CN102391017A

CN102391017A - 一种高温红外辐射釉料及其制备方法

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Publication number: CN102391017A
Application number: CN2011102271428A
Authority: CN
Inventors: 朱小平; 蒋扬虎; 欧阳德刚; 陈建康; 吴杰; 丁翠娇
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2031-08-09
Also published as: CN102391017B

Abstract

本发明涉及一种高温红外辐射釉料及其制备方法。一种高温红外辐射釉料，其特征在于：其主要组成成分按重量百分比计为：玻璃鳞片5-40%、玻璃料10-17%、三氧化二铬17-30%、氟化钙1-2%、搪瓷底釉6-23%、堇青石7-12%、高发射率材料5-10%，乳状纳米三氧化二铝0.4-2.0%，且玻璃鳞片+玻璃料22-50%。其悬浮性、乳浊性能好，仅需喷覆或涂制一次就能在基体表面形成表面光滑、均匀度高、机械强度高、抗热震性能好的釉层，且易于烧结，不脱落；长期使用温度可达1050℃，在2.5-20μm全红外波段的法向全发射率为0.87-0.92，可用于各种加热、干燥设备中的耐热钢等金属加热基体，应用广泛。

Description

一种高温红外辐射釉料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高温红外辐射釉料及其制备方法。

背景技术

近年来，各种低中温红外辐射釉料材料已得到迅速发展，如专利CN 1463940A，但其使用温度为850℃以下，且高红外辐射区域仅限于8-25μm远红外波段，不利于高温下的辐射传热。我国航空工业部从前苏联引进的高温釉质涂层技术，经过航空材料研究院的多年试验研究已定型了W-2、T-1及B-1000等三种产品，但其基体只能是镍钴合金，且制备工艺严格，必须在专门设备中制备；尚不能在民品上应用。美国、日本、南韩等国公布的高温釉料，如NBSA-19等，虽然使用温度达到了1000℃，但成本高昂，而且不具备高辐射功能，有的还含有对人体有害的氧化铍。中国专利“一种高温抗渗碳耐腐蚀红外辐射釉料及其制备方法，公开号CN1837117A”公开了使用温度高于850℃、2.5-20μm全红外波段发射率高、用于耐热金属表面的红外辐射釉料及其制备方法，但悬浮性、乳浊性能差，因而为了减少松孔而形成致密的釉层需喷覆或涂制三次，由此釉层厚度高达0.17-0.22毫米，这不仅浪费了釉料，而且造成釉层厚薄不均匀，机械强度和抗热震性能降低，加之组成中存在概念不清楚的材料名称，导致难以实施。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述不足，提供一种高温红外辐射釉料及其制备方法。其悬浮性、乳浊性能好，仅需喷覆或涂制一次就能在基体表面形成表面光滑、均匀度高、机械强度高、抗热震性能好的釉层，且易于烧结，不脱落；长期使用温度可达1050℃，在2.5-20μm全红外波段的法向全发射率为0.87-0.92，可用于各种加热、干燥设备中的耐热钢等金属加热基体，应用广泛。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种高温红外辐射釉料，其特征在于：其主要组成成分按重量百分比计为：玻璃鳞片5-40％、玻璃料10-17％、三氧化二铬17-30％、氟化钙1-2％、搪瓷底釉6-23％、堇青石7-12％、高发射率材料5-10％、乳状纳米三氧化二铝0.4-2.0％，且玻璃鳞片+玻璃料22-50％。

按上述方案，所述的高温红外辐射釉料主要组成成分按重量百分比计为：玻璃鳞片8-33％、玻璃料13-17％、三氧化二铬20-28％、氟化钙1-2％、搪瓷底釉17-22％、堇青石7-12％、高发射率材料5-10％、乳状纳米三氧化二铝0.8-1.5％，且玻璃鳞片+玻璃料25-49％。

按上述方案，所述的玻璃鳞片为SiO₂的重量百分数≥64％的玻璃鳞片。

按上述方案，所述的玻璃料为将回收废平板玻璃破碎、细磨处理的玻璃粉料，SiO₂的重量百分数≥70％。

按上述方案，所述的高发射率材料是按重量百分数计由三氧化二铁30％、二氧化锰40％，三氧化二钴10％、氧化铜10％、二氧化铈10％混合后1260℃×1h的烧结产物。

