CN104403381A

CN104403381A - 一种耐腐蚀陶瓷涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN104403381A
Application number: CN201410631243.5A
Authority: CN
Inventors: 王永光; 赵永武; 陈瑶; 齐菲; 赵栋; 马松涛
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2015-01-07
Filing date: 2015-01-07
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2035-01-07
Also published as: CN104403381B

Abstract

本发明提供了一种耐腐蚀陶瓷涂料，包括以下质量含量的组分：27wt％～45wt％的黏结剂；40wt％～65wt％的陶瓷骨料，所述陶瓷骨料包括氧化铝、硅酸锆和氧化锆，所述氧化铝包括微米级氧化铝和纳米级氧化铝；1.5wt％～10wt％的固化剂，所述固化剂包括金属氧化物和铝含量不低于50wt％的水泥；0.1wt％～5wt％的消泡剂。本发明提供的耐腐蚀陶瓷涂料涂覆在金属基体表面，固化得到金属基陶瓷涂层，得到的金属基陶瓷涂层在高温条件下依然具有较高的耐磨损和耐腐蚀性能。

Description

一种耐腐蚀陶瓷涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属防腐耐磨技术领域，尤其涉及一种耐腐蚀陶瓷涂料及其制备方法。

背景技术

随着循环经济、绿色科技和低碳制造技术的飞速发展，国家对大气质量的控制要求越来越高。因此，大型环保除尘装备广泛应用于冶金、电力、锅炉和垃圾焚烧等重要的资源和能源行业。然而，在大型除尘环保设备中，许多管道长期处于恶劣的工作环境，特别是金属管道在高温、磨损和腐蚀的协同作用下损坏非常严重，不仅大大增加了制造和维护成本，而且易于发生爆管等安全事故。尤其是高温条件下，金属管道的磨损和腐蚀大大加速。

金属基陶瓷涂层是指涂覆在金属表面上的耐热、耐磨和耐腐蚀的无机保护层或表面膜的总称。因大多陶瓷材料具有离子键和共价键结构，键能高，原子间结合力强，比金属的耐磨损、耐腐蚀、耐高温性能要高很多。通过在金属表面涂覆一层陶瓷保护涂层改变金属外表面的形貌，结构及化学组成，使金属基材既能保持金属材料的韧性，又兼具陶瓷耐热、耐磨、耐腐蚀的性能，而不改变金属整体的材料，工艺简单，成本低廉。

现有技术中制备得到的金属基陶瓷涂层虽然具有一定的耐热、耐磨和耐腐蚀性能，但是在高温条件下的耐磨损性能仍然不能满足恶劣环境下的现场施工要求，大大限制了其使用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐腐蚀陶瓷涂料及其制备方法，本发明提供的耐腐蚀陶瓷涂层在金属表面形成陶瓷涂层，该陶瓷涂层具有较好的耐腐蚀性和高温耐磨损性能。

