CN104987032A - 抗沾污结渣及耐高温腐蚀陶瓷涂料及其制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗沾污结渣及耐高温腐蚀陶瓷涂料及其制备和使用方法，其中陶瓷涂料组分的质量百分比为：填料20-30％，粘结剂23-29％，助剂0.8-1.2％，其余为水。陶瓷涂料的配方组分及配比合理、填料颗粒度较小、不同填料成分之间的粒度匹配合理、填料与粘结剂体系的匹配相容性较好。喷涂制成陶瓷涂层可耐1320℃的高温，涂层较薄，具有抗沾污结渣、耐高温腐蚀功能，且长时间高温运行环境下不粉化、不脱落，高温下仍保持0.95以上的高发射率，接近金属的热膨胀系数，可强化换热；涂层集化学惰性和钝化保护于一身，致密的陶瓷涂层薄膜隔绝了高温腐蚀环境对金属的侵蚀，同时由于涂层具有自清洁作用，涂层施用简便。

Description

抗沾污结渣及耐高温腐蚀陶瓷涂料及其制备和使用方法

技术领域

本发明涉及一种陶瓷涂料及其制备和使用方法，尤其是抗沾污结渣及耐高温腐蚀陶瓷涂料及其制备和使用方法，属于陶瓷涂料及制备和使用领域。

背景技术

长久以来，以煤、油、气和生物质为燃料的电力行业锅炉、石油石化行业加热炉以及中小工业锅炉的碳钢及合金钢金属炉管，在炉内高温运行环境中，一直受到燃烧副产物碱金属氧化物和腐蚀性气体在炉管表面形成的沾污结渣和高温腐蚀的困扰，特别是近年来随着低氮燃烧技术的普遍采用，还使得炉膛内部分区域还原性气氛增强，造成燃烧副产物的灰熔点降低、受热面沾污结渣情况加剧、以及高温腐蚀(包括碱金属氧化物腐蚀、还原性气体腐蚀等)增强，导致炉管爆管、炉管传热性能下降、锅炉和加热炉负荷能力降低、燃料消耗增加、燃料适应性变差、污染物特别是氮氧化物生成和排放增加等一些列安全经济性问题，给企业带来重大损失。

针对炉内高温受热面的沾污结渣和高温腐蚀问题，传统的解决办法是通过加大炉膛体积、增加受热面面积、增设和频繁投运吹灰器、使用化学清焦剂、以及改变燃料性质等手段，增加了设备投资和运行成本，没能从根本上解决炉管的沾污结渣和高温腐蚀问题。

陶瓷涂料是一种新型功能涂料，起源于美国航天器热保护技术，上世纪九十年代初美国日本等工业发达国家逐步将其转化向工业领域应用，使用方法是在金属或非金属基材表面喷涂这种陶瓷浆料，干膜厚度通常为150-200微米，经过常温干燥固化后，随炉升温变性成为覆盖在基材表面的陶瓷涂层，利用陶瓷材料的高发射率(黑度)、抗沾污结渣、耐高温腐蚀、耐磨损等综合特性，旨在解决炉内高温环境下的金属或非金属基材沾污结渣和高温腐蚀等问题。

现有的陶瓷涂料一定程度上改善了锅炉及加热炉的高温炉管的沾污结渣状况，但是长时间(一般不超过3年)炉内高温环境下金属炉管表面的陶瓷涂层存在粉化、开裂、脱落失效以及耐还原性腐蚀能力弱等问题，其原因主要是由于陶瓷涂料的配方组分及配比不合理、填料颗粒度较大、不同填料成分之间的粒度匹配不合理、填料与粘结剂体系的匹配相容性差、涂层厚度较厚、以及陶瓷涂层热膨胀系数与金属炉管的热膨胀系数不匹配等综合问题所导致。

发明内容

为了解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种抗沾污结渣及耐高温腐蚀陶瓷涂料，包括填料、粘结剂、助剂以及水，其组分的质量百分比为：填料20-30％，粘结剂23-29％，助剂0.8-1.2％，其余为水。其中，填料包括：氧化锆5-7％，氮化硼3-5％，氮化硅0.6-1％，氮化钛0.2-0.5％，氧化镁0.3-0.5％，氧化铬1-1.5％，氧化铜0.5-1％，高岭土5-7％，石墨1-1.5％，云母2-2.5％，纳米膨润土0.5-0.7％，其余的是稀土：氧化钪0.1-0.2％，氧化铈0.1-0.2％，氧化钕0.1-0.2％，氧化镧0.1-0.2％，氧化钇0.1-0.2％，氧化钷0.1-0.2％，氧化镨0.1-0.2％，氧化铌0.1-0.2％，氧化钐0.1-0.2％；粘结剂包括：硅溶胶15-19％，丙烯酸树脂乳液5-7％，磷酸铝3-5％；助剂包括：分散剂0.3-0.4％，润湿剂0.2-0.3％，消泡剂0.1-0.2％，氨水0.2-0.3％。