按上述方案，所述的乳化纳米三氧化二铝是由纳米三氧化二铝粉体分散在水溶液中得到的重量百分比为15-25％的纳米三氧化二铝乳状液。

按上述方案，所述高温红外辐射釉料的制备方法，依次包括以下步骤：

(1)将搪瓷底釉、堇青石、高发射率材料分别湿法球磨，滤出磨球，静置，除去球磨液，然后将球磨湿料烘干，碾细过筛，得到280-320目的细粉；将纳米三氧化二铝粉体均匀地分散在水溶液中，搅拌均匀，制成重量百分比为15-25％的纳米三氧化二铝乳状液；取过筛玻璃鳞片、过筛玻璃料、过筛三氧化二铬、过筛氟化钙，分别保存待用；

(2)按重量百分数计，将玻璃鳞片5-40％、玻璃料10-17％、三氧化二铬17-30％、氟化钙1-2％、搪瓷底釉6-23％、堇青石7-12％、高发射率材料5-10％，乳状纳米三氧化二铝0.4-2.0％，且玻璃鳞片+玻璃料22-50％，混合搅拌均匀，即得高温红外辐射釉料。

所述高温红外辐射釉料具体的使用方法为：

(1)配制釉料浆料：按重量百分数计将33～42％的粘结剂和58～67％的高温红外辐射釉料混合搅拌均匀，静置备用。优选地，所述的粘结剂为“一种高温红外辐射釉料的粘结剂，专利号：ZL200510120587.0”公开的粘结剂，其组成及重量百分数为：由重量百分比为85-90％的硅溶胶、重量百分比2-5％的铬酐、重量百分比为8-10％的铝溶胶组成的硅铬铝复合溶胶80-95％，硅酸酯2-10％，硅酸钾1-10％；

(2)基体预处理：将基体经除尘、去油处理；

(3)喷涂：采用涂装方法将步骤(1)搅拌均匀的釉料浆料喷覆或涂制在预处理的基体表面上，阴干后，釉层厚度为0.065-0.08mm；

(4)烧结釉化：釉化温度比基体工作温度高100℃，一般8～18mm厚的金属基体经釉化8-12分钟即可将釉层牢固地烧结在加热基体表面上。

主要成分作用

本发明加入的玻璃鳞片呈片状结构，提高了釉料施工喷涂层的均匀性与涂层韧性，增强了高温下釉质涂层的自愈合能力，改善了釉质涂层的致密性与封闭性，提高了抗渗碳、抗氧化能力，且玻璃鳞片不含对人体有害或对环境有污染的成分，价格适中。

玻璃料的加入不仅进一步增强了釉质涂层的致密性与封闭性，同时有效地降低了原材料成本。搪瓷底釉的加入可增加釉料与基体的粘结力，进一步提高材料的耐酸碱性能。

氟化钙的加入可兼起乳浊剂和助熔剂的双重作用。在釉料中加入少量氟化钙可降低软化和烧结釉化温度，有利于利用加热基体自身加热烧成釉化，并得到必要的乳浊度。乳状纳米三氧化二铝表面积大、活性高、悬浮性好，不仅可代替密着氧化物氧化钴提高釉层与金属基体特别是耐热不锈钢基体的密着性和附着力，降低成本，而且可提高釉层的机械强度、化学稳定性及热稳定性，降低釉层的热膨胀系数。同时由于氟化钙在烧结中易挥发，加入乳状纳米三氧化二铝能增大熔体的粘度，使氟化钙扩散困难，减少氟化钙的挥发而增强乳浊效果。除此外，由于三氧化二铝熔点高，加入的氟化钙软化温度低，其与搪瓷底釉中存在的少量K、Na结合可降低加入纳米三氧化二铝后釉料的熔点，以满足加热基体自身加热烧结釉化的温度范围。

高熔点三氧化二铬的加入提高了釉质涂层的使用温度范围，解决了一般釉质涂层在高温下长期工作易流淌的问题，确保了高温使用条件下釉料的抗渗碳、抗氧化能力，达到延长施釉基体使用寿命的目的。

热膨胀系数低的堇青石(硅酸铝镁)细粉的加入使釉料的热膨胀系数与基体相近，从而使烧结在基体表面的釉层结合牢固，不“崩瓷”。

掺入由多种过渡金属氧化物和二氧化铈组成的高发射率材料，并且采用适当的反应烧结，可实现“掺杂效果”，调节材料电子与离子这两种缺陷的浓度比例，使釉料在整个红外波段获得较高的发射率。