本发明提供了一种耐腐蚀陶瓷涂料，包括以下质量含量的组分：

27wt％～45wt％的黏结剂；

40wt％～65wt％的陶瓷骨料，所述陶瓷骨料包括氧化铝、硅酸锆和氧化锆，所述氧化铝包括微米级氧化铝和纳米级氧化铝；

1.5wt％～10wt％的固化剂，所述固化剂包括金属氧化物和铝含量不低于50wt％的水泥；

0.1wt％～5wt％的消泡剂。

优选的，所述微米级氧化铝和纳米级氧化铝的质量比为(20～30):1。

优选的，所述微米级氧化铝的粒径为1μm～5μm。

优选的，所述纳米级氧化铝的粒径为20nm～100nm。

优选的，以耐腐蚀陶瓷涂料的总质量为基准，所述陶瓷骨料包括以下质量含量的组分：

20wt％～30wt％的氧化铝；

10wt％～20wt％的硅酸锆；

10wt％～15wt％的氧化锆。

优选的，所述固化剂中的金属氧化物包括氧化锌、氧化镁和氧化铜中的一种或几种。

优选的，以耐腐蚀陶瓷涂料的总质量为基准，所述固化剂包括以下质量含量的组分：

1wt％～5wt％的水泥；

0.5wt％～1wt％的金属氧化物。

本发明提供了上述技术方案所述耐腐蚀陶瓷涂料的制备方法，包括以下步骤：

将微米级氧化铝与粘结剂混合，得到第一混合物料；

将所述第一混合物料与硅酸锆和氧化锆混合，得到第二混合物料；

将所述第二混合物料与消泡剂、固化剂和纳米级三氧化铝混合，得到第三混合物料；

将所述第三混合物料陈化，得到耐腐蚀陶瓷涂料。

优选的，所述陈化的时间为2h～3h。

本发明提供了金属基陶瓷涂层，由上述技术方案所述耐腐蚀陶瓷涂料或上述技术方案所述制备方法得到的耐腐蚀陶瓷涂料涂覆在金属基体表面固化得到。

本发明提供了上述金属基陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：

将上述技术方案所述耐腐蚀陶瓷涂料或上述技术方案所述制备方法得到的耐腐蚀陶瓷涂料涂覆在金属基体表面，形成涂料涂层；

将涂覆有涂料涂层的金属基体依次在20℃～45℃下第一保温、70℃～90℃下第二保温、升温至240℃～260℃下第三保温，在所述金属基体表面形成金属基陶瓷涂层。

优选的，由所述第一保温的温度升至第二保温的温度的升温速率为5℃/min～10℃/min；

由低温保温的温度升温至第三保温的温度的升温速率为5℃/min～10℃/min。

上述技术方案，所述第一保温的时间为2h～3h；

所述第二保温的时间为1h～1.5h；

所述第三保温的时间为1h～2h。

本发明提供了一种耐腐蚀陶瓷涂料，包括以下质量含量的组分：27wt％～45wt％的黏结剂；40wt％～65wt％的陶瓷骨料，所述陶瓷骨料包括氧化铝、硅酸锆和氧化锆，所述氧化铝包括微米级氧化铝和纳米级氧化铝；1.5wt％～10wt％的固化剂，所述固化剂包括金属氧化物和铝含量不低于50wt％的水泥；0.1wt％～5wt％的消泡剂。本发明提供的耐腐蚀陶瓷涂料涂覆在金属基体表面，固化得到金属基陶瓷涂层，得到的金属基陶瓷涂层在高温条件下依然具有较高的耐磨损和耐腐蚀性能。实验结果表明，以普通碳钢为金属基体，得到的金属基陶瓷涂层在500℃的炉温下测试其耐高温摩擦磨损试验，其高温下的耐磨性能是普通钢的7倍以上，耐腐蚀性能是普通钢的3倍以上。

附图说明

图1为本发明实施例2得到的金属基陶瓷涂层中涂层-基体界面放大1000倍的SEM照片；

图2为本发明实施例2得到的金属基陶瓷涂层中涂层与基体界面成分变化曲线；

图3为本发明实施例2中陶瓷涂层高温磨损试验后的形貌图；

图4为本发明实施例2、4和比较例得到的金属基陶瓷涂层的腐蚀测试过程。

具体实施方式

27wt％～45wt％的黏结剂；

0.1wt％～5wt％的消泡剂。

本发明提供的耐腐蚀陶瓷涂料涂覆在金属基体表面，固化得到金属基陶瓷涂层，得到的金属基陶瓷涂层在高温条件下依然具有较高的耐磨损和耐腐蚀性能。

本发明提供的耐腐蚀陶瓷涂料包括27wt％～45wt％的黏结剂，在本发明的实施例中，所述黏结剂在所述耐腐蚀陶瓷涂料中的质量含量可以为30wt％～42wt％，也可以为33wt％～37wt％。在本发明中，所述黏结剂优选为磷酸二氢铝黏结剂。本发明对所述黏结剂的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的上述黏结剂的市售商品，或采用本领域技术人员熟知的制备上述黏结剂的方法自行制备皆可。

本发明提供的耐腐蚀陶瓷涂料包括40wt％～65wt％的陶瓷骨料，优选为45wt％～60wt％，更优选为50wt％～55wt％。在本发明中，所述陶瓷骨料包括氧化铝、硅酸锆和氧化锆；优选的，以耐腐蚀陶瓷涂料的总质量为基准，所述陶瓷骨料包括以下质量含量的组分：

20wt％～30wt％的氧化铝；

10wt％～20wt％的硅酸锆；

10wt％～15wt％的氧化锆。

在本发明中，以耐腐蚀陶瓷涂料的总质量为基准，所述陶瓷骨料优选包括20wt％～30wt％的氧化铝，在本发明的实施例中，所述氧化铝在所述陶瓷骨料中的质量含量也可以为22wt％～28wt％，还可以为24wt％～26wt％。在本发明中，所述氧化铝包括纳米级氧化铝和微米级氧化铝。在本发明中，耐腐蚀陶瓷涂料在金属基体表面固化形成陶瓷涂层时，所述纳米级氧化铝会在陶瓷涂层的表面形成一层致密的保护膜，提高了陶瓷涂层在高温条件下的耐磨损性能。

