CN104098936B - 一种高发射红外节能辐射涂层的制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高发射率红外节能辐射涂层的制备方法，包括以下步骤：步骤一、涂料制备；步骤二、基体前处理；步骤三、涂层喷涂；步骤四、涂层烧结固化。本发明的涂层，在高温烧结下，涂层的结构稳定，性能全面提升，涂层在使用中发射率不衰减、也不老化、寿命高于6年。涂层在炉内衬表面形成结构致密的釉面陶瓷涂层，延长炉体寿命2倍以上，又减少了炉内衬的维修和检修工作量以及原材料消耗和维修费用。

Description

一种高发射红外节能辐射涂层的制备方法

技术领域

本申请涉及新型涂层的制备，尤其涉及一种高发射红外节能辐射涂层的制备方法。

背景技术

现有红外节能涂料，作为一种节能新材料、广泛应用于工业炉窑，工作温度一般为1000℃以上，因为通常作为炉窑结构材料主要是：耐火砖、浇注料、还有金属炉膛内衬(如工业锅炉、电站锅炉、水冷壁、金属加热器等)其发射率低(在0.40～0.50之间)，在炉窑升温加热过程中，需吸收和逸散大量的热量，故能耗大、加热效率低。

目前国内广泛采用远红外节能涂料，它的技术等级属于一般材料，如第一代节能涂料：粒度大(毫米级)、粘度差、节能低；第二代节能涂料：粒度(微米级)、采用传统黑体技术、耐高温的粘结性能差，在高温区存在发射率不高，涂层易老化、易粉化，使用寿命仍较短(涂料在3～4个月就失效)。现有技术中有的涂料限于600℃以下使用，最高限于1100℃以下温度使用，否则会脱落。而且与基体的附着力差、容易脱落、特别是与金属基体之间的附着力很差。

此外现有技术使用中的红外节能涂料，由于没有经过高温煅烧工艺，粒度为毫米级或微米级，故发射率不高并且不稳定，随着温度的升高，发射率逐渐下降。在节能方面现有技术中的红外节能涂料，初期节能率可达3～5％，随着使用时间增长，节能效果逐渐下降，直到几个月之后，就看不出节能效果了。

发明内容

本发明的目的是，提供一种高发射率红外节能辐射涂层的制备方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种高发射率红外节能辐射涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、涂料制备；

步骤二、基体前处理；

步骤三、涂层喷涂；

步骤四、涂层烧结固化。

优选地，所述步骤一中的涂料平均粒径为2纳米以下，包括以下重量份的各组份：

主体成份64-122份；添加剂9-20份；烧结剂6-15份；粘结剂400-579份；助剂11-22份，

其中主体成份配比为：锆刚玉20～36份、刚玉微粉10～28份、三氧化二钴4～8份、氧化铬绿15～25份、氧化铁5～10份、氧化钇10～15份；

添加剂配比为：硅微粉5～10份、氧化镁4～10份；

助剂配比为：堇青石7～14份、硼酸4～8份；

烧结剂为膨润土、软质粘土或高岭土；

粘结剂为有机-无机复合粘结剂，包括硅溶胶324-450份、羧甲基纤维素26-34份、高温复合胶溶液35-70份、乙基硅酸15-25份。

最好地，所述步骤一按以下方法进行：将所述主体成份和烧结剂、助剂、添加剂按配比混合均匀得混合物A，将混合物A在高温烧结炉中烧结，然后再破碎、磨粉至粒径7-9微米，再气流粉碎至粒径0.4-0.5微米，得到混合物B；将混合物B与粘结剂按配比迅速混合、溶解、分散、细化，制得粘稠状悬浮流体C，然后采用纳米技术设备使涂料的平均粒径为2.0纳米。

