CN103013190B - 一种热喷涂涂层专用无机封孔剂及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型热喷涂涂层专用无机封孔剂及其制备方法和用途，它是由以下重量百分比的原料组成的：SiO₂ 30-38%，Al₂O₃ 3-8%，B₂O₃ 15-19%，Na₂CO₃ 16-20%，CaF₂ 2-5%，ZnO 5-8%，Ni₂O₃ 2-3%，Na₅P₃O₁₀ 4-7%，TiO₂ 3-5%，CoO 1%；制备时，将上述原料混合，加热到500～600℃保温20～30min，然后继续加热到800～900℃，保温1～2h，水淬，球磨后得到-325目的粉末，加入40Wt%的无水酒精后密封静置即可。利用本发明封孔剂处理后的封孔涂层具有非晶态结构，耐腐蚀性能优异，并且具有良好的热稳定性。

Description

一种热喷涂涂层专用无机封孔剂及其制备方法和用途

技术领域

本发明涉及一种热喷涂涂层无机封孔剂及封孔技术，针对在腐蚀性环境下使用的热喷涂涂层，设计出一种高温稳定性和耐腐性能优异的无机封孔剂及封孔工艺，消除涂层中的孔隙对耐蚀性能的影响。

背景技术

热喷涂是将熔融或半熔融状态微粒以高速冲击到基体表面,变形、沉积，获得具有特定性能涂层的表面处理方法。热喷涂涂层在结构上是由相互叠加的变形微粒构成的层片状结构，叠加的变形微粒之间必然存在孔隙，这是由热喷涂涂层形成的原理决定的，是无法避免的。涂层中空隙的存在，必然会降低涂层的耐腐蚀性能。当涂层暴露于大气、蒸汽、工业气氛、化学活性物质、腐蚀气体及高温环境中，孔隙会引入腐蚀元素，腐蚀介质有可能通过穿透气孔到达被保护的基体表面，使涂层与基体发生化学或电化学侵蚀，腐蚀产物在界面积累，会使热喷涂层龟裂、脱落，导致涂层失效，且涂层孔隙的存在影响了涂层的结合强度。因此，降低涂层的孔隙率是提高涂层耐磨耐腐蚀性能的重要方法之一。采用合理的封孔剂，消除热喷涂涂层表面或内在的孔隙，成为提高热喷涂涂层防腐蚀性能的一个重要研究方向。

目前，在一些高温高压耐腐蚀的场合下，涂层材料喷涂后的封孔问题目前还不是很好解决，常用的封孔剂如：环氧树脂、聚四氟乙烯等高分子材料以及硅酸盐等无机封孔材料虽然封孔工艺简单，但不耐高温，在应用上存在局限性。采用溶胶-凝胶法制备SiO₂、Al₂O₃等封孔剂则工艺相对复杂，封孔成本较高。

发明内容

针对现有封孔剂封孔不耐高温、封孔工艺相对复杂和封孔成本较高的技术缺陷，本发明提供一种新型热喷涂涂层专用无机封孔剂及制备方法和封孔工艺，涂层封孔处理后具有优异耐高温和耐腐蚀性，涂层吸水率大大降低，阻水性能明显提高，这将大大提高陶瓷涂层的绝缘性及耐腐蚀性，扩大了陶瓷涂层的应用范围，尤其是在一些要求耐高温高压、耐腐蚀、绝缘性能要求比较高的场合。

为达到上述目的，本发明的无机封孔剂是由以下重量百分比的氧化物原料组成的：(见表1)：

表1 无机封孔材料化学组成(Wt％)

组成	SiO2	Al2O3	B2O3	Na2CO3	CaF2	ZnO	Ni2O3	Na5P3O10	TiO2	CoO
											含量	30-38	3-8	15-19	16-20	2-5	5-8	2-3	4-7	3-5	1

制备时，将上述原料混合，加热500～600℃保温20～30min，然后继续加热到800～900℃，保温1～2h，水淬，球磨后得到-325目的粉末，加入40Wt％的无水酒精后密封静置即可。

本发明的无机封孔机制备方法如下：

第一步：无机封孔剂的预烧结

按照配比要求准确称取各原料，混合研磨均匀后，在500～600℃温度下去除生料中的水分，同时分解释放出Na₂CO₃中的CO₂气体；然后继续加热到800～900℃烧结，获得均匀的熔融瓷釉料。将熔融的瓷釉料倒入冷水中淬碎，再放入100℃干燥箱中干燥，得到玻璃料。