在本发明中，所述纳米级氧化铝的粒径优选为20nm～100nm，更优选为30nm～90nm，最优选为40nm～80nm。在本发明的实施例中，所述纳米级氧化铝的粒径可具体为20nm、50nm、80nm或100nm。在本发明中，所述微米级氧化铝的粒径优选为1μm～5μm，更优选为2μm～4μm；在本发明的实施例中，所述微米级氧化铝的粒径可具体为1μm、3μm、4μm或5μm。

在本发明中，所述微米级氧化铝与纳米级氧化铝的质量比优选为(20～30):1，更优选为(22～28):1，最优选为(24～26):1。

在本发明中，以耐腐蚀陶瓷涂料的总质量为基准，所述陶瓷骨料优选包括10wt％～20wt％的硅酸锆，更优选为12wt％～18wt％，最优选为14wt％～16wt％。在本发明的实施例中，所述硅酸锆在所述耐腐蚀陶瓷涂料中的质量含量可具体为13wt％、15wt％、18wt％或20wt％。

在本发明中，以耐腐蚀陶瓷涂料的总质量为基准，所述陶瓷骨料优选包括10wt％～15wt％的氧化锆。在本发明的实施例中，所述氧化锆在所述耐腐蚀陶瓷涂料中的质量含量可具体为10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％或15wt％。

本发明提供的耐腐蚀陶瓷涂料包括1.5wt％～10wt％的固化剂，优选为3wt％～8wt％，更优选为5wt％～6wt％。在本发明中，所述固化剂包括金属氧化物和铝含量不低于50wt％的水泥。在本发明中，以耐腐蚀陶瓷涂料的总质量为基准，所述固化剂优选包括以下质量含量的组分：

1wt％～5wt％的水泥；

0.5wt％～1wt％的金属氧化物。

在本发明中，以耐腐蚀陶瓷涂料的总质量为基准，所述固化剂优选包括1wt％～5wt％的水泥；在本发明的实施例中，所述水泥在耐腐蚀陶瓷涂料中的质量含量可具体为1wt％、2wt％、3wt％、4wt％或5wt％。在本发明中，所述水泥中铝的质量含量不低于50wt％，优选为50wt％～60wt％，更优选为55wt％。在本发明中，所述水泥涂料缓慢固化，形成陶瓷涂层。

在本发明中，以耐腐蚀陶瓷涂料的总质量为基准，所述固化剂优选包括0.5wt％～1wt％的金属氧化物；在本发明的实施例中，所述金属氧化物在耐腐蚀陶瓷涂料中的质量含量可具体为0.5wt％、0.8wt％或1wt％。在本发明中，所述金属氧化物促使涂料快速固化，形成陶瓷涂层。在本发明中，所述金属氧化物优选包括氧化锌、氧化镁和氧化铜中的一种或几种，更优选为氧化锌。

本发明提供的耐腐蚀陶瓷涂料包括0.1wt％～5wt％的消泡剂，优选为0.5wt％～1wt％。本发明对所述消泡剂的种类和来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的消泡剂即可；如在本发明的实施例中，所述消泡剂可具体为磷酸三丁酯。

本发明还提供了上述技术方案所述耐腐蚀陶瓷涂料的制备方法，包括以下步骤：

将微米级氧化铝与粘结剂混合，得到第一混合物料；

将所述第三混合物料陈化，得到耐腐蚀陶瓷涂料。

本发明将上述技术方案所述微米级氧化铝与黏结剂混合，得到第一混合物料。本发明对所述微米级氧化铝和黏结剂混合的加料顺序没有特殊的限制，可以将微米级氧化铝加入到黏结剂中，也可以将粘结剂加入到微米级氧化铝中。在本发明的实施例中，将所述微米级氧化铝加入到粘结剂中。

本发明将所述微米级氧化铝与黏结剂混合后，优选进行搅拌，得到第一混合物料。本发明对所述搅拌的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的搅拌的技术方案即可。在本发明中，所述搅拌的速率优选为60r/min～90r/min，更优选为65r/min～85r/min，最优选为70r/min～80r/min。

