CN105272198A - 一种高温抗腐蚀涂层材料及其使用方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温抗腐蚀涂层材料及其使用方法和应用，该高温抗腐蚀涂层材料由抗腐蚀性粉体与胶体按照1:1～1:2的重量比混合而成；其中，抗腐蚀性粉体由镁铝尖晶石粉体和白刚玉粉体混合而成，镁铝尖晶石粉体的总重量占抗腐蚀性粉体总重量的70％～98％，白刚玉粉体的总重量占抗腐蚀性粉体总重量的2％～30％；所述的胶体为改性氧化铝溶胶或改性氧化锆溶胶。本发明所提供涂层材料不仅具有结构致密、表面强度高、耐高温及抗腐蚀性能好等优点，而且与基体结合能力强、抗热震性能好、不易脱落，适合涂覆于工业窑炉的炉衬表面作为炉膛受热面的耐火材料。

Description

一种高温抗腐蚀涂层材料及其使用方法和应用

技术领域

本发明涉及高温抗腐蚀涂层材料领域，尤其涉及一种工业窑炉炉衬用高温抗腐蚀涂层材料及其使用方法和应用。

背景技术

陶瓷纤维(例如：氧化铝、硅酸铝等)是一类具有容重轻、热稳定性好、热导率低、热容量小、抗机械振动好、易切割加工等特点的轻质耐火材料。近年来，随着陶瓷纤维板质量的不断提高，越来越多的工业窑炉采用陶瓷纤维板替代传统的耐火砖，作为炉膛受热面的耐火材料。但本申请的发明人发现采用现有陶瓷纤维板作为炉膛受热面的耐火材料至少存在以下缺点：第一，现有陶瓷纤维板的表面强度差、易产生掉渣；第二，现有陶瓷纤维板的抗酸碱腐蚀和抗渣侵蚀能力差，极容易受酸性或碱性物质所腐蚀出现粉化脱落现象，因此这极大地限制了现有陶瓷纤维板在工业窑炉中的应用范围。

发明内容

针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种高温抗腐蚀涂层材料及其使用方法和应用；该涂层材料不仅具有结构致密、表面强度高、耐高温及抗腐蚀性能好等优点，而且与基体结合能力强、抗热震性能好、不易脱落，适合涂覆于工业窑炉的炉衬表面作为炉膛受热面的耐火材料。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高温抗腐蚀涂层材料，由抗腐蚀性粉体与胶体按照1:1～1:2的重量比混合而成；

其中，所述的抗腐蚀性粉体由镁铝尖晶石粉体和白刚玉粉体混合而成，镁铝尖晶石粉体的总重量占抗腐蚀性粉体总重量的70％～98％，白刚玉粉体的总重量占抗腐蚀性粉体总重量的2％～30％；所述的胶体为改性氧化铝溶胶或改性氧化锆溶胶。

优选地，所述改性氧化铝溶胶中，氧化铝的总重量占该改性氧化铝溶胶总重量的6％～15％。

优选地，所述的改性氧化铝溶胶由透明氧化铝溶胶、水合氧化铝纳米粉体、氧化铝纳米粉体和去离子水混合而成；其中，水合氧化铝纳米粉体的用量占所述改性氧化铝溶胶总重量的2％～5％；氧化铝纳米粉体的用量占所述改性氧化铝溶胶总重量的0％～3％，并且该氧化铝纳米粉体的平均粒径为20～35纳米。

优选地，所述改性氧化锆溶胶中，氧化镁纳米粉体的总重量占该改性氧化锆溶胶总重量的1％～5％，氧化锆的总重量占该改性氧化锆溶胶总重量的4％～10％。

优选地，所述的改性氧化锆溶胶由氧化锆含量为5％～12％的氧化锆溶胶与平均粒径为15～30纳米的轻质氧化镁纳米粉体混合而成。

优选地，所述的抗腐蚀性粉体的粒度均小于50微米，平均粒径小于10微米，粒径小于2微米的抗腐蚀性粉体至少占全部抗腐蚀性粉体总重量的20％。

一种高温抗腐蚀涂层材料的使用方法，将上述技术方案中所述的高温抗腐蚀涂层材料涂覆在工业窑炉炉膛内衬的陶瓷纤维板上，形成耐高温抗腐蚀涂层。

优选地，所述耐高温抗腐蚀涂层的涂层厚度为0.1～0.6mm。

优选地，涂覆后通风晾置6～36小时，然后以每分钟3～6℃的升温速率升温至1000℃以上，再保温2小时以上，从而在工业窑炉炉膛内衬的陶瓷纤维板上形成耐高温抗腐蚀涂层。

