CN101981229A - 耐高温涂覆组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基本由磷酸、镁离子源和可滤取的腐蚀抑制剂组成的含水磷酸结合溶液。对于混合到结合溶液中用来制备涂覆浆料的无机金属颗粒，例如铝来说该结合溶液是不反应的。涂覆该涂覆组合物的金属部件具有令人相当满意的特性，例如耐热和耐腐蚀性。

Description

耐高温涂覆组合物
背景技术
包括磷酸和金属铝的组合物用于金属表面的防护，例如含铁表面的防腐是众所周知的。在该涂覆组合物中，颗粒金属材料，例如铝薄片和/或粉末，与磷酸结合溶液混合形成涂覆组合物，然后涂覆到待处理的金属表面。基体上涂覆涂层后，可在通常高于500°F(260℃)的第一温度下加热，直到涂层变得基本不溶于水。接着涂覆的表面可在通常高于1000°F(538℃)的第二温度下固化以形成最终的保护涂层。
该涂覆工艺中出现的一个问题是当颗粒金属材料与磷酸结合溶液混合的时候，酸性的结合溶液能与金属材料反应。该反应可能非常剧烈，造成薄片和/或粉末燃烧或者甚至爆炸，或者不那么剧烈只是导致金属材料转变成各种盐。二者中的任一种情况，该反应都妨碍形成合适的保护涂层。
Allen在美国专利3,248,251中记载了基本由处于包含溶解的金属铬酸盐、重铬酸盐或者钼酸盐，和磷酸盐的含水酸结合溶液中的固体无机颗粒材料(例如铝)浆料组成的涂覆组合物。结果发现添加铬酸盐或钼酸盐到酸性结合溶液有效的减弱了溶液对铝的活性并且抑制了金属铝的氧化，使得铝颗粒与结合溶液混合而酸溶液和铝之间没有不期望的化学反应发生。这种所谓的Allen涂层已经成功的用来提供高质量的涂层，它能够防止氧化和腐蚀铁类金属合金表面，尤其是在高温下。
虽然铬酸盐和钼酸盐已经成功的用于减弱铝在该涂覆组合物中的反应活性，但因为环境因素铬酸盐和钼酸盐的使用已经成为一个问题。铬酸盐和钼酸盐通常认为是有毒物质。六价铬被认定为致癌物质。因而期望的是避免含该盐的溶液的使用，或者至少是减少它们的使用。为此，期望开发一种需要添加很少或者不含用来控制酸性磷酸结合溶液和铝颗粒之间活性的铬酸盐或钼酸盐的磷酸/铝涂覆组合物。该涂覆组合物应能防止在环境条件下尤其是在高温下，铁类金属合金表面的氧化和腐蚀，至少同Allen类型的涂层一样好。
为了克服有关铬酸盐和钼酸盐的环境问题，已经做出了一些努力。Stetson等在美国专利5,242,488中记载了一种用于铁类合金的涂覆组合物，它既不需要铬酸盐也不需要钼酸盐来控制结合溶液和铝粉末之间的反应。该组合物基本由结合溶液和铝粉末的浆料混合物组成。结合溶液基本由水、磷酸(H3PO4)和铝离子组成，溶液中的铝离子，其含量足以基本上平衡结合溶液中的铝金属颜料。涂覆组合物中的结合溶液组分需要在溶液有足够的铝离子，从而使得其与铝金属颜料基本平衡，即，溶液中的铝离子的含量基本上达到饱和点，因而对接着添加的铝金属颜料基本上无活性。
Stetson公开在用铝平衡混合物之前或之后，使用镁(MgO或MgCO3)来至少部分中和含水磷酸混合物。Stetson等在最近的专利US5,279,649中记载了基本相同的组合物，其中添加了V2O5来生成钒离子，从而在铝平衡的混合物中添加了另一种抑制剂。此外，Stetson等在US5,279,650公开了一种用于‘649号专利公开的涂层的封闭涂覆组合物，其中还含有氧化铁(Fe2O3)颗粒。设计的所有三种涂覆组合物都用于避免铬和钼离子的使用，并且需要相对于额外添加的铝来平衡结合溶液。V2O5的添加证实是有毒物质的添加，被列在OSHA极端危险物质名单中。
Mosser等普通转让的US5,478,413记载了一种环境友好的涂覆组合物，其中公开了一种由磷酸、一种或多种镁离子源，和一种铝离子源和/或锌和硼离子源组成的水溶液。溶液中铝的含量低于需要达到饱和度的含量，进而低于相对于额外添加的铝来平衡结合溶液所需的量。至少一个小时内该结合溶液相对铝颗粒没有反应活性。
发明内容
一方面，一种用于形成铁类合金(ferrous alloy)涂覆组合物的结合溶液，其基本由磷酸、镁离子源和可滤取的腐蚀抑制剂组成。结合溶液的pH值在约2-约4.5的范围，通常在约2.5-约3.5，并且经常在约2.7-约3.3。为了获得所需的pH值，可以按照需要添加额外含量的酸或碱到组合物中。为了降低pH值，例如，可添加水溶性的磷酸或磷酸盐，例如磷酸二氢镁。
另一方面，一种涂覆组合物，其包括结合溶液和颗粒金属材料，例如铝。颗粒金属材料可以是任何合适的形式，例如粉末、薄片或粉末和薄片的混合。