得到第一混合物料后，本发明将所述第一混合物料与上述技术方案所述硅酸锆和氧化锆混合，得到第二混合物料。本发明对所述第一混合物物料与硅酸锆、氧化锆混合的加料顺序没有特殊的限制，在本发明的实施例中，具体可将硅酸锆和氧化锆加入到所述第一混合物料中。

得到第二混合物料后，本发明将所述第二混合物料与消泡剂、固化剂和纳米级氧化铝混合，得到第三混合物料。本发明优选将上述技术方案所述消泡剂、固化剂和纳米级氧化铝加入到所述第二混合物料中，搅拌后得到第三混合物料。本发明对所述搅拌的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的搅拌的技术方案即可。在本发明中，所述搅拌的速率优选为60r/min～90r/min，更优选为65r/min～85r/min，最优选为70r/min～80r/min。

得到第三混合物料后，本发明将所述第三混合物料陈化，得到耐腐蚀陶瓷涂料。在本发明中，所述陈化优选在室温下进行，无需对陈化体系升温或降温；所述陈化的时间优选为2h～3h。在本发明的实施例中，所述陈化的时间可具体为2h、2.25h、2.5h、2.75h或3h。

本发明还提供了一种金属基陶瓷涂层，由上述技术方案所述耐腐蚀陶瓷涂料或上述技术方案所述制备方法得到的耐腐蚀陶瓷涂料涂覆在所述金属基体表面固化得到。

本发明提供的金属基陶瓷涂层为上述技术方案所述耐腐蚀陶瓷涂料或上述技术方案所述制备方法得到的耐腐蚀陶瓷涂料涂覆在金属基体表面固化得到的。本发明对所述金属基体的种类没有特殊的限制，本领域技术人员熟知的需要进行防腐、耐磨处理的金属基体即可，如可以为金属管道或钢板。

在本发明中，所述金属基陶瓷涂层的厚度优选为0.5mm～1mm，更优选为0.6mm～0.8mm。

本发明还提供了上述技术方案所述金属基陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：

将涂覆有涂料涂层的金属基体依次在20℃～45℃下第一保温、70℃～90℃下第二保温、升温至240℃～260℃下第三次保温，在所述金属基体薄膜形成金属基陶瓷涂层。

本发明将上述技术方案所述耐腐蚀陶瓷涂料或上述技术方案所述制备方法得到的耐腐蚀陶瓷涂料涂覆在金属基体表面，形成涂料涂层。本发明对所述涂覆的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的涂覆的技术方案即可，如可以为刷涂，也可以为喷涂，还可以为浸泡。在本发明中，所述涂料涂层的厚度优选为0.5mm～1mm，更优选为0.6mm～0.8mm。

本发明对所述金属基体的种类和来源没有特殊的限制，本领域技术人员熟知的需要进行防腐、耐磨处理的金属基体即可，如可以为金属管道或钢板。本发明在所述金属基体表面涂覆耐腐蚀陶瓷涂料前，优选对所述金属基体进行抛光处理。本发明对所述抛光处理的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的金属抛光处理即可，如可以为物理打磨抛光，也可以为化学抛光。

在所述金属基体表面涂覆陶瓷涂料后，本发明将涂覆有涂料涂层的金属基体依次在室温下第一保温、70℃～90℃下第二保温、升温至240℃～260℃下第三次保温，在所述金属基体薄膜形成金属基陶瓷涂层。本发明首先将所述涂覆有涂料涂层的金属基体在室温下进行第一保温，进行第一阶段的固化。在所述第一阶段固化的过程中，本发明无需对涂覆有涂料涂层的金属基体进行加热或降温，在室温下进行第一保温即可。具体的，所述第一保温的温度优选为20℃～45℃，更优选为25℃～40℃；所述第一保温的时间优选为2h～3h。在本发明的实施例中，所述第一保温的时间可具体为2h、2.25h、2.5h、2.75h或3h。

完成所述第一保温后，本发明将所述涂覆有涂料涂层的金属基体在70℃～90℃下进行第二保温，进行第二阶段的固化。在本发明中，所述第二阶段的固化可在恒温箱中进行；本发明优选先将所述恒温箱内的温度升至70℃～90℃，然后将完成所述第一保温后的涂覆有涂料涂层的金属基体放入保温箱内，进行第二保温。在本发明中，温度升至70℃～90℃的升温速率优选为5℃/min～10℃/min。在本发明的实施例中，温度升至70℃～90℃的升温速率可具体为5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min或10℃/min。在本发明中，所述第二保温的温度优选为75℃～85℃，更优选为80℃；所述第二保温的时间优选为1h～1.5h。在本发明的实施例中，所述第二保温的温度可具体为75℃、78℃、80℃、82℃或85℃；所述第二保温的时间可具体为1h、1.25h或1.5h。

