CN103572277A

CN103572277A - 纳米陶瓷基耐高温耐磨蚀自洁复合涂层

Info

Publication number: CN103572277A
Application number: CN201210261142.4A
Authority: CN
Inventors: 胡为峰; 黄齐文
Original assignee: Beijing Suryee Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Suryee Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2012-07-26
Publication date: 2014-02-12

Abstract

一种纳米陶瓷基耐高温耐磨蚀自洁复合涂层，属于表面工程中的喷涂领域，该发明主要应用于高效燃煤锅炉、燃煤热风炉、沸腾煅烧炉、石油化工、冶金行业余热锅炉及水冷高温烟道、火力电力、石油化工、冶金行业、煤炭焦化脱硫、除尘装置等的耐高温腐蚀、磨损防护及高温粉尘的粘结、烧结。本发明所述的纳米陶瓷基耐温腐蚀自洁复合涂层，所要解决的问题是克服传统锅炉表面防护材料不能现场烧结，工作温度低的问题，提供一种施工简便，耐高温耐磨蚀的锅炉表面防护材料。其特征在于，所述的涂层质量百分含量范围如下：氮化钛：1~5%，氮化硅：1~5%，氧化铝：28~40%，氧化硅：10~20%，氧化铬：30~60%。

Description

纳米陶瓷基耐高温耐磨蚀自洁复合涂层

技术领域

属于表面工程中的喷涂领域，该发明主要应用于高效燃煤锅炉、燃煤热风炉、沸腾煅烧炉、石油化工、冶金行业余热锅炉及水冷高温烟道、火力电力、石油化工、冶金行业、煤炭焦化脱硫、除尘装置等的耐高温腐蚀、磨损防护及高温粉尘的粘结、烧结。

背景技术

工业热交换器由于存在高温磨损和腐蚀，致使换热器壁厚减薄造成设备过早失效；高温烟气中的粉尘粘结在换热器表面，降低换热器热交换效率。目前对于上述问题还没有完全有效的方法进行防护，少量的锅炉采用喷涂镍基涂层或其他金属涂层的进行解决，虽有一定防腐耐磨的效果，但无法解决高温粉尘的粘结和烧结造成热交换效率降低的缺陷且成本高昂。

目前的喷涂防护工艺，多采用热喷涂（超音速火焰喷涂、等离子喷涂）氧化锆涂层、氧化铝涂层虽具有优异的耐高温磨蚀性能，但其施工难度及喷涂成本高无法应用于各种工业热交换器的表面的高温防护。市场上存在的富锌无机涂层，一般只能耐温400度以内，一般满足大气腐蚀，不能满足工业锅炉内严重的高温磨蚀及抗高温粉尘粘结。

陶瓷被公认为是一种稳定的耐高温、抗氧化、抗腐蚀、抗磨损的材料。目前常用的冷喷涂的陶瓷涂层由于烧结温度高，不具备现场烧结可行性，结合力低，热膨胀系数不匹配，涂层易剥落。

纳米陶瓷基耐高温腐蚀自洁复合涂层属于喷涂工艺中的新兴防护工艺，耐高温屏蔽、牺牲保护型涂层，利用陶瓷优异的高温性能，屏蔽、隔绝了金属界面与腐蚀介质的反应及高温气流中的粉尘对金属表面的冲刷、冲蚀，同时有效避免由于金属表面的腐蚀产物与高温粉尘在高温条件下发生矿化烧结反应，造成热交换器表面粘灰、挂渣，降低热交换效率。纳米陶瓷基耐高温腐蚀自洁复合涂层在一定寿命周期内能有效保护热交换器金属表面免于腐蚀、磨损，延长设备使用寿命；减少热交换器表面粘灰、挂渣，保持高的热交换效率，从而达到节能减排的作用；且该陶瓷涂层的制备工艺简单，成本较低，具有重要的工业应用价值。

本发明所述的纳米陶瓷基耐高温腐蚀自洁复合涂层，由于在关键成分中添加了低温粘结剂，对陶瓷颗粒超细化并三级四级级配，实现400度以内的低温烧结形成致密的涂层，工程施工简便和易行。