另一方面，防护基体的方法，包括施加涂覆组合物到基体的金属表面，并且加热已涂覆的基体来固化该涂覆组合物。
该结合和涂覆组合物通常不含或基本不含铬，尤其是六价铬和钼以及其它有毒金属，例如镍和钒。尽管不含或基本不含这些有害的金属，该组合物在足够施加涂覆的时间期间内保持稳定，尤其是超过1小时的期间，通常高于4并且经常高于8小时。一些组合物在几天内保持稳定并且在数周保持液态。
涂层是令人满意的，在抵抗氧化和腐蚀方面，尤其是在高温，总体上达到或超过了Allen涂层的标准。这种结合和涂覆组合物表现了如此的稳定性和使用性能而无需像US5,478,413记载的那样添加锌离子和/或铝子源，进而简化了组分和生产。该涂层尤其适用于涡轮压缩机机翼，例如叶片、轮叶、定子和类似物。
该结合溶液可通过先制备由水、磷酸、镁离子源和可选的硼离子源混合而成的粘结溶液来制备。接着可滤取的腐蚀抑制剂可加入到缓冲粘结溶液中来制备结合溶液。结合溶液中的可滤取的腐蚀抑制剂和/或其它组分可具有在水或含水磷酸中低的或减弱的溶解性或混合性。这种较低溶解或混合的组分可以乳液或其它非溶液的形式存在。这里使用的术语“含水结合溶液”和“结合溶液”含义是包括其中有一种或多种组分可能未充分溶解，但是可被乳化或分散或以其他形式存在的组合物。该声明适用于此处记载的组分以及未记载的其它组分。
涂覆组合物可通过混合结合溶液和一种固体颗粒金属材料，例如铝粉末来制备。可使用其它金属颗粒来替代或添加到铝中，例如那些记载在前面引用的Allen专利中的金属颗粒。涂覆组合物可包含在涂覆领域惯用的其它组分，例如非金属性的(non-metallic)颜料(即，其不是金属颜料)例如氧化铝、氧化锆、二氧化铈，和/或其它混合的金属氧化物。涂覆的铁类零件表现出了非常令人满意的性能，一般等同于或优于Allen和Stetson专利中记载的涂层所达到的性能。
具体实施方式
含水结合溶液包括磷酸、镁离子源和一种可滤取的腐蚀抑制剂。结合溶液的pH值可调节到约2-约4.5的范围，通常在约2.5-约3.5，并且经常在约2.7-约3.3。
结合溶液是稳定的，即其与随后添加的金属颗粒(例如铝)不反应或基本不反应(或呈惰性)。下述记载的一反应活性测试中，当铝颗粒混合到结合溶液中至少高达1小时，经常高达4小时，在某些情况下高达8小时或更长，涂覆组合物没有或基本没有表现出可见的反应。
结合溶液中的镁离子可通过任何适合的来源来提供，例如以碳酸镁、氧化镁或氢氧化镁、镁金属或其结合的形式。镁溶解在磷酸中形成金属离子和水和/或气体。单独添加或与其它化合物一起添加的含量应足够使pH值在所需的范围内或者稍微低于或高于该范围，以使得紧接着添加其它化合物，pH值在该所需的范围内。
其它适合的作为镁离子来源的镁化合物列在化学和物理手册(Boca Raton，Fla.公司CRC出版社，主编David R.Lide)第87版的无机化合物物理常数(手册)章节中，其作为参考引用在此。
结合溶液还包括一种或多种可滤取的腐蚀抑制剂(有时也称为可滤取的颜料)。可滤取的腐蚀抑制剂能够抑制或者钝化金属基体的腐蚀。可滤取的阳离子在某些情况下可用来钝化或稳定铝金属粉末。
颜料经常用于涂漆领域以提供色彩或灰度，或用来改变聚合物膜的表面硬度、润湿性或其它特性。颜料还可作为阻挡层用来提供耐腐蚀性，例如片状颜料。作为另一个例子，抗腐蚀的颜料被选择性的滤取特定的离子或中性化合物从而改变金属基体的腐蚀速率。例如，铬酸锶和铬酸锌滤取少量的铬酸根离子，其可有效钝化中性水溶液中的几乎所有金属。通常，这种颜料仅用于其上涂覆有有效的阻挡聚合物薄膜的多孔底漆中，除了薄膜被损坏或者被渗透的情况外其可密封和防护底漆免受浸取。
与油漆不同，基于酸性磷酸粘结剂的无机铝颜料浆料涂层在涂层中没有有机碳基聚合物作为成膜剂。该替代的浆料涂层是水基的并且多孔，但其通常不使用面层或封闭剂。添加中性的改性磷酸颜料作为腐蚀抑制剂产生了预料不到的进步，例如(1)涂层的适用寿命(混合的有用涂层寿命)显著的延长；(2)钢基体上酸性磷酸粘结溶液的化学侵蚀减少或消除；和(3)提高了极端条件下(盐雾、高温循环等)应用的铝涂层的性能。尽管不是明确的知晓这些颜料如何提高性能，但相信在混合后和在暴露期间少量的锌、铝和/或其它离子从涂层中滤取出来。下表提供了可使用的可滤取的腐蚀抑制剂的非限定性例子。它们被划分成金属正磷酸盐或金属缩聚磷酸盐。
 命名   制造商   化学名
 ZPA   Heubach   正磷酸锌铝
 ZAP   Wetech   三聚磷酸锌铝
 KWhite105   Tayca   三聚磷酸铝