完成所述第二保温后，本发明将涂覆有涂料涂层的金属基体在240℃～260℃下进行第三次保温，进行第三阶段的固化，所述金属基体表面形成了金属基陶瓷涂层。在本发明中，温度由第二保温的温度升至第三温度的升温速率优选为5℃/min～10℃/min。在本发明的实施例中，温度由第二保温的温度升至第三温度的升温速率可具体为5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min或10℃/min。在本发明的实施例中，优选具体将保温箱内的温度有第二保温的温度升至第三保温的温度，进行第三阶段的固化。在本发明中，所述第三保温的温度优选为240℃～260℃，更优选为245℃～255℃，最优选为250℃；在本发明的实施例中，所述第三保温的温度可具体为245℃、248℃、250℃、253℃或255℃。在本发明中，所述第三保温的时间优选为1h～2h，更优选为1.25h～1.75h；在本发明的实施例中，所述第三保温的时间可具体为1h、1.25h、1.5h、1.75h或2h。

完成所述第三保温后，本发明优选将涂覆有涂料涂层的金属基体冷却，在所述金属基体表面形成金属基陶瓷涂层。本发明对所述冷却的速率没有特殊的限制，自然冷却即可。

本发明检测得到的金属基陶瓷涂层的耐腐蚀性和高温耐磨损性能，以普通碳钢金属为例，考察了金属基陶瓷涂层的上述性能。在本发明中，所述高温耐磨损性能的测试过程具体为：

高温摩擦磨损试验在MG-2000高温摩擦试验机(河北北伦平衡机有限公司)上进行；基体材料为金属基陶瓷涂层，配副材料为GCr15；载荷为20N，炉温为500℃。当试样加热到所需温度并且平衡5min～10min后，摩擦试验开始，持续时间为10min。在完成摩擦磨损试验后，试样迅速从炉子中拿出并空冷。

实验结果显示，本发明提供的金属基陶瓷涂层在高温下的耐磨损性能是普通碳钢的15倍以上。

在本发明中，所述耐腐蚀性能的测试过程具体为：

在15mm×15mm×30mm的金属基体表面涂覆本发明提供的耐腐蚀陶瓷涂料，固化后在金属基体表面形成金属基陶瓷涂层，得到待测试样，称量待测试样的质量，记为m0；

分别将待测试样浸于摩尔浓度为2mol/L的盐酸溶液、质量浓度为10％的NaOH溶液和质量浓度为10％的NaCl盐溶液中，测试涂层在酸、碱和盐条件下的耐蚀情况，酸液、碱液和盐溶液置于洁净、干燥的烧杯中，溶液超过涂层表面；

观察试样的腐蚀情况：记录涂层出现裂痕和脱落的时间，当出现部分涂层脱落时，立即将涂层取出；

记录浸泡时间，并计算出涂层的腐蚀面积，用纸巾吸干样品表面的溶液，并放在30℃的恒温炉内保温，待试样完全干燥后，再次称量被腐蚀后的试样重量，记为m1。

采用失重法分析涂层的耐腐蚀性，采用式I所示公式计算得到金属基陶瓷涂层的腐蚀速率：

v＝(m0-m1)S^-1t^-1式I

v表示试样的腐蚀速率，单位为g/(cm²h)；

m0为试样腐蚀试验前的质量，单位为g；

m1为试样腐蚀试验后的质量，单位为g；

S为试样被腐蚀的面积，单位为cm²；

t为腐蚀试验的时间，单位为h。

试验结果显示，本发明提供的金属基陶瓷涂层的耐酸、碱和盐腐蚀性能是普通钢的5倍以上。

本发明提供了一种耐腐蚀陶瓷涂料，包括以下质量含量的组分：27wt％～45wt％的黏结剂；40wt％～65wt％的陶瓷骨料，所述陶瓷骨料包括氧化铝、硅酸锆和氧化锆，所述氧化铝包括微米级氧化铝和纳米级氧化铝；1.5wt％～10wt％的固化剂，所述固化剂包括金属氧化物和铝含量不低于50wt％的水泥；0.1wt％～5wt％的消泡剂。本发明提供的耐腐蚀陶瓷涂料涂覆在金属基体表面，固化得到金属基陶瓷涂层，得到的金属基陶瓷涂层在高温条件下依然具有较高的耐磨损和耐腐蚀性能。实验结果表明，以普通碳钢为金属基体，得到的金属基陶瓷涂层在500℃的炉温下测试其耐高温摩擦磨损试验，其高温下的耐磨性能是普通钢的13倍以上，耐腐蚀性能是普通钢的5倍以上。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的耐腐蚀陶瓷涂料及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

