备的聚氨酯预聚体比用ptmeg1000制备的韧性好但粘度偏大；nco值低的预聚体韧性好，但由于交联点少强度低。本发明实施例选用ptmeg1000和chdi合成nco值4.2的预聚体作为1号增韧剂(自制1号聚氨酯预聚体)，特点为强度高，韧性稍低；选用ptmeg2000和chdi合成nco值2.8的预聚体作为2号增韧剂(自制2号聚氨酯预聚体)，特点为韧性好，强度略低。
16.海因树脂极性大，选用极性大的酚醛胺、脂肪胺作固化剂时，易受湿气影响降低性能，一般资料推荐酸酐和芳香胺作固化剂，酸酐需加热反应不适用于防腐涂装工艺；芳香胺虽然可以常温固化海因树脂，但大部分芳香胺为固体，现场使用很麻烦，本发明自制一种改性的液体芳香胺便于现场混合。具体实施如下：将间苯二胺(mpda)和4,4二氨基二苯甲烷(ddm)按一定的配比加入3,5二乙基甲苯二胺(detda)中，120℃溶解4小时，冷却至常温放出备用。三种材料的重量配比为detda：mpda：ddm＝100：50～200：50～200，配比不同除影响自制固化剂的粘度外，还影响体系的固化速度，耐磨性和耐热能力。如detda用量不变减少mpda和ddm加入量可以降低粘度；如detda用量不变增加mpda和ddm加入量可以提高耐热性；增加mpda用量可以增加固化物的耐磨性。本发明实施例选用重量配比为detda：mpda：ddm＝100：50：50作为1号固化剂(自制1号改性芳香胺)；选取重量配比为detda：mpda：ddm＝100：100：100作为2号固化剂(自制2号改性芳香胺)；选取重量配比为detda：mpda：ddm＝100：150：50作为3号固化剂(自制3号改性芳香胺)。
17.因此本发明提出一种阻燃型复合陶瓷防腐耐磨涂层材料，该材料包括：
18.主剂，包含海因树脂30
‑
150份，自制增韧剂5
‑
40份，活性稀释剂5
‑
20份；
19.固化剂，包含自制改性芳香胺10
‑
60份和促进剂0.5
‑
5份；
20.包含在主剂和/或固化剂总的磷系阻燃剂5
‑
20份，氮系阻燃剂0
‑
10份，偶联剂0.5
‑
5份，分散剂0.5
‑
5份，消泡剂0.5
‑
5份，流变剂0.5
‑
5份，磨料50
‑
350份，纤维5
‑
15份，颜料0
‑
15份。
21.其中，活性稀释剂优选缩水醚类；偶联剂可以选用kh550，kh560，kh570或其他偶联剂；促进剂可以选取k54、环烷钴酸或其他促进剂；触变剂优选气相二氧化硅；磷系阻燃剂选择次磷酸铝或其他磷系阻燃剂；氮系阻燃剂选择三聚氰胺或其他氮系阻燃剂；增韧剂选择自制聚氨酯预聚体；分散剂选取小分子醇类化合物；消泡剂选油性有机硅油；磨料选自碳化硅粉、刚玉粉、高铝陶瓷粉等，且优选磨料粒径小于180μm；纤维选自芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维中的一种或几种组合，纤维长度低于0.5mm，长径比≥10。颜料选耐酸碱性能良好的颜料，例如钛白粉、碳黑、铁红、铬黄、酞青蓝、酞青绿等，着色牢固，稳定不变色。
22.本发明中主剂和固化剂在生产时单独进行加工，各种组分经均匀分散混合而成。现场使用时，再将主剂与固化剂按配比比例进行混合使用。优选情况下，使用时主剂与固化剂的重量配比为3:1
‑
10:1。