进一步的，填料粒度分布：氧化锆粒度分布D50＝200纳米，氮化硼粒度分布D50＝200纳米，氮化硅粒度分布D50＝200纳米，氮化钛粒度分布D50＝200纳米，氧化镁粒度分布D50＝200纳米，氧化铬粒度分布D50＝200纳米，氧化铜粒度分布D50＝200纳米，高岭土粒度分布D50＝200纳米，石墨粒度分布D50＝80纳米，云母粒度分布D50＝700纳米，纳米膨润土粒度分布D50＝200纳米，其余的是稀土：氧化钪粒度分布D50＝200纳米，氧化铈粒度分布D50＝200纳米，氧化钕粒度分布D50＝200纳米，氧化镧粒度分布D50＝200纳米，氧化钇粒度分布D50＝200纳米，氧化钷粒度分布D50＝200纳米，氧化镨粒度分布D50＝200纳米，氧化铌粒度分布D50＝200纳米，氧化钐粒度分布D50＝200纳米。

进一步的，优选地，氧化锆7％，氮化硼5％，氮化硅1％，氮化钛0.5％，氧化镁0.5％，氧化铬1.5％，氧化铜1％，高岭土7％，石墨1.5％，云母2.5％，纳米膨润土0.7％，氧化钪0.2％，氧化铈0.2％，氧化钕0.2％，氧化镧0.2％，氧化钇0.2％，氧化钷0.2％，氧化镨0.2％，氧化铌0.2％，氧化钐0.2％；硅溶胶19％，丙烯酸树脂乳液7％，磷酸铝5％；分散剂0.4％，润湿剂0.3％，消泡剂0.2％，氨水0.3％；水38.1％。

进一步的，水为去离子水，膨润土为钠基膨润土。

一种上述抗沾污结渣及耐高温腐蚀陶瓷涂料的制备方法，将粘结剂与水混合用搅拌器以一定的搅拌速度进行搅拌，制成无机与有机成分混合的粘结剂液体，再依次放入填料和助剂，保持混合搅拌一定时间使其搅拌均匀后，过滤、封装即得到陶瓷涂料。

进一步的，搅拌器桨叶的转速为150-250转/分钟。

进一步的，优选地，搅拌器桨叶的转速为200转/分钟。

进一步的，放入助剂和填料，保持混合搅拌250-300分钟。

一种上述抗沾污结渣及耐高温腐蚀陶瓷涂料的使用方法，用喷砂方法将目标件表面除锈清洁，然后用压缩空气有气喷涂方式在处理过的目标件表面喷涂陶瓷涂料，干膜厚度为30-50微米，经自然干燥12小时后，按8摄氏度/分钟的速度升温加热至550摄氏度，之后保持恒温8小时及以上，陶瓷涂料就可以充分变性成陶，形成致密的陶瓷涂层，并与目标件通过化学键的方式紧密结合。

进一步的，喷涂前，用喷砂方法将12Cr1MoV的合金钢目标件表面除锈清洁至露出金属白，达到国标Sa3.0级。

本发明一种抗沾污结渣及耐高温腐蚀陶瓷涂料，陶瓷涂料的配方组分及配比合理、填料颗粒度较小、不同填料成分之间的粒度匹配合理、填料与粘结剂体系的匹配相容性较好。喷涂制成陶瓷涂层可耐1320℃的高温，涂层较薄，干膜厚度30-50微米，适用于燃煤、燃油气及生物质等多种燃料的锅炉和加热炉的高温段炉管，具有抗沾污结渣、耐高温腐蚀(包括氧化性和还原性腐蚀)功能，且长时间(可达到5年及以上)炉内运行高温环境下不粉化、不脱落，高温下仍保持0.95以上的高发射率，相对大多数陶瓷材料具有较高的热导率(15W/m/K)，接近金属的热膨胀系数，可强化换热；涂层集化学惰性和钝化保护于一身，致密的陶瓷涂层薄膜隔绝了炉内高温腐蚀环境对炉管金属的侵蚀，形成了有效的保护屏障，同时由于涂层具有自清洁作用，可提高炉管的传热能力，使炉管表面温度更加均匀，使用寿命更长，涂层施用简便，实际应用效果明显，全面提高锅炉和加热炉运行的安全与经济性，由于陶瓷涂层强化了换热，因此还可有效减少污染物气体尤其是热力型氮氧化物(NOx)排放。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例一