本发明的有益效果：

1、本发明提供的高温红外辐射釉料无毒无污染，化学热稳定性好，易于烧结、不脱落、长期使用温度可达1050℃，2.5-20μm全红外波段的法向全发射率εn为0.87-0.92，是一种综合红外涂料与陶瓷釉料优良性能的高温抗渗碳耐腐蚀红外辐射釉料，用于各种加热、干燥设备中的耐热金属加热体等基体表面，能强化高温下的辐射传热，提高施釉基体抗渗碳、抗酸碱腐蚀与抗破损能力、延长使用寿命，降低能源消耗，并可广泛用于工业与民用品，具有非常广阔的市场前景。

2、氟化钙与纳米三氧化二铝的共引入扬长补短，相得益彰，不仅可代替密着氧化物氧化钴，提高釉料与金属基体特别是与耐热不锈钢基体的密着性和附着力，降低成本，并且可减少氟化钙的挥发，增强了乳浊效果，减少了喷覆或涂制的次数与釉层厚度，仅需喷覆或涂制一次就能在基体表面形成表面光滑，均匀度高的釉层，其厚度为仅为0.065-0.08mm，从而进一步提高釉料的机械强度与抗热震性能；同时，氟化钙软化温度低，其与搪瓷底釉中存在的少量K、Na结合可降低加入纳米三氧化二铝后釉料的熔点，以满足加热基体自身加热烧结釉化的温度范围。

3、本发明采用中国专利“一种高温红外辐射釉料的粘结剂，专利号：ZL200510120587.0”公开的粘结剂(用H₄表示)代替国内外搪瓷釉料传统通用的粘土，与高温红外辐射釉料混合后喷覆或涂制在经预处理的基体表面上，烧结后形成了化学结合，结合力和抗震性甚佳，解决了高温釉层与耐热钢等金属基体的粘结难题。

4、本发明可通过调整H₄粘结剂与釉料的重量比等，将釉料的烧结釉化温度调整为950～1150℃范围，适应了实际生产中900～1050℃的工作条件。

5、本发明提供的高温红外辐射釉料在使用时可采用涂装方法喷涂于基体上，不需要专门设备，烧结釉化温度比加热基体件工作温度略高100℃左右，可利用加热基体自身加热烧成釉化，工艺简便，成本低，成型性好。

附图说明

图1是本发明实施例1附着高温红外辐射釉料的Cr25Ni20耐热钢金属基体经950℃固体渗碳40h的金相图，图中上侧面为有釉层面，下侧面为无釉层面。

图2是本发明实施例1附着高温红外辐射釉料的Cr25Ni20耐热钢金属基体与无釉层Cr25Ni20耐热钢在1050℃×200h下的氧化时间与氧化增重曲线，图中：1为表面无釉层的Cr25Ni20耐热钢；2为本发明实施例1附着高温红外辐射釉料的Cr25Ni20耐热钢金属基体。

图3是本发明实施例1附着高温红外辐射釉料的Cr25Ni20耐热钢金属基体经SEM-1红外发射率装置检测的光谱发射率曲线，图中：横坐标：wavelength(nm)即波长(nm)，纵坐标：Spectral Emittance即光谱发射率。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的发明内容作进一步地详述。

下述实施例中所述的高发射率材料是三氧化二铁30％、二氧化锰40％，三氧化二钴10％、氧化铜10％、二氧化铈10％混合后1260℃×1h的烧结产物；

所述的粘结剂为中国专利“一种高温红外辐射釉料的粘结剂，专利号：ZL200510120587.0”公开的粘结剂，简称H4粘结剂，其组成及重量百分数为：由重量百分比为85-90％的硅溶胶，重量百分比2-5％的铬酐，重量百分比为8％-10％的铝溶胶组成的硅铬铝复合溶胶80％-95％，硅酸酯2-10％，硅酸钾1-10％。