 ZAPP   Heubach   多磷酸锌铝
 SAPP   Heubach   聚磷酸锶铝
 SRPP   Heubach   改性多磷酸锶铝
 ZCPP   Heubach   改性多磷酸锌钙
 ZMP   Heubach   磷酸锌钼(zinc molybdate phosphate)
结合溶液中的可滤取腐蚀抑制剂的浓度可依据可滤取腐蚀抑制剂的种类，存在的其它化合物的种类和含量，和涂覆组合物的目标特性这些因素在宽范围内变化。例如，当其中不含有金属粉末(例如铝)和/或可滤取的腐蚀抑制剂是存在的唯一的颜料的时候，组合物中可存在更高的浓度。作为举例，可滤取的腐蚀抑制剂在每100ml粘结液中可含约2-约80g，经常在约2-约50g。混合有铝粉末的结合溶液中，每100ml粘结液中可滤取的腐蚀抑制剂含量经常在约2-约15g。
由于环境因素，可滤取腐蚀抑制剂中经常需要避免铬酸盐的使用。然而，在这种使用是可容忍的应用中铬酸盐可以存在于可滤取的腐蚀抑制剂中。组合物中可包含其它已知相容的成分，例如表面活性剂、润湿剂和其它常规添加剂。
发现显现出令人满意的稳定性和使用性能的组合物可无需像US5,478,413记载的那样添加锌离子和/或铝子源来制备。作为可滤取腐蚀抑制剂中所含的金属参与的平衡反应的结果，含水组合物中可存在相对较少数量的离子，例如锌和铝。结合溶液还可包含一定量的其它离子，例如钙和/或锶离子。在某些情况下结合溶液不含或基本不含Fe离子和/或Mn离子。
该组合物还可含硼离子，其可通过任何合适的形式提供，例如氧化硼、硼酸和可溶解的硼酸盐。硼酸化合物的非限定例子记载在手册中。溶液中氧化硼发生水合反应变成硼酸，接着反应生成硼酸镁。
该结合溶液可通过先制备由水、磷酸、镁离子源和可选的硼离子源混合而成的粘结液来制备。粘结液被缓冲至，例如pH值为约2-约3，经常为约2.4-约2.7。接着，可滤取的腐蚀抑制剂可加入到缓冲的粘结液中来制备结合溶液。
该涂覆浆料组合物可通过混合上述结合溶液和金属颗粒，例如粉末、薄片或二者结合形式的铝颗粒来形成。该结合溶液与添加的铝的基本上没有任何进一步的反应。至少1小时，在某些情况下长达8小时或更长，在涂覆组合物中所添加的铝颗粒和磷酸之间没有出现可见的反应。
当与铝微粒结合时，结合溶液尤其适用于制备铁类金属合金基体的涂覆组合物。铝微粒适用于这种涂覆组合物是众所周知的，并且在专利文献中已有详细的论述。例如，这种铝微粒在Mosser美国专利4,537,632、4,544,408、4,548,646、4,617,056、4,659,613和4,863,516中提出，其特别涉及使用与粉末化铝颗粒混合的非叶状铝薄片；还有Mosser的美国专利4,889,558和5,116,672，所有的都通过引用于此结合。大多数使用铝颗粒的铬酸/磷酸基组合物，使用粉末化和/或片状化的不同尺寸的颗粒来形成具有不同特性的涂层。这些当然也适合于本发明的结合和涂覆组合物。
当组合物中使用铝时，其可以是气雾化的平均尺寸为2.5-10μm的球体，空气雾化的，平均尺寸为4.5-10μm，薄片状的铝；薄片/粉末化的混合物；和铝合金。较大的颗粒和较小的颗粒也可以使用。
浆料涂覆组合物可以常规的方式来涂覆至待涂覆的铁类金属合金表面。涂覆的方式记载在上面提到的专利中，并且通过引用于此结合。一般地，待涂覆的部件需要除油，用氧化铝磨料喷砂，和通过任何合适的方式来施加涂层，例如通过喷涂、涂刷、浸渍、浸渍旋涂等，干燥直到涂层的颜色变成浅灰，在温度为约650°F(343℃)固化15分钟或更长，如果需要在更高或更低的温度固化。浆料优选涂覆为两层分层或叠层，每层厚约0.001英寸(25μm)，接着如果需要，每次涂覆后在温度为约180°F(82℃)干燥15-30分钟，并且接着在温度为约650°F(343℃)固化30-60分钟。
在650°F(343℃)固化后的涂层是非导电性的，因此不能为底层的基体材料提供防腐电流保护。然而，通过低压下玻璃珠、磨料介质的磨光或其它方式的机械冷加工来产生导电牺牲涂层或像MIL-C-81751B说明书(通过引用于此结合)中的说明的那样加热，涂层可制成电导性的。通过机械或热工艺，如此涂层能变得导电，因而为底层的铁类合金基体提供电流和阻挡保护。最好是，施加第二层，干燥、固化并且处理使其导电后，涂层的表面可用结合溶液(封闭层)来封闭，以进一步提高涂层提供的氧化和腐蚀保护，并且降低服役期间涂层中铝的消耗速率。该结合溶液可以是但不必是本发明记载的结合溶液。该封闭层可不添加额外的填充剂或颜料，而包含本领域惯用的颜料和填充剂。它们包括这些材料，金属氧化物如氧化铝、氧化硅、氧化铬和氧化钛，以及混合金属氧化物和尖晶石氧化物如，铜、铁和镁的亚铬酸盐，和铁酸镁。颜料的目的可以是增强氧化和腐蚀的保护以及提供改进的应用性能。封闭层可在与上述记载的浆料涂层相同的时间和温度下干燥和固化。