23.本发明的阻燃型复合陶瓷防腐耐磨涂层材料主要应用于火力发电脱硫行业的设备防腐耐磨，用于替代玻璃鳞片胶泥；也可以用于其他防腐耐磨要求的设备防护，如各种罐体，槽体，管道，弯头，塔体的内外表面的防腐防磨，车间钢结构，金属楼梯步道，海洋管桩，海洋岸防工程，车间耐化学品地坪，污水处理设施，墙体及混凝土设施抗渗漏，防腐抗冲刷等。
24.具体情况下，发明人通过大量现场实践，针对不同应用场合提出具体的涂层组分组合，从而达到最佳的应用效果，具体如下：
25.根据本发明的一个方面，提供一种适用于火力发电脱硫行业设备防腐耐磨的涂层材料，该材料包括：
26.主剂，包含海因树脂30
‑
150份，自制2号聚氨酯预聚体5
‑
40份，活性稀释剂5
‑
20份；
27.固化剂，包含自制3号改性芳香胺10
‑
60份和促进剂0.5
‑
5份；
28.包含在主剂和/或固化剂总的磷系阻燃剂5
‑
20份，氮系阻燃剂0
‑
10份，偶联剂0.5
‑
5份，分散剂0.5
‑
5份，消泡剂0.5
‑
5份，流变剂0.5
‑
5份，磨料50
‑
350份，纤维5
‑
15份，颜料0
‑
15份。
29.根据本发明的另一方面，提供一种电解镍车间设备和钢构防护应用的涂层材料，该材料包括：
30.主剂，包含海因树脂30
‑
150份，自制1号聚氨酯预聚体5
‑
40份，活性稀释剂5
‑
20份；
31.固化剂，包含自制2号改性芳香胺10
‑
60份和促进剂0.5
‑
5份；
32.包含在主剂和/或固化剂总的磷系阻燃剂5
‑
20份，氮系阻燃剂0
‑
10份，偶联剂0.5
‑
5份，分散剂0.5
‑
5份，消泡剂0.5
‑
5份，流变剂0.5
‑
5份，磨料50
‑
350份，纤维5
‑
15份，颜料0
‑
15份。
33.根据本发明的又一方面，提供一种适用于化肥厂车间地坪和墙壁防护应用的涂层材料，该材料包括：
34.主剂，包含海因树脂30
‑
150份，自制1号聚氨酯预聚体5
‑
40份，活性稀释剂5
‑
20份；
35.固化剂，包含自制1号改性芳香胺10
‑
60份和促进剂0.5
‑
5份；
36.包含在主剂和/或固化剂总的磷系阻燃剂5
‑
20份，氮系阻燃剂0
‑
10份，偶联剂0.5
‑
5份，分散剂0.5
‑
5份，消泡剂0.5
‑
5份，流变剂0.5
‑
5份，磨料50
‑
350份，纤维5
‑
15份，颜料0
‑
15份。
37.采用本发明的阻燃型复合陶瓷防腐耐磨涂层材料在实际使用过程中，有效防护时间是鳞片胶泥的2倍以上，是普通氯磺化油漆的10倍以上。
具体实施方式
38.以下具体实施例中涂层材料中各组分配比的“份”均以重量计。
39.实施例一：襄阳热电厂脱硫塔烟道防护应用
40.利用本发明的阻燃型复合陶瓷防腐耐磨涂层材料对襄阳热电厂脱硫塔，烟道进行了多次防护应用，取得了良好的应用效果。应用本材料前该厂采用传统玻璃鳞片胶泥进行防护，一般3个多月以后逐渐出现漏点，检修时修修补补，勉强使用一年半左右，该厂1
‑
3号脱硫塔和烟道采用本发明的不同方案，自2015年8月逐步投入使用，直到目前(2019年6月)，设备仍在整常运行，无漏点出现。
41.具体实施工艺如下：
42.1.1对塔体内壁，烟道内壁进行喷砂处理，获取干净、干燥、粗化的表面。
