CN101426872B - 耐高温无机复合粘结剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种耐高温无机复合粘结剂及其制备方法，所述粘结剂的成分包括：氢氧化铝5％-12％、磷酸15％-35％、稀土氧化物0.1-1％、硅溶胶5-20％、多聚磷酸铝1-15％、硼砂1％-5％、余量为水，本发明的粘结剂可用于高温涂料和高温防氧化涂层等金属工件热处理暂时性保护涂层中，能实现涂料直接在400-1000℃高温金属基体表面喷涂，瞬间形成防氧化涂层，并且在加热炉的高温环境中能持续保持优良的粘结性能，从而有助于减少金属材料在热处理过程中的氧化烧损，提高金属材料表面质量；本发明的粘结剂可用于高温窑炉填补料或耐火材料中，提高材料强度，延长其使用寿命。

Description

耐高温无机复合粘结剂
技术领域
本发明涉及一种用于耐高温材料的无机复合粘结剂及其制备方法，属于粘结剂材料领域。
背景技术
要求较长时间处于高温条件(例如400-1400℃)下的材料具有优良的强度和寿命，在其表面涂覆防护涂层是较简单易行的方法，例如，要进行热轧工序的各种金属基体，所涂覆的防护涂层必须是耐高温涂层，而为      实现涂层与材料表面的有效结合，均需要在涂层原料中添加粘结剂；很多耐高温材料，例如高温窑炉填补料、耐火材料等，其材料中耐高温粘结剂的使用也是必不可少的。
粘结剂的耐高温性能是影响涂层防护效果及耐高温材料强度的重要因素之一。目前使用的这类粘结剂一般分为有机粘结剂和无机粘结剂。有机粘结剂对受热温度的耐受能力有限，不能耐受高达1400℃的温度。目前常用的无机粘结剂包括有水玻璃和磷酸二氢铝。水玻璃中的钠或钾在高温下对基体有很强的腐蚀作用，并且在900℃以上开始严重分解，会逐步失去粘结作用；常用的磷酸二氢铝或以磷酸二氢铝为主要成分的无机粘结剂则酸性太强，会与涂层或材料中其它组分反应剧烈，产生沉淀，粘结性能下降，例如导致不易于在材料基体表面的均匀涂覆，并且涂层在高温下容易开裂，尤其是温度达到1200℃更开始出现较强的分解。
提高耐高温涂层的防护性能和耐高温材料的粘结强度，可利于降低热轧金属工件在加热炉工序产生的氧化烧损率和提高金属工件表面质量稳定性，也利于提高高温窑炉填补料或耐火材料的强度，延长其使用寿命。为解决粘结剂在高温下的稳定性问题，目前较多的做法是添加一些耐高温助剂，例如加入碳化硅类特种材料，而导致粘结剂的成本增加，应用范围受到限制。
发明内容
本发明所欲解决的主要技术问题在于提供一种用于高温环境中的无机复合粘结剂，通过对成分及配比的筛选和确定，得到的粘结剂能在高达1700℃的高温下仍可保持良好的粘结性能。
本发明还提供了所述可耐高温的无机复合粘结剂的制备方法。
本发明提供了一种高温无机复合粘结剂，以所述粘结剂总重量为基准，其成分包括：氢氧化铝5％-12％、磷酸15％-35％、稀土氧化物0.1％-1％、硅溶胶5％-20％、多聚磷酸铝1％-15％、硼砂1％-5％、余量为水。
将本发明的粘结剂添加到耐高温类涂料中，将常温涂料向高温基体(400-1000℃)直接喷涂，可以满足与基体表面能瞬间产生良好的粘附效果，粘结剂的存在利于耐高温涂层在基体表面的形成和致密化，且升温过程中迅速聚合成网状，包嵌涂层中的耐高温骨料，形成致密均匀的膜层，适用于各种金属工件热处理温度下的防护涂层。同样，将本发明粘结剂用于耐高温材料中，其在高温环境中也能提供良好的粘结性能，并提供了所希望的强度。本发明的粘结剂产品为pH接近中性的悬浮液体系，不仅粘结力强，而且对基体无腐蚀性，可长时间耐受1700℃高温环境。