如上文已记载的，经常需要提供基本不含铬、钼和其它类似有毒的或不欢迎的金属的结合和涂覆组合物。在允许的环境条件情况下将允许这些金属如铬、钼、镍和其它金属的使用，并不排除这些金属应用在结合和/或涂覆组合物中。当存在铬和/或钼时，铬和/或钼的含量应该低于钝化或中和磷酸溶液与金属铝的反应的所必需的量。现有技术教导的钝化结合溶液所必需的量通常至少为最终涂覆组合物的0.2wt％。
在某些应用中，要求在已涂覆的部件上施加保护性的面层，例如在与涡轮气体通道接触的涡轮部件表面。面层的非限定性例子包括Myers等在美国专利5,968,240中记载的包含磷酸和硝酸根离子的组合物以及Myers等在6,224,657中记载的包含磷酸和铬III(Cr3+)的组合物，其公开通过引用于此结合。
以下的例子仅是说明性的并且不应该解释为限制本发明。
实施例1
粘结剂
用于结合溶液的粘结剂由去离子水、磷酸、氧化硼和碳酸镁以下表所列的含量混合制备得到。
  去离子水   2000ml
  85％磷酸   332ml
  氧化硼   41.6g
  碳酸镁   225g
  pH   2.4-2.6
结合溶液
结合溶液由100ml粘结剂和4.2g Heucophos ZPA混合制备得到。结合溶液最终的pH值为3.1。
涂覆组合物
涂覆组合物由100ml结合溶液和70g铝粉末(5μm)混合制备得到。
实施例2-9
涂覆组合物由具有下述组分的结合溶液通过实施例1记载的方式制备得到。
Figure BPA00001248483300081
比较例1-4
涂覆组合物由具有下述组分的结合溶液通过实施例1记载的方式制备得到。
*以硼酸形式添加
实施例1-9和比较例1-4的涂层按照以下的条件测试。
1.室温下混合涂覆物的适用寿命/稳定性
2.抗氧化腐蚀性。对涂覆了厚度为0.8-1.0密耳(20-25μm)的一次涂覆的3×4英寸的薄板依据行业标准氧化腐蚀测试来评价。薄板用微珠磨光后，在700°F(371℃)热处理23小时，然后在1075°F(579℃)热处理4小时，刻痕，并按照ASTMB117在5％盐雾中放置400小时。
3.热循环盐雾。对涂覆了厚度为1.5密耳(38μm)的两次涂覆两次固化的4×4英寸的薄板通过10次热/盐雾循环来评价，其中一次循环由850°F(454℃)热处理7.5小时和5％盐雾中放置15.5小时组成。测试之前涂覆的薄板经过磨砂和刻痕。
测试过程
1010低碳钢薄板经由切割0.030英寸(0.75mm)厚的薄片原料和用唯一的ID号码标记每一薄板制备得到。薄板在650°F(343℃)热除油，接着用100目的氧化铝砂石在60psi下喷砂。涂层涂覆之前进行650下(343℃)热处理1小时的氧化步骤。
结果
适用寿命/稳定性
表I提供了每一涂层的适用寿命/稳定性观察结果。比较例3具有非常短的适用寿命并且显示了与基体反应的迹象。这证明当不存在可滤取的腐蚀抑制剂时对稳定性有不利影响。
  实施例   起泡反应时间(hr)   基于搅拌粘度的可喷涂性时间(hr)
  1   7   24-48
  2   2.5   ＜24
  3   4   30
  4   3   ＜24
  5   7.5   48
  6   8+   120-144
  7   2.5   ＜24
  8   3   120-144
  9   120   144
  比较例1   7   24-48
  比较例2   2   ＜24
  比较例3   0.25   1-3
  比较例4   3.5   96-120
+起始反应发生在3-8小时之间
抗氧化腐蚀
实施例1-9涂覆的薄板，其都是依据本发明的教导制备的，在划痕处没有显现红锈并且在该区域(离开划痕的涂覆区域)显现了微量牺牲(白色)腐蚀产物。比较例3的涂层，其没有添加腐蚀抑制剂而制备，在划痕处显现了红锈并且与实施例1-9相比在该区域显现了显著增多的牺牲腐蚀产物。这种行为证明了可滤取的腐蚀抑制剂改进了固化后的涂层的耐腐蚀性以及如上面所讨论的改进了混合涂层的适用寿命。比较例2涂覆的薄板观察到了大量的红锈，证明可滤取的腐蚀抑制剂的腐蚀有益效应可以被涂层中的其它离子所抵消，例如锰和硫酸。
热循环盐雾