一种抗沾污结渣及耐高温腐蚀陶瓷涂料，包括填料、粘结剂、助剂以及水，其组分的质量百分比为：填料20-30％，粘结剂23-29％，助剂0.8-1.2％，其余为水。其中，填料包括：氧化锆5-7％，氮化硼3-5％，氮化硅0.6-1％，氮化钛0.2-0.5％，氧化镁0.3-0.5％，氧化铬1-1.5％，氧化铜0.5-1％，高岭土5-7％，石墨1-1.5％，云母2-2.5％，纳米膨润土0.5-0.7％，其余的是稀土：氧化钪0.1-0.2％，氧化铈0.1-0.2％，氧化钕0.1-0.2％，氧化镧0.1-0.2％，氧化钇0.1-0.2％，氧化钷0.1-0.2％，氧化镨0.1-0.2％，氧化铌0.1-0.2％，氧化钐0.1-0.2％；粘结剂包括：硅溶胶15-19％，丙烯酸树脂乳液5-7％，磷酸铝3-5％；助剂包括：分散剂0.3-0.4％，润湿剂0.2-0.3％，消泡剂0.1-0.2％，氨水0.2-0.3％。

填料粒度分布：氧化锆粒度分布D50＝200纳米，氮化硼粒度分布D50＝200纳米，氮化硅粒度分布D50＝200纳米，氮化钛粒度分布D50＝200纳米，氧化镁粒度分布D50＝200纳米，氧化铬粒度分布D50＝200纳米，氧化铜粒度分布D50＝200纳米，高岭土粒度分布D50＝200纳米，石墨粒度分布D50＝80纳米，云母粒度分布D50＝700纳米，纳米膨润土粒度分布D50＝200纳米，其余的是稀土：氧化钪粒度分布D50＝200纳米，氧化铈粒度分布D50＝200纳米，氧化钕粒度分布D50＝200纳米，氧化镧粒度分布D50＝200纳米，氧化钇粒度分布D50＝200纳米，氧化钷粒度分布D50＝200纳米，氧化镨粒度分布D50＝200纳米，氧化铌粒度分布D50＝200纳米，氧化钐粒度分布D50＝200纳米。

在本实施例中，各组分的质量百分比为：氧化锆7％，氮化硼5％，氮化硅1％，氮化钛0.5％，氧化镁0.5％，氧化铬1.5％，氧化铜1％，高岭土7％，石墨1.5％，云母2.5％，纳米膨润土0.7％，氧化钪0.2％，氧化铈0.2％，氧化钕0.2％，氧化镧0.2％，氧化钇0.2％，氧化钷0.2％，氧化镨0.2％，氧化铌0.2％，氧化钐0.2％；硅溶胶19％，丙烯酸树脂乳液7％，磷酸铝溶液5％；分散剂0.4％，润湿剂0.3％，消泡剂0.2％，氨水0.3％；水38.1％。

其中，水为去离子水，纳米膨润土为纳米钠基膨润土。

将此陶瓷涂料实际应用于某大型发电厂670t/h的高压煤粉锅炉的水冷壁和过热器炉管表面，喷涂面积约占总面积的35％，6个月后陶瓷涂料检测性能依然保持稳定，涂层完好、炉管清洁，炉膛吹灰器投运频次减少了约90％，锅炉运行的安全与经济性得到明显改善，发电标煤耗降低了约3.5克标准煤/千瓦时，同时燃料适应性也明显提高。