第二步：球磨制粉

将干燥后的玻璃料放入球磨罐中充分研磨，将研磨后的粉料用325目的筛子筛分，选出粒度为-325目的粉末。

第三步：制浆

向过筛的粒度为-325目的粉料中添加无水酒精，使玻璃料的含量为60wt.％。密闭静置，使料浆老化，消除气泡，即可用作涂层封孔剂。

本发明更详细的制备方法为：

第一步：按照配比要求准确称取各原料，混合研磨均匀后，放入刚玉坩埚中，然后将坩埚放入普通电炉中加热到500～600℃保温20～30min，以去除生料中的水分，同时Na₂CO₃分解释放出CO₂气体。然后继续加热到800～900℃，保温1～2h，获得均匀的熔融瓷釉料。将熔融的瓷釉料倒入冷水中淬碎。最后把瓷釉料从水中取出，放入100℃干燥箱中干燥1～2h。

第二步：球磨制粉

将干燥后的玻璃料放入球磨罐中，按照球料重量比为25:1的比例向球磨罐中填加刚玉磨球，研磨10-12h，将研磨后的粉料倒出，用325目的筛子筛分，选出粒度为-325目的粉末。

第三步：制浆

向过筛的粒度为-325目的粉料中添加适量无水酒精，使玻璃料的含量为60wt.％。密闭静置，使料浆老化，消除气泡，即可用作涂层封孔剂。

利用本发明封孔剂对热喷涂涂层工件进行封孔的工艺如下：

(1)热喷涂涂层预处理

将带有热喷涂涂层的工件清洗，去除工件表面油污，然后在普通电炉中加热200℃-300℃，保温30min，烘干，保持涂层表面的干燥和清洁。

(2)刷涂封孔剂

用刷子将料浆均匀的刷涂在涂层表面，刷涂厚度可控制在0.4-0.8mm。然后将工件放入干燥箱中，加热100℃干燥1h。

(3)烧制

将干燥后的工件放入马弗炉中，加热到850℃-900℃，烧制3-4min，然后取出自然冷却至室温即完成涂层封孔。

该发明的积极效果是：

(1)利用本发明封孔剂处理后的封孔涂层具有非晶态结构，耐腐蚀性能优异，并且具有良好的热稳定性。在上述封孔工艺条件下，得到的封孔层在600℃下煅烧10h，涂层仍保持较好的非晶态结构，没有其它的物相出现，说明封孔层具有良好的热稳定性。

(2)利用本发明封孔剂处理后的封孔涂层涂层吸水率低，具有良好的阻水特性，尤其是在一些要求耐高温高压、耐腐蚀、绝缘性能要求比较高的场合。

以等离子喷涂AT13涂层为例，对比封孔前后的吸水率，公式如下:

$A=\frac{G2-G1}{G2}\×100$

式中：A——试样吸水率，％；

G2——试样充分吸附水后的重量，单位：克；

G1——试样干燥重量，单位：克。

结果表明，未封孔试样平均吸水率为A＝0.305；封孔后吸水率下降为A＝0.150。封孔处理后陶瓷涂层的吸水率大大降低,阻水性能明显提高，提高了陶瓷涂层的绝缘性及耐腐蚀性，扩大了陶瓷涂层的应用范围。

(3)本发明封孔剂封孔工艺简单，封孔后和涂层结合强度高，封孔效果好。

附图说明

图1是封孔前涂层表面形貌图；

图2是利用本发明封孔剂封孔后的涂层表面形貌图；

图3是封孔后的涂层截面微观形貌图

图4是封孔层的XRD图谱。

具体实施方式

下面根据附图和具体实施例详细说明本发明封孔剂的制备方法和用途

第一步：无机封孔剂的制备

首先按质量分数(如表2所示)配料，将混合料混合均匀。

表2 无机封孔材料化学组成

组成	SiO2	Al2O3	B2O3	Na2CO3	CaF2	ZnO	Ni2O3	Na5P3O10	TiO2	Co2O3
											含量	36.12	5.15	17.16	18.38	3.52	6.32	2.06	6.24	4.05	1