优选地，所述步骤二包括清除所述基体表面的灰尘、污垢。

最好地，所述基体为金属基体，采用手工或机械方法去除氧化皮。

优选地，所述步骤二还包括在基体上喷涂或刷涂浸润渗透液。

优选地，所述渗透液为重量份为340份的水玻璃与60份的甲基纤维素水溶剂的混合液或为重量份为150-500份的水合氢氧化铝溶液。

优选地，所述步骤三采用喷涂、刷涂或等离子喷涂的方法。

优选地，所述步骤四采用逐级烧结固化，所述逐级烧结固化是指烧结固化过程中每一个温度保温20-40分钟后，打开炉门5-15分钟，以放出炉内的自然水、混合水或结晶水。

优选地，所述的制备方法在高发射率红外节能辐射涂层中的应用。

与现有技术相比，本申请所述的一种高发射率红外节能辐射涂料的制备方法，达到了如下效果：

本发明的高发射率红外节能辐射涂层，它具有高吸收和高发射率的特点。该涂层能吸收大量的辐射能，强化了炉气与炉衬间的辐射换热，使炉内衬表面温度增高，实质上这个涂层就是一个强辐射源。故能将吸收辐射热能转换成物体易吸收的远红外热能以电磁波的形式传递、辐射回炉膛、从而提高炉膛温度和炉温均匀性，降低燃料消耗，同时也降低炉膛出口烟气温度和排烟温度，提高热效率，增强了被加热物体的热能吸收速度、减少热能损失、达到节能目的。

稀土元素掺入大大提高了涂料中反应物的高化学活性，增强红外节能辐射涂料的强度和抗老化性能。

掺入堇青石进行再烧结，可以降低涂层的收缩率和热膨胀率，大大提高了涂层抗热震性，使涂层不脱落、不龟裂。

多种氧化物的混合物，经过高温烧结后，属于反型尖晶石结构的复合氧化物，使涂层的硬度、线收缩率、发射率大幅度提高。由于烧结温度高于使用温度，涂料的晶格组织和性能在高温下长期稳定，涂料在使用中不衰减、不老化、始终保持极高的红外发射率ε>0.96。对于烧结成型的辐射材料，把颗粒做细(微米级或纳米级)，就可以降低射线在其中的散射系数，从而提高它的发射率。

本发明采用了特殊的有机—无机复合粘结剂。涂层粘结力强、涂层不龟裂、涂层与基体呈渗态结合、附着力强，不剥落。解决了与金属基体(锅炉内壁、水冷壁、金属加热辐射管等)之间的附着性难题，使本技术在锅炉类热工设备上长期使用成为现实。

本发明的涂层，在高温烧结下，涂层的结构稳定，性能全面提升，涂层在使用中发射率不衰减、也不老化、寿命高于6年。涂层在炉内衬表面形成结构致密的釉面陶瓷涂层，延长炉体寿命2倍以上，又减少了炉内衬的维修和检修工作量以及原材料消耗和维修费用。同时本申请中的涂料熔点为2300℃，可在700～1800℃温度下长期使用。

本申请的涂层，由于发射率高，提高了内衬的强化辐射性能，更多的作用于被加热的产品上，减少了燃料的消耗达到节能率>10％。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为涂层制备流程图