比较例2涂覆的薄板，早在测试的第4循环在划痕处就显现了红锈区。第5循环后该涂层开始大块的分层，尤其是在薄板的背面。所有其它的试样在划痕处都有一些红锈但没有锈区，且有牺牲行为的一些迹象(变色和白色腐蚀产物)。实施例4的薄板与其它薄板相比在划痕和上部边缘具有更多的腐蚀。在该测试中实施例1、2、3、5、6、7、8和比较例1、3、4的涂层被评价具有相似的性能。
尽管已经记载了一些特别的方面，但应理解为本发明不限于此，因为本领域的技术人员可进行修改。凡在基于本发明披露和要求的范围和精神内所作的任何和所有修改均落入本发明。

Claims (23)

1.一种含水结合溶液，基本由磷酸、镁离子源和可滤取的腐蚀抑制剂组成，其中溶液的pH值为约2-约4.5。
2.权利要求1的结合溶液，还包含硼酸根离子源。
3.权利要求2的结合溶液，其中所述硼酸根离子源选自由氧化硼和硼酸所组成的组。
4.权利要求1的结合溶液，其中所述镁离子源选自由氧化镁、碳酸镁，和它们的组合所组成的组。
5.权利要求1的结合溶液，其中所述可滤取的腐蚀抑制剂选自由正磷酸锌铝、三聚磷酸锌铝、三聚磷酸铝、多磷酸锌铝、多磷酸锶铝、改性多磷酸锶铝、改性多磷酸锌钙、磷酸锌钼，和它们的组合所组成的组。
6.权利要求1的结合溶液，其中所述溶液基本不含铬酸根、钼酸根和钒离子。
7.权利要求1的结合溶液，其中溶液的pH值为约2.5-约3.5。
8.一种含水磷酸涂覆组合物，包含权利要求1的结合溶液和金属颗粒。
9.权利要求8的涂覆组合物，其在与金属颗粒反应方面稳定至少1小时。
10.权利要求9的涂覆组合物，其稳定至少4小时。
11.权利要求8的涂覆组合物，其中所述金属颗粒包括铝粉末、铝薄片或者它们的结合。
12.涂覆具有铁类合金表面的部件的方法，包括施加权利要求8的涂覆组合物到所述部件表面，和使该部件加热来固化涂层。
13.具有金属表面的被涂覆的部件，其金属表面涂覆有固化的权利要求8的涂覆组合物。
14.权利要求13的被涂覆的部件，还包含保护性的面层。
15.一种含水结合溶液，基本由磷酸；选自由氧化镁、碳酸镁和它们的组合所组成的组的镁离子源；和选自由正磷酸锌铝、三聚磷酸锌铝、三聚磷酸铝、多磷酸锌铝、多磷酸锶铝、改性多磷酸锶铝、改性多磷酸锌钙、磷酸锌钼，和它们的组合所组成的组的可滤取的腐蚀抑制剂组成；其中溶液的pH值为约2.5-约3.5。
16.权利要求15的结合溶液，其中溶液的pH值为约2.7-约3.3。
17.权利要求15的结合溶液，其中所述可滤取的腐蚀抑制剂选自由正磷酸锌铝、三聚磷酸锌铝、三聚磷酸铝和它们的组合所组成的组。
18.含水磷酸涂覆组合物，包含权利要求15的结合溶液和金属颗粒。
19.涂覆具有铁类合金表面的部件的方法，包括施加权利要求15的涂覆组合物到部件表面，和使部件加热来固化涂层。
20.具有金属表面的涂覆部件，其金属表面涂覆有固化的权利要求15的涂覆组合物。
21.权利要求20的涂覆部件，还包含保护性的面层。
22.含水磷酸涂覆组合物，包含权利要求1的结合溶液和至少一种非金属性的颜料。
23.权利要求22的涂覆组合物，其中所述至少一种非金属性的颜料选自氧化铝、氧化锆、二氧化铈和混合金属氧化物所组成的组。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102285187A (zh) * 2011-06-20 2011-12-21 赛屋（天津）涂层技术有限公司 一种化学防护的牺牲性保护涂层
CN103374243A (zh) * 2013-07-12 2013-10-30 浙江吉利汽车研究院有限公司杭州分公司 一种涂料、耐高温腐蚀涂层及其制备方法
CN103924228A (zh) * 2014-04-22 2014-07-16 祝军 耐腐蚀性优异的金属材料
CN104629577A (zh) * 2013-11-08 2015-05-20 中国石油天然气集团公司 一种导静电含缓蚀剂涂层
CN110016244A (zh) * 2019-03-27 2019-07-16 中国航发北京航空材料研究院 一种不锈钢叶片表面用耐高温防腐光滑涂层及其制备方法

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7789953B2 (en) * 2008-03-28 2010-09-07 Praxair S.T. Technology, Inc. High temperature resistant coating compositions
US8167995B2 (en) 2008-06-12 2012-05-01 Latitude 18, Inc. Inorganic phosphate resins and method for their manufacture