将28.8wt％粒径为5μm的氧化铝加入到37wt％的磷酸二氢铝黏结剂中，搅拌均匀；然后向其中加入18wt％的硅酸锆和11wt％的氧化锆，最后向其中加入0.5wt％的磷酸三丁酯消泡剂、3wt％铝含量为55wt％的高铝水泥、0.5％wt氧化锌和1.2wt％粒径为20nm的氧化铝，并充分搅拌；

将搅拌后的物料在室温下陈化2h，得到金属耐腐蚀陶瓷涂料。

以尺寸为50mm×30mm×2mm、抛光处理过的Q235钢板坯作为基体，采用滚涂的方法，将得到金属耐腐蚀陶瓷涂料均匀涂在基体表面，涂层厚度控制在0.5mm～1mm；

以5℃/min的速率将恒温箱内的温度由室温升至80℃，将涂覆后的钢板坯放入80℃恒温箱内，保温1小时，再将恒温箱内温度以6℃/min的速率升高到250℃，保温1小时后，在钢板坯表面形成陶瓷涂层。

本发明采用扫描电子显微镜(SEM)观察金属基体与陶瓷涂层之间的界面结合情况，结果显示，本实施例得到的陶瓷涂层与金属基体结合良好，而且陶瓷涂层内部不存在裂纹，陶瓷涂层内热应力分散均匀，陶瓷涂层与金属基体的结合牢固

本发明采用EDX方法检测陶瓷涂层与金属基体之间的界面成分变化，结果显示，Fe元素曲线和Al元素曲线在界面处交叉，Al元素在Fe基体内出现了一个化学尖峰，此时涂层和基体相互渗透，涂层与基体之间出现了元素的过渡层，其结合力类型为化学结合，结合强度高，更为牢固。

本发明将形成的陶瓷涂层进行高温摩擦磨损试验，结果显示，在高温摩擦磨损试验条件下，本发明提供的涂料得到的陶瓷涂层的耐磨性是普通钢的8倍；

本发明将高温磨损试验后的陶瓷涂层进行SEM测试，结果显示，涂层与摩擦环的磨损主要是犁沟磨损；

能量色散X射线荧光光谱(EDX)分析表明，涂层表面的磨痕处，为氧化铁。可以看出，陶瓷涂层的磨损破坏，并非发生在涂层表面，而是涂层与基体的界面连接处。

本发明检测了本实施例得到的陶瓷涂层的耐酸、碱和盐的腐蚀性能，结果显示，该陶瓷涂层的耐蚀性是普通钢的3倍。

实施例2

将25.92wt％粒径为1μm的氧化铝加入到40wt％磷酸二氢铝黏结剂中，搅拌均匀；然后向其中加入15wt％的硅酸锆和14wt％的氧化锆，最后向其中加入1wt％消泡剂、2wt％铝含量为55wt％的高铝水泥、1wt％氧化锌和1.08wt％粒径为100nm的氧化铝，并充分搅拌；

以尺寸为50mm×30mm×2mm、抛光处理过的Q235钢板坯作为基体，采用滚涂的方法，将得到的金属耐腐蚀陶瓷涂料均匀涂在基体表面，涂层厚度控制在0.5mm～1mm；

以8℃/min的速率将恒温箱内的温度由室温升至80℃，将涂覆后的钢板坯放入80℃恒温箱内，保温1小时，再将恒温箱内温度以8℃/min的速率升高到250℃，保温1小时后，在钢板坯表面形成陶瓷涂层。

本发明采用SEM观察金属基体与陶瓷涂层之间的界面结合情况，结果如图1所示，图1为本发明实施例2得到的金属基陶瓷涂层中涂层-基体界面放大1000倍的SEM照片，由图1可以看出，陶瓷涂层与金属基体结合良好，而且陶瓷涂层内部不存在裂纹，陶瓷涂层内热应力分散均匀，陶瓷涂层与金属基体的结合牢固。