图2为涂料制备流程图

图3为涂层烧结固化工艺过程时间与温度曲线

具体实施方式

结合图1、图2和图3对本申请进行详细说明。

实施例1

一种高发射率红外节能辐射涂层的制备方法，步骤如下：

(1)涂料制备：

主体成份64份；添加剂9份；烧结剂6份；粘结剂400份；助剂11份，

其中主体成份配比为：锆刚玉20份、刚玉微粉10份、三氧化二钴4份、氧化铬绿15份、氧化铁5份、氧化钇10份；

添加剂配比为：硅微粉5份、氧化镁4份；

助剂配比为：堇青石7份、硼酸4份；

烧结剂为膨润土；

粘结剂为有机-无机复合粘结剂，包括硅溶胶324份、羧甲基纤维素26份、高温复合胶溶液35份、乙基硅酸15份。

将64份主体成份和6份烧结剂、11份助剂、9份添加剂按配比均匀得混合物A，将混合物A在GZZ-300高温烧结炉内烧结，然后再采用超细粉磨机(cax82型)破碎、磨粉至平均粒径7微米，再气流粉碎至平均粒径0.4微米，得到混合物B；将混合物B与400份粘结剂在GJSS-B12K四轴变频高速搅拌机中进行高速搅拌迅速混合、溶解、分散、细化，制得粘稠状悬浮流体C，然后采用小磨介研磨机(DMQ型)使涂料的平均粒径为2.0纳米。

(2)基体前处理：

a、采用手工或机械方法去除氧化皮；

b、在基体上喷涂浸润渗透液，使基体湿润渗透，渗透液为重量份为340份的水玻璃与60份的甲基纤维素水溶剂的混合液。

(3)涂层喷涂

将C和耐高温的有机---无机复合粘结剂按适量比1:4制成的涂料产品，用喷涂方法将涂料喷涂在基体上形成涂层，涂层厚度为0.15mm，自然晾干24h，待烧结固化。

(4)涂层烧结固化：

采用逐级烧结固化，烧结固化过程中每一个温度保温20分钟后，打开炉门5分钟，以放出炉内的自然水、混合水和/或结晶水。烧结温度由室温上升至650℃，如图3所示。

实施例2

一种高发射率红外节能辐射涂层的制备方法，步骤如下：

(1)涂料制备：

主体成份122份；添加剂20份；烧结剂15份；粘结剂579份；助剂22份，

其中主体成份配比为：锆刚玉36份、刚玉微粉28份、三氧化二钴8份、氧化铬绿25份、氧化铁10份、氧化钇15份；

添加剂配比为：硅微粉10份、氧化镁10份；

助剂配比为：堇青石14份、硼酸8份；

烧结剂为软质粘土；

粘结剂为有机-无机复合粘结剂，包括硅溶胶450份、羧甲基纤维素34份、高温复合胶溶液70份、乙基硅酸25份。

将122份主体成份和20份添加剂、15份烧结剂、22份助剂按配比均匀得混合物A，将混合物A在GZZ-300高温烧结炉内烧结，然后再采用超细粉磨机(cax82型)破碎、磨粉至平均粒径9微米，再气流粉碎至平均粒径0.5微米，得到混合物B；将混合物B与579份粘结剂在GJSS-B12K四轴变频高速搅拌机中进行高速搅拌迅速混合、溶解、分散、细化，制得粘稠状悬浮流体C，然后采用纳米技术设备使涂料的平均粒径为2.0纳米。