43.1.2配制本发明阻燃型复合陶瓷防腐耐磨涂层材料，刷涂(滚涂、刮涂)于处理过的基材表面，十字交叉法涂装两遍。
44.1.3室温固化24小时后用电火花侧漏仪进行检测并补。
45.1.4固化后再次检测补漏，直到无漏点为止。
46.1.5用膜厚仪测量涂层厚度是否达到约定厚度，如不达标，再次涂装至约定厚度。
47.1.6室温固化24小时可投入使用。
48.实施例1
49.主剂：海因树脂60份、苄基缩水甘油醚10份、次磷酸铝15份、三聚氰胺5份、自制2号聚氨酯预聚体10份、异丙醇1份、硅油1份、气相二氧化硅3份、碳化硅粉100份、玻纤粉5份、酞青绿2份。
50.固化剂：自制3号改性芳香胺25份、偶联剂kh550 3份、促进剂k54 1份。
51.1号塔壁运行45个月，其中喷淋层区域28个月时补刷过一遍。
52.实施例2
53.主剂：海因树脂60份、501稀释剂10份、次磷酸铝15份、三聚氰胺5份、自制2号聚氨酯预聚体10份、异丙醇1份、硅油1份、气相二氧化硅3份、刚玉粉120份、玻纤粉5份、酞青绿2份。
54.固化剂：自制3号改性芳香胺25份、偶联剂kh550 3份、促进剂k54 1份。
55.2号塔壁运行45个月，其中喷淋层区域30个月时补刷过一遍。
56.实施例3
57.主剂：海因树脂60份、活性稀释剂age 10份、次磷酸铝15份、三聚氰胺5份、自制2号聚氨预聚体10份、异丙醇1份、硅油1份、气相二氧化硅3份、高铝陶瓷粉150份、玻纤粉5份、酞青绿2份。
58.固化剂：自制3号改性芳香胺25份、偶联剂kh550 3份、促进剂k54 1份。
59.3号塔壁运行45个月，其中喷淋层区域42个月时补刷过一遍。
60.实施例4
61.主剂：海因树脂60份、苄基缩水甘油醚15份、次磷酸铝15份、三聚氰胺5份、自制2号聚氨酯预聚体15份、异丙醇1份、硅油1份、气相二氧化硅3份、碳化硅粉250份、玻纤粉5份、酞青绿2份。
62.固化剂：自制3号改性芳香胺27份、偶联剂kh550 3份、促进剂k54 1份。
63.1号塔原烟道运行45个月，完好。
64.实施例5
65.主剂：海因树脂60份、聚乙二醇二缩水甘油醚15份、次磷酸铝15份、三聚氰胺5份、自制2号聚氨酯预聚体15份、异丙醇1份、硅油1份、气相二氧化硅3份、刚玉粉180份、玻纤粉5份、酞青绿2份。
66.固化剂：自制3号改性芳香胺27份、偶联剂kh550 3份、促进剂k54 1份。
67.2号塔原烟道运行45个月，其中30个月时局部补涂过一遍。
68.实施例6
69.主剂：海因树脂60份、1,4丁二醇二缩水甘油醚15份、次磷酸铝15份、三聚氰胺5份、自制2号聚氨酯预聚体15份、异丙醇1份、硅油1份、气相二氧化硅3份、高铝陶瓷粉220份、玻纤粉5份、酞青绿2份。
70.固化剂：自制3号改性芳香胺27份、偶联剂kh550 3份、促进剂k54 1份。
71.3号塔原烟道运行45个月，其中36个月时局部补涂过一遍。
72.实施例7
73.主剂：海因树脂60份、稀释剂age15份、次磷酸铝18份、三聚氰胺7份、自制2号聚氨酯预聚体20份、异丙醇1份、硅油1份、气相二氧化硅2份、碳化硅粉50份、玻纤粉5份、钛白粉5份、碳黑0.5份。
74.固化剂：自制3号改性芳香胺27份、偶联剂kh550 3份、促进剂k54 1份。
75.1号塔净烟道运行45个月完好。