本发明采用EDX方法检测陶瓷涂层与金属基体之间的界面成分变化，结果如图2所示，图2为本发明实施例2得到的金属基陶瓷涂层中涂层与基体界面成分变化曲线，由图2可以看出，Fe元素曲线和Al元素曲线在界面处交叉，Al元素在Fe基体内出现了一个化学尖峰，此时涂层和基体相互渗透，涂层与基体之间出现了元素的过渡层，其结合力类型为化学结合，结合强度高，更为牢固。

本发明将形成的陶瓷涂层进行高温摩擦磨损试验，结果显示，在高温摩擦磨损试验条件下，本发明提供的涂料得到的陶瓷涂层的耐磨性是普通钢的13倍；

本发明将高温磨损试验后的陶瓷涂层进行SEM测试，结果如图3所示，图3为本发明实施例2中陶瓷涂层高温磨损试验后的形貌图，由图3可以看出，涂层与摩擦环的磨损主要是犁沟磨损；

EDX分析表明，涂层表面的磨痕处，为氧化铁。可以看出，陶瓷涂层的磨损破坏，并非发生在涂层表面，而是涂层与基体的界面连接处。

本发明将得到的陶瓷涂层进行耐酸、耐碱和耐盐测试，结果如图4所示，图4为本发明实施例2、4和比较例得到的金属基陶瓷涂层的耐腐蚀测试过程，其中(a)为本发明实施例2得到的金属基陶瓷涂层耐碱测试过程，本实施例得到的陶瓷涂层与基体结合牢固，32小时内不脱落，耐蚀性良好，是普通钢的5倍；而且涂层的耐盐性优于其耐酸性，耐碱性在耐酸、耐碱和耐盐性测试中最差。

实施例3

将28.8wt％粒径为3μm的氧化铝加入到27wt％磷酸二氢铝黏结剂中，搅拌均匀；然后向其中加入20wt％硅酸锆和15wt％的氧化锆，最后向其中加入1wt％消泡剂、5wt％铝含量为55％的高铝水泥、2wt％氧化锌和1.2wt％径为50nm的氧化铝，并充分搅拌；

将搅拌后的物料在室温下陈化3h，得到金属耐腐蚀陶瓷涂料。

以尺寸为50mm×30mm×2mm、抛光处理过的Q235钢板坯作为基体采用滚涂的方法，将得到的金属耐腐蚀陶瓷涂料均匀涂在基体表面，涂层厚度控制在0.5mm～1mm；

以7℃/min的升温速率将恒温箱内的温度由室温升至80℃，将涂覆后的钢板坯放入80℃恒温箱内，保温1.5小时，再将恒温箱内温度以8℃/min的升温速率升高到250℃，保温2小时后，在钢板坯表面形成陶瓷涂层。

本发明将形成的陶瓷涂层进行高温摩擦磨损试验，结果显示，在高温摩擦磨损试验条件下，本发明提供的涂料得到的陶瓷涂层的耐磨性是普通钢的7倍；

实施例4

将24wt％粒径为4μm的氧化铝加入到45wt％磷酸二氢铝黏结剂中，搅拌均匀；然后向其中加入13wt％的硅酸锆和10wt％的氧化锆，最后向其中加入0.5wt％消泡剂、5wt％铝含量为55wt％的高铝水泥、1.5wt％氧化锌和1wt％粒径为80nm的氧化铝，并充分搅拌；

将搅拌后的物料在室温下陈化1.5h，得到金属耐腐蚀陶瓷涂料。

以8℃/min的升温速率将恒温箱内的温度由室温升至80℃，将涂覆后的钢板坯放入80℃恒温箱内，保温1.5h，再将恒温箱内温度以10℃/min的速率升高到250℃，保温2h后，在钢板坯表面形成陶瓷涂层。

本发明将形成的陶瓷涂层进行高温摩擦磨损试验，结果显示，在高温摩擦磨损试验条件下，本发明提供的涂料得到的陶瓷涂层的耐磨性是普通钢的10倍；

本发明检测了本实施例得到的陶瓷涂层的耐酸、碱和盐的腐蚀性能，如图4所示，图4为本发明实施例2、4和比较例得到的金属基陶瓷涂层的耐腐蚀测试过程，其中(c)为本发明实施例4得到的金属基陶瓷涂层耐碱测试过程，结果显示，该陶瓷涂层的耐蚀性是普通钢的4倍；而且涂层的耐盐性优于其耐酸性，耐碱性在耐酸、耐碱和耐盐性测试中最差。