WO2011072262A2 (en) 2009-12-11 2011-06-16 Latitude 18, Inc. Inorganic phosphate compositions and methods
KR20120101541A (ko) * 2009-12-11 2012-09-13 래티두드 18, 아이엔씨. 무기 인산염 내식성 코팅
US20130139930A1 (en) 2009-12-18 2013-06-06 Latitude 18, Inc. Inorganic phosphate corrosion resistant coatings
KR20120125518A (ko) 2010-02-09 2012-11-15 래티두드 18, 아이엔씨. 포스페이트 결합된 복합체 및 그의 제조 방법
US9096763B2 (en) * 2011-12-19 2015-08-04 Praxair S.T. Technology, Inc. Aqueous slurry for the production of thermal and environmental barrier coatings and processes for making and applying the same
RU2015121544A (ru) * 2012-11-07 2016-12-27 Басф Се Смеси для нанесения покрытий на металлические поверхности
US9394448B2 (en) 2012-11-09 2016-07-19 Praxair S.T. Technology, Inc. Chromate-free ceramic coating compositions
US9017464B2 (en) 2012-11-09 2015-04-28 Praxair S.T. Technology, Inc. Chromium-free silicate-based ceramic compositions
FR3003252B1 (fr) 2013-03-13 2015-04-17 Commissariat Energie Atomique Liant et son utilisation pour le conditionnement de dechets contenant de l'aluminium metallique
FR3021324B1 (fr) 2014-05-23 2017-12-22 A Et A Mader Composition liante, procede de fabrication d'un revetement de protection sacrificielle contre la corrosion mettant en oeuvre ladite composition et support revetu d'un tel revetement
CN104087111A (zh) * 2014-07-17 2014-10-08 黄介兰 一种耐高温防腐涂料
RU2714007C2 (ru) 2015-03-13 2020-02-11 Праксайр С.Т. Текнолоджи, Инк. Бесхроматные керамические композиции для нанесения покрытий
EP3165774A1 (en) 2015-11-04 2017-05-10 Siemens Aktiengesellschaft Compressor with similar coating on compressor blades and compressor casing and gas turbine
CN105987255A (zh) * 2015-12-31 2016-10-05 芜湖市创源新材料有限公司 一种液压钢管用添加氧化铈金属镍粉的陶瓷内衬材料
JP6890957B2 (ja) * 2016-11-30 2021-06-18 キヤノン株式会社 インク組成物の製造方法
US11155721B2 (en) 2017-07-06 2021-10-26 General Electric Company Articles for high temperature service and related method