第二步：将混合料放入坩埚，然后放入普通电炉中加热到500℃保温30min，以去除生料中的水分，同时Na₂CO₃分解释放出CO₂气体。

第三步：继续升温到900℃，保温1.5h，获得均匀的熔融玻璃料。然后倒入冷水中淬碎。最后把玻璃料从水中取出，放入100℃干燥箱中干燥2h。

第四步：将玻璃料烘干后湿法球磨12小时，筛分，得到粒度为3～10微米的玻璃微粉，在其加入40Wt％无水乙醇，制成料浆，密封静置，即制备出所需的无机封孔剂。

利用实施例封孔剂对涂层进行封孔的工艺如下：

第一步：将热喷涂涂层预处理，在300℃空气炉中保温30min，然后超声清洗，使涂层表面清洁，无油污。

第二步：将试样浸入配制好的无机封孔剂料浆中30s后取出，抖动和旋转以除去多余的料浆。试样表面的料浆厚度均匀的分布在整个涂层上，并且厚度不大于0.8mm。

第三步：将涂搪完毕的试样放入100℃干燥箱中干燥1h；最后，将干燥后的涂搪试样放入马弗炉中880℃烧制3min，然后取出空冷却至室温。封孔后的涂层表面形貌图、涂层截面微观形貌图以及封孔层的XRD图谱分别见图2-4。

从图2、图1可以看出，与封孔前涂层对比可知，经过无机封孔剂的封孔后，涂层表面孔隙率基本降为0。由图3可以看出，封孔剂与涂层之间，及基体与涂层之间接触紧密，而且互相咬合，之间无空隙，说明结合比较好。由图4可以看出，无机封孔剂是非晶态玻璃相，因此其耐腐蚀耐高温性能较好。

Claims (4)

1.一种热喷涂涂层专用无机封孔剂，其特征在于，它是由以下重量百分比的原料组成的：

SiO₂30-38％，Al₂O₃3-8％，B₂O₃15-19％，Na₂CO₃16-20％，CaF₂2-5％，ZnO5-8％，Ni₂O₃2-3％，Na₅P₃O₁₀4-7％，TiO₂3-5％，CoO1％；

制备时，将上述原料混合，加热到500～600℃保温20～30min，然后继续加热到800～900℃，保温1～2h，水淬，球磨后得到325目的粉末，加入40wt％的无水酒精后密封静置即可。

2.一种如权利要求1所述的热喷涂涂层专用无机封孔剂的制备方法，其特征在于，

第一步：无机封孔剂的预烧结

按照配比要求准确称取各原料，混合研磨均匀后，在500～600℃温度下去除生料中的水分，同时分解释放出Na₂CO₃中的CO₂气体；然后继续加热到800～900℃烧结，获得均匀的熔融瓷釉料；将熔融的瓷釉料倒入冷水中淬碎，再放入100℃干燥箱中干燥，得到玻璃料；

第二步：球磨制粉

将干燥后的玻璃料放入球磨罐中充分研磨，将研磨后的粉料用325目的筛子筛分，选出粒度为325目的粉末；

第三步：制浆

向过筛的粒度为325目的粉料中添加无水酒精，使玻璃料的含量为60wt％；密闭静置，使料浆老化，消除气泡，即可用作涂层封孔剂。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，

第一步：按照配比要求准确称取各原料，混合研磨均匀后，放入刚玉坩埚中，然后将坩埚放入普通电炉中加热到500～600℃保温20～30min，以去除生料中的水分，同时Na₂CO₃分解释放出CO₂气体；然后继续加热到800～900℃，保温1～2h，获得均匀的熔融瓷釉料；将熔融的瓷釉料倒入冷水中淬碎；最后把瓷釉料从水中取出，放入100℃干燥箱中干燥1～2h；

第二步：球磨制粉

将干燥后的玻璃料放入球磨罐中，按照球料重量比为25:1的比例向球磨罐中填加刚玉磨球，研磨10-12h，将研磨后的粉料倒出，用325目的筛子筛分，选出粒度为325目的粉末；

第三步：制浆

向过筛的粒度325目的粉料中添加适量无水酒精，使玻璃料的含量为60wt％；密闭静置，使料浆老化，消除气泡，即可用作涂层封孔剂。

4.一种利用权利要求1所述的无机封孔剂对热喷涂涂层工件进行封孔的方法，其特征在于，步骤如下：

第一步：热喷涂涂层预处理

将带有热喷涂涂层的工件清洗，去除工件表面油污，然后在普通电炉中加热200℃-300℃，保温30min，烘干，保持涂层表面的干燥和清洁；

第二步：刷涂封孔剂

用刷子将料浆均匀的刷涂在涂层表面，刷涂厚度可控制在0.4-0.8mm，然后将工件放入干燥箱中，加热100℃干燥1h；

第三步：烧制

将干燥后的工件放入马弗炉中，加热到850℃-900℃，烧制3-4min，然后取出自然冷却至室温即完成涂层封孔。