本发明的粘结剂中使用的稀土氧化物可以为通过制备或商购得到的各种稀土氧化物，例如，钇、镧及镧系元素的氧化物，常用的可以有氧化钇、氧化镧、氧化铈、氧化钪、氧化钕等或几种稀土氧化物的混合。申请人的研究发现，适当的稀土氧化物利于改善本发明粘结剂的性能，所以，本发明要求在粘结剂中添加适量的稀土(一般是以氧化物的形式)，而该稀土氧化物可以是单一一种稀土氧化物，也可以是多种稀土氧化物的混合，对稀土氧化物的具体种类本发明没有特别限定，上述稀土氧化物含量以粘结剂中添加的全部稀土氧化物计，在实际生产中根据对粘结剂的应用要求可以使用制备或商购的氧化物，也可以直接使用稀土矿，只要其满足本发明粘结剂对稀土氧化物添加量的要求。另外，本发明的粘结剂中所用到的其它成分也均为可自行制备或商购的工业产品，其中的多聚磷酸铝通常也称聚合磷酸铝，一般为磷酸铝的三聚物。采用水为分散介质，将各成分混合并在80-95℃搅拌反应1-4小时，即可得到本发明的粘结剂，该粘结剂此时为乳白色悬浮液体系，密度1.6-2.2g/cm3，pH值4.5-6.5。
本发明的粘结剂(例如实施例中制备的粘结剂)可适用于各类需要涂施于耐高温材料表面形成防护层的涂料中，也可适用于一些耐高温材料中，例如用于热轧金属材料的高温涂料和高温防氧化涂料、阻燃涂料、高温窑炉填补料等，粘结剂在其中的添加量可以为所述耐高温材料重量的10％-20％，使耐高温材料在1200℃时抗拉强度平均为15兆帕左右，即，能在高温环境中长期使用并保持其优良的粘结性能。具体地：
该粘结剂可用于高温涂层和高温防氧化涂层等金属热处理暂时性保护涂层中，能实现涂料直接在400-1000℃高温金属工件表面喷涂，瞬间形成防氧化涂层，并且在加热炉中能保持优良的粘结性能，从而有助于减少金属材料在加热处理过程中的氧化烧损，提高基体表面质量；
该粘结剂可用于高温窑炉填补料(修补料)中，粘结剂与填补料组分如刚玉、石英、铝矾土、耐火粘土、以及碳、碳化物等耐火骨料均有良好的润湿性和胶合性能，可与骨料配制成整体构筑材料和修补用材料、砌筑材料及接缝材料等不定形耐火浆料。配制的耐火浆料同样可以实现高温环境的直接喷涂修补，填补料在高温下也能具有良好的强度，测定结果在1300℃下的平均抗压强度在90兆帕左右，抗折强度在8兆帕左右，修补料与基体耐火材料有很好的结合性能，热膨胀系数相当，改善了涂层的防护性能，利于提高炉体寿命，节约了修复工期和能量，也可延长窑炉寿命；
该粘结剂还可适用于各种耐高温材料中，例如作为耐火材料或阻燃材料的粘结剂，提高耐火材料在高温环境下的强度。
本发明提供的粘结剂的技术特点：
1、本发明的粘结剂是一种利用无机材料制成的耐高温无机复合粘结剂，应用温度范围广，可以在1700℃高温环境中保持其粘结性能；
2、本发明提供的耐高温无机复合粘结剂可替代目前使用的粘结剂添加于耐高温涂料中，涂料可直接在400-1000℃的高温基体表面应用(例如喷涂)形成防护涂层，水分挥发的同时粘结剂组分会瞬间粘附在基体表面而利于耐高温涂层在基体表面的形成和附着，形成的耐高温涂层均匀致密、抗热震性能好，利于在高温条件下对基体形进行保护，防护效果显著；
3、本发明提供的耐高温无机复合粘结剂应用范围广，既可应用于金属基体的防护涂层，也可用于高温耐火材料和高温窑炉修补料中。
总之，本发明粘结剂在冶金及耐火材料领域均有良好的应用前景。
具体实施方式
以下结合具体实施例详细说明本发明的实施方案，以具体揭示本发明的实质所在，但不能理解为对本发明可实施范围的任何限定，在不脱离该实质精神的基础上可以有不同的更改和修饰。
实施例1