KR102163244B1 (ko) * 2018-04-19 2020-10-12 주식회사 비츠로넥스텍 내산화 코팅 조성물 및 이를 이용한 코팅층의 형성방법
US11225441B2 (en) 2018-10-18 2022-01-18 Praxair S.T. Technology, Inc. Chromium-free silicate-based ceramic compositions with reduced curing temperature
CN109852109A (zh) * 2018-12-29 2019-06-07 南京宝淳新材料科技有限公司 一种钢板用不含六价铬的环保型涂料及其制备方法
US11827808B2 (en) 2019-02-01 2023-11-28 Praxair S.T. Technology, Inc. Erosion and corrosion resistant overlay coating systems for protection of metal components
RU2737838C1 (ru) * 2020-03-27 2020-12-03 Акционерное общество "Объединенная двигателестроительная корпорация" (АО "ОДК") Способ получения защитного композиционного покрытия на стальной детали
CN112341845A (zh) * 2020-09-27 2021-02-09 中昊北方涂料工业研究设计院有限公司 一种无铬化含铝磷酸盐组合物及涂层
US11925988B2 (en) 2021-08-24 2024-03-12 General Electric Company Aluminum slurry coatings and methods of their formation and use

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3248251A (en) 1963-06-28 1966-04-26 Teleflex Inc Inorganic coating and bonding composition
US4548646A (en) 1982-11-15 1985-10-22 Sermatech International Incorporated Thixotropic coating compositions and methods
US4650699A (en) 1983-04-18 1987-03-17 Sermetel Thixotropic alumina coating compositions, parts and methods
US4544408A (en) 1983-04-18 1985-10-01 Sermatech International Inc. Thixotropic alumina coating compositions, parts and methods
US4537632A (en) * 1983-10-19 1985-08-27 Sermatech International, Inc. Spherical aluminum particles in coatings
US4889558A (en) 1983-11-28 1989-12-26 Sermatech International, Inc. Coating compositions containing undissolved hexavalent chromium salt
US4659613A (en) 1983-12-29 1987-04-21 Sermatech International, Inc. Parts coated with thick coating compositions of uni- and polymodal types
US4617056A (en) 1983-12-29 1986-10-14 Sermatech International, Inc. Thick coating compositions
US4863516A (en) 1987-01-23 1989-09-05 Sermatech International, Inc. Coating composition