本发明一种抗沾污结渣及耐高温腐蚀陶瓷涂料，陶瓷涂料的配方组分及配比合理、填料颗粒度较小、不同填料成分之间的粒度匹配合理、填料与粘结剂体系的匹配相容性较好。喷涂制成陶瓷涂层可耐1320℃的高温，涂层较薄，干膜厚度30-50微米，适用于燃煤、燃油气及生物质等多种燃料的锅炉和加热炉的高温段炉管，具有抗沾污结渣、耐高温腐蚀(包括氧化性和还原性腐蚀)功能，且长时间(可达到5年及以上)炉内运行高温环境下不粉化、不脱落，高温下仍保持0.95以上的高发射率，相对大多数陶瓷材料具有较高的热导率(15W/m/K)，接近金属的热膨胀系数，可强化换热；涂层集化学惰性和钝化保护于一身，致密的陶瓷涂层薄膜隔绝了炉内高温腐蚀环境对炉管金属的侵蚀，形成了有效的保护屏障，同时由于涂层具有自清洁作用，可提高炉管的传热能力，使炉管表面温度更加均匀，使用寿命更长，涂层施用简便，实际应用效果明显，全面提高锅炉和加热炉运行的安全与经济性，由于陶瓷涂层强化了换热，因此还可有效减少污染物气体尤其是热力型氮氧化物(NOx)排放。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于：各组分的百分比不同。

在本实施例中，各组分的质量百分比为：氧化锆5％，氮化硼3％，氮化硅0.6％，氮化钛0.2％，氧化镁0.3％，氧化铬1％，氧化铜0.5％，高岭土5％，石墨1％，云母2％，纳米膨润土0.5％，氧化钪0.1％，氧化铈0.1％，氧化钕0.1％，氧化镧0.1％，氧化钇0.1％，氧化钷0.1％，氧化镨0.1％，氧化铌0.1％，氧化钐0.1％；硅溶胶15％，丙烯酸树脂乳液5％，磷酸铝溶液3％；分散剂0.3％，润湿剂0.2％，消泡剂0.1％，氨水0.2％；水56.4％。

实施例三

本实施例与实施例一的区别在于：各组分的百分比不同。

在本实施例中，各组分的质量百分比为：氧化锆6％，氮化硼4％，氮化硅0.8％，氮化钛0.35％，氧化镁0.4％，氧化铬1.25％，氧化铜0.75％，高岭土6％，石墨1.25％，云母2.25％，纳米膨润土0.6％，氧化钪0.15％，氧化铈0.15％，氧化钕0.15％，氧化镧0.15％，氧化钇0.15％，氧化钷0.15％，氧化镨0.15％，氧化铌0.15％，氧化钐0.15％；硅溶胶17％，丙烯酸树脂乳液6％，磷酸铝溶液4％；分散剂0.35％，润湿剂0.25％，消泡剂0.15％，氨水0.25％；水47.25％。

实施例四

本实施例为实施例一、二或三中的抗沾污结渣及耐高温腐蚀陶瓷涂料的制备方法，将粘结剂与水混合用搅拌器以一定的搅拌速度进行搅拌，制成无机与有机成分混合的粘结剂液体，再依次放入填料和助剂，保持混合搅拌一定时间使其搅拌均匀后，过滤、封装即得到陶瓷涂料。

搅拌器桨叶的转速为150-250转/分钟。在本实施例中，搅拌器桨叶的转速为200转/分钟。放入助剂和填料，保持混合搅拌250-300分钟，在本实施例中，搅拌时间选择为270分钟。

实施例五

本实施例为实施例一、二或三中的抗沾污结渣及耐高温腐蚀陶瓷涂料的使用方法，用喷砂方法将目标件表面除锈清洁，然后用压缩空气有气喷涂方式在处理过的目标件表面喷涂制备好的陶瓷涂料，干膜厚度为30-50微米，经自然干燥12小时后，按8摄氏度/分钟的速度升温加热至550摄氏度，之后保持恒温8小时及以上，陶瓷涂料就可以充分变性成陶，形成致密的陶瓷涂层，并与目标件通过化学键的方式紧密结合。

进一步的，喷涂前，用喷砂方法将12Cr1MoV的合金钢目标件表面除锈清洁至露出金属白，达到国标Sa3.0级。

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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种抗沾污结渣及耐高温腐蚀陶瓷涂料，其特征在于：包括填料、粘结剂、助剂以及水，其组分的质量百分比为：填料20-30％，粘结剂23-29％，助剂0.8-1.2％，其余为水，