76.实施例8
77.主剂：海因树脂60份、稀释剂501 15份、次磷酸铝18份、三聚氰胺7份、自制2号聚氨酯预聚体20份、异丙醇1份、硅油1份、气相二氧化硅3份、刚玉粉50份、玻纤粉5份、钛白粉5份、碳黑0.5份。
78.固化剂：自制3号改性芳香胺27份、偶联剂kh550 3份、促进剂k54 1份。
79.2号塔净烟道运行45个月完好。
80.实施例9
81.主剂：海因树脂60份、苄基缩水甘油醚15份、次磷酸铝18份、三聚氰胺7份、自制2号聚氨酯预聚体20份、异丙醇1份、硅油1份、气相二氧化硅3份、高铝陶瓷粉50份、玻纤粉5份、钛白粉5份、碳黑0.5份。
82.固化剂：自制3号改性芳香胺27份、偶联剂kh550 3份、促进剂k54 1份。
83.3号塔净烟道运行45个月完好。
84.实施例二金川镍业电解镍车间设备和钢构防护应用
85.金川镍业电解镍车间酸雾大，酸雾为盐酸和硫酸混合物，酸雾附着到金属设备表面形成酸性液膜，严重腐蚀车间的各种设备和厂房钢构，早期用氯磺化油漆进行防护，漆膜半个月就出现开裂，起皮现象，维护工人整天忙于打磨涂装作业，劳动强度很大，防护效果一般，该厂自2016年起采用本发明阻燃型复合陶瓷防腐耐磨涂层材料后，一年只需进行一次涂装作业，涂层不鼓包、开裂，色泽稳定，取得了良好的使用效果。
86.具体实施工艺如下：
87.2.1用角磨机带钢丝刷打磨清理需涂装部分残余旧漆和基材。
88.2.2配制本发明阻燃型复合陶瓷防腐耐磨涂层材料，刷涂或滚涂于处理过的基材表面，十字交叉法涂装两遍。
89.2.3固化后即可投入使用。
90.实施例10
91.主剂：海因树脂100份、聚乙二醇二缩水甘油醚20份、次磷酸铝10份、三聚氰胺5份、自制1号聚氨酯预聚体20份、偶联剂kh560 3份、异丙醇1份、硅油2份、气相二氧化硅4份、高铝陶瓷粉80份、玻纤粉5份、钛白粉20份、碳黑1份。
92.固化剂：自制2号改性芳香胺40份、促进剂k54 1份。
93.用于电解镍车间钢构1年完好。
94.实施例11
95.主剂：海因树脂100份、苄基缩水甘油醚20份、次磷酸铝10份、三聚氰胺5份、自制1号聚氨酯预聚体20份、偶联剂kh560 3份、异丙醇1份、硅油2份、气相二氧化硅4份、陶瓷粉80份、玻纤粉5份、铬黄20份。
96.固化剂：自制2号改性芳香胺40份、促进剂k54 1份。
97.用于电解镍车间行吊1年完好。
98.实施例12
99.主剂：海因树脂100份、稀释剂age 20份、次磷酸铝10份、三聚氰胺5份、自制1号聚氨酯预聚体20份、偶联剂kh560 3份、异丙醇1份、硅油2份、气相二氧化硅4份、高铝陶瓷粉80份、玻纤粉5份、钛白粉15份、酞青蓝5份。
100.固化剂：自制2号改性芳香胺40份、促进剂k54 1份。
101.用于电解镍车间常温储罐1年完好。
102.实施例13
103.主剂：海因树脂100份、聚乙二醇二缩水甘油醚20份、次磷酸铝10份、三聚氰胺5份、自制1号聚氨酯预聚体20份、偶联剂kh560 3份、异丙醇1份、硅油2份、气相二氧化硅4份、高铝陶瓷粉80份、玻纤粉5份、酞青蓝10份。
104.固化剂：自制2号改性芳香胺40份、促进剂k54 1份。
105.用于电解镍车间中温储罐(50
‑
100℃)1年完好。
106.实施例14