US5116672A (en) 1990-02-05 1992-05-26 Sermatech International, Inc. Organic coatings with ion reactive pigments especially for active metals
US5279649A (en) 1992-06-01 1994-01-18 Solar Turbines Incorporated Coating composition and method of forming
US5242488A (en) 1992-06-01 1993-09-07 Solar Turbines Incorporated Coating composition and method of forming
US5279650A (en) 1992-06-01 1994-01-18 Solar Turbines Incorporated Corrosion resistant seal coat composition and method of forming
US5478413A (en) 1994-12-27 1995-12-26 Sermatech International, Inc. Environmentally friendly coating compositions
US6150033A (en) * 1995-06-06 2000-11-21 Sermatech International, Inc. Environmentally friendly coating compositions, bonding solution, and coated parts
US5968240A (en) 1997-08-19 1999-10-19 Sermatech International Inc. Phosphate bonding composition
US6224657B1 (en) 1998-10-13 2001-05-01 Sermatech International, Inc. Hexavalent chromium-free phosphate-bonded coatings
US6582530B1 (en) 2002-09-05 2003-06-24 United Technologies Corporation Non-chromate protective coating for iron and iron alloys and coating solution
US7789953B2 (en) * 2008-03-28 2010-09-07 Praxair S.T. Technology, Inc. High temperature resistant coating compositions

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102285187A (zh) * 2011-06-20 2011-12-21 赛屋（天津）涂层技术有限公司 一种化学防护的牺牲性保护涂层
CN103374243A (zh) * 2013-07-12 2013-10-30 浙江吉利汽车研究院有限公司杭州分公司 一种涂料、耐高温腐蚀涂层及其制备方法
CN103374243B (zh) * 2013-07-12 2017-07-11 浙江吉利汽车研究院有限公司杭州分公司 一种涂料、耐高温腐蚀涂层及其制备方法
CN104629577A (zh) * 2013-11-08 2015-05-20 中国石油天然气集团公司 一种导静电含缓蚀剂涂层
CN104629577B (zh) * 2013-11-08 2017-12-05 中国石油天然气集团公司 一种导静电含缓蚀剂涂层
CN103924228A (zh) * 2014-04-22 2014-07-16 祝军 耐腐蚀性优异的金属材料
CN103924228B (zh) * 2014-04-22 2017-08-11 祝军 耐腐蚀性优异的金属材料
CN110016244A (zh) * 2019-03-27 2019-07-16 中国航发北京航空材料研究院 一种不锈钢叶片表面用耐高温防腐光滑涂层及其制备方法

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