比较例

采用实施例1的技术方案制备得到金属耐腐蚀陶瓷涂料，不同的是，本比较例中不添加氧化锌。

按照实施例1的技术方案在钢板坯表面形成陶瓷涂层。

本发明检测了本实施例得到的陶瓷涂层的耐酸、碱和盐的腐蚀性能，结果如图4所示，图4为本发明实施例2、4和比较例得到的金属基陶瓷涂层的耐腐蚀测试过程，其中(b)为本发明比较例得到的金属基陶瓷涂层耐碱测试过程，由图4(b)可以看出，在同等条件下，本比较例得到的金属基陶瓷涂层易脱落，耐腐蚀性能要差于本发明实施例得到的金属基陶瓷涂层。

由以上实施例可知，本发明提供了一种耐腐蚀陶瓷涂料，包括以下质量含量的组分：27wt％～45wt％的黏结剂；40wt％～65wt％的陶瓷骨料，所述陶瓷骨料包括氧化铝、硅酸锆和氧化锆，所述氧化铝包括微米级氧化铝和纳米级氧化铝；1.5wt％～10wt％的固化剂，所述固化剂包括金属氧化物和铝含量不低于50wt％的水泥；0.1wt％～5wt％的消泡剂。本发明提供的耐腐蚀陶瓷涂料涂覆在金属基体表面，固化得到金属基陶瓷涂层，得到的金属基陶瓷涂层在高温条件下依然具有较高的耐磨损和耐腐蚀性能。实验结果表明，以普通碳钢为金属基体，得到的金属基陶瓷涂层在500℃的炉温下测试其耐高温摩擦磨损试验，其高温下的耐磨性能是普通钢的13倍以上，耐腐蚀性能是普通钢的5倍以上。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种耐腐蚀陶瓷涂料，包括以下质量含量的组分：

27wt％～45wt％的黏结剂；

0.1wt％～5wt％消泡剂。

2.根据权利要求1所述的耐腐蚀陶瓷涂料，其特征在于，所述微米级氧化铝和纳米级氧化铝的质量比为(20～30):1。

3.根据权利要求1所述的耐腐蚀陶瓷涂料，其特征在于，所述微米级氧化铝的粒径为1μm～5μm。

4.根据权利要求1所述的耐腐蚀陶瓷涂料，其特征在于，所述纳米级氧化铝的粒径为20nm～100nm。

5.根据权利要求1所述的耐腐蚀陶瓷涂料，其特征在于，以耐腐蚀陶瓷涂料的总质量为基准，所述陶瓷骨料包括以下质量含量的组分：

20wt％～30wt％的氧化铝；

10wt％～20wt％的硅酸锆；

10wt％～15wt％的氧化锆。

6.根据权利要求1所述的耐腐蚀陶瓷涂料，其特征在于，所述固化剂中的金属氧化物包括氧化锌、氧化镁和氧化铜中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的耐腐蚀陶瓷涂料，其特征在于，以耐腐蚀陶瓷涂料的总质量为基准，所述固化剂包括以下质量含量的组分：

1wt％～5wt％的水泥；

0.5wt％～1wt％的金属氧化物。

8.权利要求1～7任意一项所述耐腐蚀陶瓷涂料的制备方法，包括以下步骤：

将微米级氧化铝与粘结剂混合，得到第一混合物料；

将所述第三混合物料陈化，得到耐腐蚀陶瓷涂料。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述陈化的时间为2h～3h。

10.金属基陶瓷涂层，由权利要求1～7任意一项所述耐腐蚀陶瓷涂料或权利要求8～9任意一项所述制备方法得到的耐腐蚀陶瓷涂料涂覆在金属基体表面固化得到。

11.金属基陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：

将权利要求1～7任意一项所述耐腐蚀陶瓷涂料或权利要求8～9任意一项所述制备方法得到的耐腐蚀陶瓷涂料涂覆在金属基体表面，形成涂料涂层；

12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，由所述第一保温的温度升至第二保温的温度的升温速率为5℃/min～10℃/min；

13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述第一保温的时间为2h～3h；

所述第二保温的时间为1h～1.5h；

所述第三保温的时间为1h～2h。