原料配比：氢氧化铝5kg、磷酸25kg、氧化铈0.1kg、硅溶胶12kg、多聚磷酸铝(三聚磷酸铝)8kg、硼砂3kg。
按上述原料配比混合加入46.9kg水，在反应器中约90℃恒温搅拌2小时左右，得到乳白色悬浮液产品，装入包装容器中，即得到耐高温无机复合粘结剂产品。
实施例2
原料配比：氢氧化铝7kg、磷酸32kg、氧化钇0.2kg、硅溶胶8kg、多聚磷酸铝5kg、硼砂1kg。
按上述原料配比混合加入46.8kg自来水，在反应器中约85℃恒温搅拌3小时左右，得到乳白色悬浮液产品，装入包装容器中，即得到耐高温无机复合粘结剂产品。
实施例3
原料配比：氢氧化铝5kg、磷酸16kg、氧化镧0.6kg、硅溶胶15kg、多聚磷酸铝12kg、硼砂4kg。
按上述原料配比混合加入47.4kg自来水，在反应器中约95℃恒温搅拌1小时左右，得到乳白色悬浮液产品，装入包装容器中，即得到耐高温无机复合粘结剂产品。
实施例4
原料配比：氢氧化铝8kg、磷酸30kg、氧化钪0.3kg、硅溶胶6kg、多聚磷酸铝3kg、硼砂2kg。
按上述原料配比混合加入50.7kg自来水，在反应器中约95℃恒温搅拌3小时左右，得到乳白色悬浮液产品，装入包装容器中，即得到耐高温无机复合粘结剂产品。
实施例5
原料配比：氢氧化铝8kg、磷酸30kg、氧化钪0.1kg、氧化钇0.2kg、硅溶胶5kg、多聚磷酸铝4kg、硼砂1kg。
按上述原料配比混合加入51.7kg自来水，在反应器中约90℃恒温搅拌4小时左右，得到乳白色悬浮液产品，装入包装容器中，即得到耐高温无机复合粘结剂产品。
实施例6
原料配比：氢氧化铝5kg、磷酸25kg、氧化钕0.2kg、氧化钪0.3kg、硅溶胶7kg、多聚磷酸铝6kg、硼砂1kg。
按上述原料配比混合加入55.5kg自来水，在反应器中95℃恒温搅拌2小时，得到乳白色悬浮液产品，装入包装容器中，即得到耐高温无机复合粘结剂产品。
根据以上各实施例及方法制作的耐高温无机复合粘结剂适用于耐高温金属防护涂层、高温窑炉填补料或其它耐火材料的涂料中，具有良好的粘结强度，1200℃以上温度抗拉强度大于10兆帕，能在1700℃高温环境中长期使用并保持其优良粘结性能。

Claims (7)

1.一种耐高温无机复合粘结剂，以所述粘结剂总重量为基准，其成分包括：氢氧化铝5％-12％、磷酸15％-35％、稀土氧化物0.1％-1％、硅溶胶5％-20％、多聚磷酸铝1％-15％、硼砂1％-5％和余量的水。
2.根据权利要求1所述的粘结剂，其中，所述稀土氧化物包括氧化钇、氧化镧、氧化铈、氧化钪或氧化钕中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的粘结剂，其中，所述稀土氧化物来自稀土矿原料。
4.根据权利要求1所述的粘结剂，其中，所述粘结剂为各成分与水混合并于80-95℃搅拌反应1-4小时而得到的悬浮液。
5.制备权利要求1-4任一项所述耐高温无机复合粘结剂的方法，以所述粘结剂总重量为基准，取氢氧化铝5％-12％、磷酸15％-35％、稀土氧化物0.1％-1％、硅溶胶5％-20％、多聚磷酸铝1％-15％、硼砂1％-5％和余量的水混合，在80-95℃搅拌反应1-4小时，制成悬浮液。
6.一种耐高温材料，其中包括权利要求1-4任一项所述的粘结剂，且所述粘结剂的含量为耐高温材料总重量的10％-20％。
7.根据权利要求6所述的耐高温材料，其包括耐高温金属防护涂料、高温窑炉修补料或耐火材料。
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