实施例1

一种高温红外辐射釉料的制备方法，将常州市白龙瓷釉厂生产的RD 90-01搪瓷底釉粉、堇青石、高发射率材料湿法球磨2.5h，滤出磨球，静置1h，除去球磨液，然后将球磨湿料130℃烘干，碾细过筛，得到280-320目的细粉；将粒度50nm的纳米三氧化二铝粉体均匀地分散在水溶液中，搅拌均匀，制成重量百分比为15～25％的乳状液；然后将它们与粒度为200目的过筛氟化钙、粒度为200目的过筛玻璃鳞片、粒度为200目的过筛玻璃料和粒度为325目的过筛三氧化二铬按重量百分比计为：玻璃鳞片20％，玻璃料15％，搪瓷底釉15％，三氧化二铬27％，氟化钙1％，堇青石10％，高发射率材料10％，乳状纳米三氧化二铝2％；选取原料，混匀制成高温红外辐射釉料。

具体使用方法：按重量百分比计，取H4粘结剂42％，高温红外辐射釉料58％配置浆料，搅拌均匀，搁置10分钟后，喷涂于经表面除尘去油预处理的Cr25Ni20耐热钢金属基体表面上，加热至1150℃釉化，釉化时间为8-12分钟，即可将釉料牢固地烧结在Cr25Ni20耐热钢金属基体表面上。

将该基体经950℃固体渗碳40h后进行金相测试，见图1，图中：上侧面为有釉层面，下侧面为无釉层面，由图可得：上侧面(有釉层面)的渗碳层厚度仅为下侧面(无釉层面)的1/3，即说明本发明抗渗碳寿命提高了2倍。

本发明附着高温红外辐射釉料的Cr25Ni20耐热钢金属基体与无釉层Cr25Ni20耐热钢1050℃×200h的氧化时间与氧化增重曲线见图2，由图可知：与无釉层Cr25Ni20耐热钢相比，附着高温红外辐射釉料的Cr25Ni20耐热钢金属基体氧化增重减少了1/2以上，即抗氧化性能好。

将本发明附着高温红外辐射釉料的Cr25Ni20耐热钢金属基体经SEM-1红外发射率装置检测，光谱发射率曲线见图3，据此计算的法向全发射率εn结果见表1。由图5和表1可知：该高温红外辐射釉料在全红外波段(2.5-20μm)的全法向发射率ε可达0.87-0.92，尤其是近红外波段(2-5μm)发射率很高，可达到0.87。

表1

波段/μm	2.5～20	4～20	5～20
				法向全发射率	0.87	0.90	0.92

本发明附着高温红外辐射釉料的Cr25Ni20耐热钢金属基体的其他性能(由国家红外中心检测)列于表2。

表2

实施例2：

一种用于耐热钢等金属表面的高温红外辐射釉料，将搪瓷底釉、堇青石、高发射率材料湿法球磨2.5h，滤出磨球，静置1h，除去球磨液，然后将球磨湿料130℃烘干，碾细过筛，得到280-320目的细粉；将粒度50nm的纳米三氧化二铝粉体均匀地分散在水溶液中，搅拌均匀，制成重量百分比为15～25％的乳状液；然后将它们与粒度为200目的过筛氟化钙，粒度为200目的过筛玻璃鳞片、粒度为200目的过筛玻璃料和粒度为325目的过筛三氧化二铬，按重量百分比计为：玻璃鳞片25％，玻璃料13％，搪瓷底釉21％，三氧化二铬22％，氟化钙1.5％，堇青石8％，高发射率材料8％，乳状纳米三氧化二铝1.5％；选取原料，混匀制成高温红外辐射釉料。

具体使用方法：按重量百分比计，取H4粘结剂37％，高温红外辐射釉料63％，配置浆料，搅拌均匀后喷涂于经表面除尘去油处理的Cr25Ni20耐热钢基体表面上，加热至1100℃釉化，釉化时间为8-12分钟，即可将釉料牢固地烧结在Cr25Ni20耐热钢金属基体表面上。

实施例3：

一种用于耐热钢等金属表面的高温红外辐射釉料，将搪瓷底釉、堇青石、高发射率材料湿法球磨2.5h，滤出磨球，静置1h，除去球磨液，然后将球磨湿料130℃烘干，碾细过筛，得到280-320目的细粉；将粒度50nm的纳米三氧化二铝粉体均匀地分散在水溶液中，搅拌均匀，制成重量百分比为15～25％的乳状液；然后将它们与粒度为200目氟化钙，粒度为200目的过筛玻璃鳞片、粒度为200目的过筛玻璃料和粒度为325目的三氧化二铬，按重量百分比计为：玻璃鳞片33％，玻璃料10％，搪瓷底釉23％，三氧化二铬细粉17％，氟化钙2％，堇青石7％，高发射率材料7％，乳状纳米三氧化二铝1％；选取原料，混合均匀制得高温红外辐射釉料。