(2)基体前处理：

a、清除所述基体表面的灰尘、污垢；

b、在基体上刷涂浸润渗透液，使基体湿润渗透，渗透液为重量份为150份的水合氢氧化铝溶液。

(3)涂层喷涂

将C和耐高温的有机---无机复合粘结剂按适量比1:6制成的涂料产品，用刷涂的方法将涂料涂在基体上形成涂层，涂层厚度为0.5mm，自然晾干24h，待烧结固化。

(4)涂层烧结固化：

采用逐级烧结固化，烧结固化过程中每一个温度保温40分钟后，打开炉门15分钟，以放出炉内的自然水、混合水和/或结晶水。

实施例3

一种高发射率红外节能辐射涂层的制备方法，步骤如下：

(1)涂料制备：

主体成份93份；添加剂14.5份；烧结剂10.5份；粘结剂489.5份；助剂16.5份，

其中所述主体成份按重量份计包括以下各组份：锆刚玉28份、刚玉微粉19份、三氧化二钴6份、氧化铬绿20份、氧化铁7.5份、氧化钇12.5份；

所述烧结剂为高岭土；

所述粘结剂按重量份计包括以下各组份：硅溶胶387份、羧甲基纤维素30份、乙基硅酸20份、高温复合胶溶液52.5份；

所述助剂按重量份计包括以下各组分：堇青石10.5份、硼酸6份。

将93份主体成份和14.5份烧结剂、16.5份助剂、14.5份添加剂混合均匀得混合物A，将混合物A在GZZ-300高温烧结炉内烧结，然后再采用超细粉磨机(cax82型)破碎、磨粉至平均粒径7微米，再气流粉碎至平均粒径0.325微米，得到混合物B；将混合物B与489.5份粘结剂在GJSS-B12K四轴变频高速搅拌机中进行高速搅拌迅速混合、溶解、分散、细化，制得粘稠状悬浮流体C，然后采用小磨介研磨机(DMQ型)使涂料的平均粒径为2.0纳米。

(2)基体前处理：

a、清除所述基体表面的灰尘、污垢；

b、在基体上刷涂浸润渗透液，使基体湿润渗透，渗透液为重量份为500份的水合氢氧化铝溶液。

(3)涂层喷涂

将C和耐高温的有机---无机复合粘结剂按适量比1:6制成的涂料产品，用等离子喷涂的方法将涂料喷涂在基体上形成涂层，涂层厚度为0.325mm，自然晾干24h，待烧结固化。

(4)涂层烧结固化：

采用逐级烧结固化，烧结固化过程中每一个温度保温30分钟后，打开炉门10分钟，以放出炉内的自然水、混合水和/或结晶水。

实施例4

采用实施例3的方法制备，其中步骤(2)的渗透液为重量份为325份的水合氢氧化铝溶液。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种高发射率红外节能辐射涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、涂料制备；

步骤二、基体前处理；

步骤三、涂层喷涂；

步骤四、涂层烧结固化；

所述步骤一中的涂料，包括以下重量份的各组份：

主体成份64-122份；添加剂9-20份；烧结剂6-15份；粘结剂400-579份；助剂11-22份，

其中主体成份配比为：锆刚玉20～36份、刚玉微粉10～28份、三氧化二钴4～8份、氧化铬绿15～25份、氧化铁5～10份、氧化钇10～15份；

添加剂配比为：硅微粉5～10份、氧化镁4～10份；

助剂配比为：堇青石7～14份、硼酸4～8份；

烧结剂为膨润土、软质粘土或高岭土；

粘结剂为有机-无机复合粘结剂，包括硅溶胶324-450份、羧甲基纤维素26-34份、高温复合胶溶液35-70份和乙基硅酸15-25份；

所述步骤一按以下方法进行：将所述主体成份和烧结剂、助剂、添加剂按配比混合均匀得混合物A，将混合物A在高温烧结炉中烧结，然后再破碎、磨粉至粒径7-9微米，再气流粉碎至粒径0.4-0.5微米，得到混合物B；将混合物B与粘结剂按配比迅速混合、溶解、分散、细化，制得粘稠状悬浮流体C，然后采用纳米技术设备使涂料的平均粒径为2.0纳米；

所述步骤二包括清除所述基体表面的灰尘、污垢；

所述基体为金属基体，采用手工或机械方法去除氧化皮；

所述步骤二还包括在基体上喷涂或刷涂浸润渗透液；

所述渗透液为重量份为340份的水玻璃与60份的甲基纤维素水溶剂的混合液或为重量份为150-500份的水合氢氧化铝溶液。

2.如权利要求1所述的高发射率红外节能辐射涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤三采用等离子喷涂的方法。

3.如权利要求2所述的高发射率红外节能辐射涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤四采用逐级烧结固化，所述逐级烧结固化是指烧结固化过程中每一个温度保温20-40分钟后，打开炉门5-15分钟，以放出炉内的自然水、混合水或结晶水。

4.如权利要求1-3任一项所述的制备方法在高发射率红外节能辐射涂层中的应用。