其中，填料包括：氧化锆5-7％，氮化硼3-5％，氮化硅0.6-1％，氮化钛0.2-0.5％，氧化镁0.3-0.5％，氧化铬1-1.5％，氧化铜0.5-1％，高岭土5-7％，石墨1-1.5％，云母2-2.5％，纳米膨润土0.5-0.7％，其余的是稀土：氧化钪0.1-0.2％，氧化铈0.1-0.2％，氧化钕0.1-0.2％，氧化镧0.1-0.2％，氧化钇0.1-0.2％，氧化钷0.1-0.2％，氧化镨0.1-0.2％，氧化铌0.1-0.2％，氧化钐0.1-0.2％；

粘结剂包括：硅溶胶15-19％，丙烯酸树脂乳液5-7％，磷酸铝3-5％；

助剂包括：分散剂0.3-0.4％，润湿剂0.2-0.3％，消泡剂0.1-0.2％，氨水0.2-0.3％。

2.根据权利要求1所述的一种抗沾污结渣及耐高温腐蚀陶瓷涂料，其特征在于：填料粒度分布：氧化锆粒度分布D50＝200纳米，氮化硼粒度分布D50＝200纳米，氮化硅粒度分布D50＝200纳米，氮化钛粒度分布D50＝200纳米，氧化镁粒度分布D50＝200纳米，氧化铬粒度分布D50＝200纳米，氧化铜粒度分布D50＝200纳米，高岭土粒度分布D50＝200纳米，石墨粒度分布D50＝80纳米，云母粒度分布D50＝700纳米，纳米膨润土粒度分布D50＝200纳米，其余的是稀土：氧化钪粒度分布D50＝200纳米，氧化铈粒度分布D50＝200纳米，氧化钕粒度分布D50＝200纳米，氧化镧粒度分布D50＝200纳米，氧化钇粒度分布D50＝200纳米，氧化钷粒度分布D50＝200纳米，氧化镨粒度分布D50＝200纳米，氧化铌粒度分布D50＝200纳米，氧化钐粒度分布D50＝200纳米。

3.根据权利要求1或2所述的一种抗沾污结渣及耐高温腐蚀陶瓷涂料，其特征在于：优选地，氧化锆7％，氮化硼5％，氮化硅1％，氮化钛0.5％，氧化镁0.5％，氧化铬1.5％，氧化铜1％，高岭土7％，石墨1.5％，云母2.5％，纳米膨润土0.7％，氧化钪0.2％，氧化铈0.2％，氧化钕0.2％，氧化镧0.2％，氧化钇0.2％，氧化钷0.2％，氧化镨0.2％，氧化铌0.2％，氧化钐0.2％；硅溶胶19％，丙烯酸树脂乳液7％，磷酸铝5％；分散剂0.4％，润湿剂0.3％，消泡剂0.2％，氨水0.3％；水38.1％。

4.根据权利要求3所述的一种抗沾污结渣及耐高温腐蚀陶瓷涂料，其特征在于：水为去离子水，膨润土为钠基膨润土。

5.一种权利要求1-4任一项所述的抗沾污结渣及耐高温腐蚀陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：将粘结剂与水混合用搅拌器以一定的搅拌速度进行搅拌，制成无机与有机成分混合的粘结剂液体，再依次放入填料和助剂，保持混合搅拌一定时间使其搅拌均匀后，过滤、封装即得到陶瓷涂料。

6.根据权利要求5所述的抗沾污结渣及耐高温腐蚀陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：搅拌器桨叶的转速为150-250转/分钟。

7.根据权利要求5所述的抗沾污结渣及耐高温腐蚀陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：优选地，搅拌器桨叶的转速为200转/分钟。

8.根据权利要求5所述的抗沾污结渣及耐高温腐蚀陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：放入助剂和填料，保持混合搅拌250-300分钟。

9.权利要求1-4任一项所述抗沾污结渣及耐高温腐蚀陶瓷涂料的使用方法，其特征在于；用喷砂方法将目标件表面除锈清洁，然后用压缩空气有气喷涂方式在处理过的目标件表面喷涂陶瓷涂料，干膜厚度为30-50微米，经自然干燥12小时后，按8摄氏度/分钟的速度升温加热至550摄氏度，之后保持恒温8小时及以上，陶瓷涂料充分变性成陶，形成致密的陶瓷涂层，并与目标件通过化学键的方式紧密结合。

10.根据权利要求9所述的一种抗沾污结渣及耐高温腐蚀陶瓷涂料的使用方法，其特征在于：喷涂前，用喷砂方法将12CrlMoV的合金钢目标件表面除锈清洁至露出金属白，达到国标Sa3.0级。