107.主剂：海因树脂100份，1,4丁二醇二缩水甘油醚20份、次磷酸铝10份、三聚氰胺5份、自制1号聚氨酯预聚体20份、偶联剂kh560 3份、异丙醇1份、硅油2份、气相二氧化硅4份、高铝陶瓷粉80份、玻纤粉5份、酞青绿10份。
108.固化剂：自制2号改性芳香胺40份、促进剂k54 1份。
109.用于电解镍车间高温储罐(100
‑
150℃)1年完好。
110.实施例15
111.主剂：海因树脂100份，稀释剂501 20份、次磷酸铝10份、三聚氰胺5份、自制1号聚氨酯预聚体20份、偶联剂kh560 3份、异丙醇1份、硅油2份、气相二氧化硅4份、高铝陶瓷粉80份、玻纤粉5份、钛白粉20份，碳黑1份。
112.固化剂：自制2号改性芳香胺40份、促进剂k54 1份。
113.用于电解镍车间电解槽外表面1年完好。
114.实施例三胡集大峪口化肥厂多层车间地坪防护应用
115.胡集大峪口化肥厂多层车间地坪被碱液腐蚀，渗透严重，天花板上碱液结晶后形成冰挂现象，严重影响建筑结构和安全生产，采用本发明复合陶瓷防腐耐磨涂层材料进行防护，防护前清理清洗结晶碱，混凝土表面进行封闭、填补处理，滚涂两遍本发明材料，在整个建筑结构内表面形成耐化学品涂层和耐化学品地坪，自工程完工至今再无发现碱液渗出现象。
116.具体实施工艺如下：
117.3.1机械清理外漏结晶碱。
118.3.2配制5％草酸溶液滚涂于混凝土表面，反复几次至不冒泡沫为止。
119.3.3用清水冲洗混凝土表面并晾干。
120.3.4在晾干后的混凝土表面刷涂耐化学品封闭剂，并再次晾干。
121.3.5按比例配制本发明阻燃型复合陶瓷防腐耐磨涂层材料胶泥状的延伸配方产品，填补混凝土表面的坑、孔使其平整。
122.3.6配制本发明阻燃型复合陶瓷防腐耐磨涂层材料刷涂(滚涂)于处理过的混凝土表面，十字交叉法涂装两遍。
123.3.7固化后24h即可投入使用。
124.实施例17
125.主剂：海因树脂50份、苄基缩水甘油醚8份、次磷酸铝5份、三聚氰胺3份、自制1号聚氨酯预聚体10份、异丙醇1份、硅油1份、气相二氧化硅6份、高铝陶瓷粉200份、玻纤粉5份、钛白份10份，碳黑0.5份。
126.固化剂：自制1号改性芳香胺20份、偶联剂kh550 3份、促进剂k54 1份、高铝陶瓷粉60份、气相二氧化硅2份。
127.用于混凝土表面坑、孔等缺陷的填补。
128.实施例18
129.主剂：海因树脂150份、聚乙二醇二缩水甘油醚20份、次磷酸铝10份、三聚氰胺5份、自制1号聚氨酯预聚体25份、偶联剂kh560 3份、异丙醇1份、硅油2份、气相二氧化硅3份、高铝陶瓷粉150份、玻纤粉5份、钛白份10份，碳黑0.5份。
130.固化剂：自制1号改性芳香胺60份、促进剂k54 1份。
131.用于化肥厂碱液渗漏建筑结构内表面形成耐化学品涂层和耐化学品地坪，应用3年，抗渗效果良好，地坪表面有轻微划伤。
132.通过以上实施例可以看出，本发明应用于湿法脱硫系统设备的防护与乙烯基酯玻璃鳞片胶泥相比，在阻燃性、耐磨性、抗剥落等性能方面具有明显的优势，一般可达到鳞片
胶泥防护效果的2倍以上，且安全阻燃。用于一般化学品的腐蚀方面也较传统油漆寿命长久，同时可用于车间地坪、墙壁的抗渗防腐，尤其对于流体带冲刷磨损的腐蚀工况有显著的效果。