具体使用方法：按重量百分比计为：H4粘结剂33％，高温红外辐射釉料67％，配置浆料，搅拌均匀后喷涂于经表面除尘去油处理的Cr25Ni20耐热钢基体表面上，以100℃/h的加热速率缓慢加热至釉化温度为1050℃，釉化时间为8-12分钟，即可将釉料牢固地烧结在Cr25Ni20耐热钢金属基体表面上。

实施例4：

一种用于耐热钢等金属表面的高温红外辐射釉料，将搪瓷底釉、堇青石、高发射率材料湿法球磨2.5h，滤出磨球，静置1h，除去球磨液，然后将球磨湿料130℃烘干，碾细过筛，得到280-320目的细粉；将粒度50nm的纳米三氧化二铝粉体均匀地分散在水溶液中，搅拌均匀，制成重量百分比为15～25％的乳状液；然后将它们与粒度为200目的过筛氟化钙，粒度为200目的过筛玻璃鳞片、粒度为200目的过筛玻璃料和粒度为325目的过筛三氧化二铬，按重量百分比计为：玻璃鳞片13％，玻璃料17％，搪瓷底釉21％，三氧化二铬30％，氟化钙1.5％，堇青石12％，高发射率材料5％，乳状纳米三氧化二铝0.5％；选取原料，混匀制成高温红外辐射釉料。

Claims

1. 一种高温红外辐射釉料，其特征在于：其主要组成成分按重量百分比计为：玻璃鳞片5-40%、玻璃料10-17%、三氧化二铬17-30%、氟化钙 1-2%、搪瓷底釉6-23%、堇青石7-12%、高发射率材料5-10%、乳状纳米三氧化二铝0.4-2.0%，且玻璃鳞片+玻璃料22-50%。

2. 根据权利要求1所述的高温红外辐射釉料，其特征在于：其主要组成成分按重量百分比计为：玻璃鳞片8-33%、玻璃料13-17%、三氧化二铬20-28%、氟化钙 1-2%、搪瓷底釉17-22%、堇青石7-12%、高发射率材料5-10%、乳状纳米三氧化二铝0.8-1.5%，且玻璃鳞片+玻璃料 25-49%。

3. 根据权利要求1或2所述的高温红外辐射釉料，其特征在于：所述的玻璃鳞片为SiO₂的重量百分数≥64%的玻璃鳞片。

4. 根据权利要求1或2所述的高温红外辐射釉料，其特征在于：所述的玻璃料为将回收废平板玻璃破碎、细磨处理的玻璃粉料，SiO₂的重量百分数≥70%。

5. 根据权利要求1或2所述的高温红外辐射釉料，其特征在于：所述的高发射率材料是按重量百分数计由三氧化二铁30%、二氧化锰40%，三氧化二钴10%、氧化铜10%、二氧化铈10%混合后1260℃×1h的烧结产物。

6. 根据权利要求1或2所述的高温红外辐射釉料，其特征在于：所述的乳化纳米三氧化二铝是由纳米三氧化二铝粉体分散在水溶液中得到的重量百分比为15-25％的纳米三氧化二铝乳状液。

7. 根据权利要求1所述的高温红外辐射釉料的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

（1）将搪瓷底釉、堇青石、高发射率材料分别湿法球磨，滤出磨球，静置，除去球磨液，然后将球磨湿料烘干，碾细过筛，得到280-320目的细粉；将纳米三氧化二铝粉体均匀地分散在水溶液中，搅拌均匀，制成重量百分比为15-25％的纳米三氧化二铝乳状液；取过筛玻璃鳞片、过筛玻璃料、过筛三氧化二铬、过筛氟化钙，分别保存待用；

（2）按重量百分数计，将玻璃鳞片5-40%、玻璃料10-17%、三氧化二铬17-30%、氟化钙 1-2%、搪瓷底釉6-23%、堇青石7-12%、高发射率材料5-10%，乳状纳米三氧化二铝0.4-2.0%，且玻璃鳞片+玻璃料22-50%，混合搅拌均匀，即得高温红外辐射釉料。