本发明所要解决的问题是克服传统锅炉表面防护材料不能现场烧结，工作温度低的问题，提供一种施工简便，耐高温耐磨蚀的锅炉表面防护材料。

发明内容

本发明所提供的纳米陶瓷基耐温耐磨蚀自洁复合涂层，其特征在于，所述的涂层质量百分含量范围如下：

氮化钛：1~5%，氮化硅：1~5%，氧化铝：28~40%，氧化硅：10~20%，氧化铬：30~60%

其中各成分作用如下：

硼化钛（TiB2）：涂层耐磨增强相；防粘陶瓷相

氮化钛（Ti3N4）：涂层耐磨增强相；防粘陶瓷相

氮化硅（Si3N4）：涂层耐磨增强相；防粘陶瓷相

氧化铝（Al2O3）：涂层陶瓷相；固相烧结相

氧化硅（SiO2）：涂层陶瓷相；固相烧结相

氧化铬（Cr2O3）：涂层耐磨增强相；固相烧结相

本陶瓷涂层（5）为三层陶瓷涂层

1、底层陶瓷涂层（1）：

与热交换器表面（4）结合强度高陶瓷涂层。其成分为：

氧化铬（Cr₂O₃）5%至35%，粒径为50nm至300nm；

氧化硅（SiO₂）：65%至75%，粒径为50nm至300nm；

氧化铝（Al₂O₃）：5%至8%，粒径为50nm至300nm；

碱金属氧化物Na₂O、K₂O、CaO、MgO：总量为2%至4%

涂层厚度为80μm至200μm，最优为120μm至140μm

2、耐磨防粘陶瓷涂层（2）：

上述底层陶瓷涂层（1）配方：50%至80%；

硼化钛（TiB₂）：1%至20%，粒径为：1μm至20μm，最优为5μm至10μm；

氮化硅（Si₃N₄）：1%至20%，粒径为：1μm至20μm，最优为5μm至10μm；

氮化钛（Ti₃N₄）：1%至20%，粒径为：1μm至20μm，最优为5μm至10μm；

涂层厚度为80μm至200μm，最优为120μm至140μm

3、防粘陶瓷涂层（3）：

硼化钛（TiB₂）：1%至45%，粒径为50nm至300nm；

氮化硅（Si₃N₄）：1%至45%，粒径为50nm至300nm；

氮化钛（Ti₃N₄）：1%至45%，粒径为50nm至300nm；

表面活性剂：2%至5%

分散剂：0.5%至1.5%

有机溶剂：汽油、或柴油、或二甲苯、或丙酮、或酒精，最优为汽油：50%至70%

喷涂至完全覆盖耐磨防粘陶瓷涂层

陶瓷涂层喷涂完毕后自然干燥24小时至72小时后，即可投入使用，在使用过程中随炉烧结

本发明所述涂层采取以下步骤实施：

1. 将上述粉末（平均粒度为5微米）及低温粘结剂以一定比例混合均匀，然后将粉末与水以1:0.5的比例充分混合，得到水性陶瓷涂层原料；

2. 将得到的底层陶瓷涂层（1）水性陶瓷涂层原料用无气喷枪喷涂到经净化处理的工件（钢基）表面，喷涂厚度为0.08~0.1mm，再经200~400℃，30~60min烧结，得到一次涂层；

3. 耐磨防粘陶瓷涂层（2）水性陶瓷涂层原料用无气喷枪喷涂到经净化处理的工件（钢基）表面，喷涂厚度为0.08~0.1mm，再经200~400℃，30~60min烧结，得到二次涂层；

4. 防粘陶瓷涂层（3）：水性陶瓷涂层原料用无气喷枪喷涂到经净化处理的工件（钢基）表面，喷涂厚度为0.08~0.1mm，再经200~400℃，30~60min烧结，得到最终涂层。

附图说明

图1为本发明专利提供的纳米陶瓷基耐高温耐磨蚀自洁复合涂层示意图。

具体实施方式

1. 取氮化钛1克，氮化硅1克，氧化铝28克，氧化硅10克，氧化铬60克混合均匀，并与50克水充分混合，将得到的原料用无气喷枪喷涂到净化处理的工件表面，经200℃，30分钟烧结，得到一次涂层，再将一次涂层表面刷涂特制纳米溶胶，进行200℃，30分钟烧结，得到最终涂层。将涂层进行24小时50%硫酸浸泡试验，以及700℃、25℃水冷循环试验，所得结果见表1。

2. 取氮化钛2克，氮化硅3克，氧化铝35克，氧化硅15克，氧化铬45克混合均匀，并与50克水充分混合，将得到的原料用无气喷枪喷涂到净化处理的工件表面，经250℃，40分钟烧结，得到一次涂层，再将一次涂层表面刷涂特制纳米溶胶，进行250℃，40分钟烧结，得到最终涂层。将涂层进行24小时50%硫酸浸泡试验，以及700℃、25℃水冷循环试验，所得结果见表1。

3. 取氮化钛3克，氮化硅4克，氧化铝33克，氧化硅18克，氧化铬42克混合均匀，并与50克水充分混合，将得到的原料用无气喷枪喷涂到净化处理的工件表面，经300℃，50分钟烧结，得到一次涂层，再将一次涂层表面刷涂特制纳米溶胶，进行300℃，50分钟烧结，得到最终涂层。将涂层进行24小时50%硫酸浸泡试验，以及700℃、25℃水冷循环试验，所得结果见表1。

4. 取氮化钛5克，氮化硅5克，氧化铝40克，氧化硅20克，氧化铬30克混合均匀，并与50克水充分混合，将得到的原料用无气喷枪喷涂到净化处理的工件表面，经400℃，60分钟烧结，得到一次涂层，再将一次涂层表面刷涂特制纳米溶胶，进行400℃，60分钟烧结，得到最终涂层。将涂层进行24小时50%硫酸浸泡试验，以及700℃-25℃、20次水冷循环试验，所得结果见表1。

表1

	硫酸浸泡（有无剥落、开裂）	水冷循环（有无剥落、开裂）
			1	无	无
2	无	无
			3	无	无
4	无	无

Claims

1.一种纳米陶瓷基耐高温耐磨蚀自洁复合涂层，属于表面工程中的喷涂领域，其特征在于，所述的涂层质量百分含量范围如下：

氮化钛：1~5%，氮化硅：1~5%，氧化铝：28~40%，氧化硅：10~20%，氧化铬：30~60%。