一种工业窑炉，采用了上述技术方案中所述的高温抗腐蚀涂层材料的使用方法在该工业窑炉炉膛内衬的陶瓷纤维板上形成了耐高温抗腐蚀涂层。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例所提供的高温抗腐蚀涂层材料按特定的重量比将镁铝尖晶石与白刚玉粉体相混合，从而使最终制得的涂层不仅具有镁铝尖晶石的高强度、高温耐火、耐化学侵蚀、抗渣侵蚀等优异性能，而且可以使最终制得的涂层结构更加致密、热膨胀系数与基体匹配更好；同时，本发明所提供的高温抗腐蚀涂层材料采用了改性氧化铝溶胶或改性氧化锆溶胶作为粘结性胶体，从而使最终制得的涂层不仅与基体结合能力更强、抗热震性能更好、更加不易脱落，而且进一步提升了最终制得涂层的结构致密性和抗腐蚀性能。由此可见，本发明所提供的高温抗腐蚀涂层材料不仅具有结构致密、表面强度高、耐高温及抗腐蚀性能好等优点，而且与基体结合能力强、抗热震性能好、不易脱落，适合涂覆于工业窑炉的炉衬表面作为炉膛受热面的耐火材料。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面对本发明所提供的高温抗腐蚀涂层材料及其使用方法和应用进行详细描述。

(一)一种高温抗腐蚀涂层材料

一种高温抗腐蚀涂层材料，由抗腐蚀性粉体与胶体按照1:1～1:2的重量比混合而成。

其中，所述的抗腐蚀性粉体由镁铝尖晶石粉体和白刚玉粉体混合而成，镁铝尖晶石粉体的总重量占抗腐蚀性粉体总重量的70％～98％，白刚玉粉体的总重量占抗腐蚀性粉体总重量的2％～30％。所述的胶体为改性氧化铝溶胶或改性氧化锆溶胶。

其中，所述改性氧化铝溶胶中，氧化铝的总重量占该改性氧化铝溶胶总重量的6％～15％；所述改性氧化锆溶胶中，氧化镁纳米粉体的总重量占该改性氧化锆溶胶总重量的1％～5％，氧化锆的总重量占该改性氧化锆溶胶总重量的4％～10％。

具体地，该高温抗腐蚀涂层材料可以包括以下实施方案：

(1)所述的抗腐蚀性粉体的粒度均小于50微米，平均粒径小于10微米，粒径小于2微米的抗腐蚀性粉体至少占全部抗腐蚀性粉体总重量的20％。采用这一粒度分布的抗腐蚀性粉体可以使最终制成的涂层具有较高的致密性，与基体具有良好的结合力，并且可以使最终制成的涂层具有更好的强度和抗腐蚀性能。

(2)所述的改性氧化铝溶胶由透明氧化铝溶胶、水合氧化铝纳米粉体、氧化铝纳米粉体和去离子水混合而成。其中，水合氧化铝纳米粉体的用量占所述改性氧化铝溶胶总重量的2％～5％；氧化铝纳米粉体的用量占所述改性氧化铝溶胶总重量的0％～3％，并且该氧化铝纳米粉体的平均粒径为20～35纳米。上述抗腐蚀性粉体在该改性氧化铝溶胶中的分散性较好，而且通过添加水合氧化铝纳米粉体和氧化铝纳米粉体可以提高最终制得涂层的烧结性能，有利于获得致密涂层。此外，采用上述抗腐蚀性粉体与该改性氧化铝溶胶所制得的涂层具有一定的韧性以及良好的抗热震性能，可以适用于多种基体材料使用，例如：可以适用于各种不同成分和耐火度的硅酸铝陶瓷纤维板或氧化铝陶瓷纤维板，还可以用于各类硅铝基的耐火砖。

(3)所述的改性氧化锆溶胶由氧化锆含量为5％～12％的氧化锆溶胶与平均粒径为15～30纳米的轻质氧化镁纳米粉体混合而成。氧化锆本身具有强的抗腐蚀性能，但氧化锆的热膨胀特性与陶瓷纤维板难以匹配，尤其是在高温1100℃附近，氧化锆会发生相变而产生大的体积变化，因此单纯的氧化锆溶胶难以获得高质量的涂层。本发明中通过向氧化锆溶胶中添加特定比例、特定粒度范围的氧化镁纳米粉体可以有效调节涂层的热膨胀系数，并且可以抑制氧化锆由于高温相变引起的体积变化对涂层所产生的影响，从而采用该改性氧化锆溶胶可以获得具有更好抗腐蚀性能的耐高温涂层材料。

进一步地，该高温抗腐蚀涂层材料的制备方法可以包括如下步骤：

A、制备抗腐蚀性粉体的步骤：按照上述技术方案中的重量比分别称取镁铝尖晶石粉体和白刚玉粉体，并放入球磨罐中进行球磨，直至得到所需粒度分布的抗腐蚀性粉体。

B、制备胶体的步骤：

①制备改性氧化铝溶胶的步骤：将占改性氧化铝溶胶总重量的2％～5％的水合氧化铝纳米粉体与适量的去离子水充分搅拌，然后加入占改性氧化铝溶胶总重量的0％～3％、平均粒径为20～35纳米的氧化铝纳米粉体充分搅拌，再加入氧化铝含量为8％～20％(按重量百分比计)的透明氧化铝溶胶，充分搅拌混合均匀，最终配置成氧化铝含量为6％～15％(按重量百分比计)的改性氧化铝溶胶，用作该高温抗腐蚀涂层材料的胶体。

②制备改性氧化锆溶胶的步骤：将平均粒径为15～30纳米的轻质氧化镁纳米粉体加入到氧化锆含量为5％～12％(按重量百分比计)的氧化锆溶胶中，轻质氧化镁纳米粉体的用量占改性后氧化锆溶胶总重量的1％～5％，充分搅拌均匀后，可以加入适量的去离子水，最终得到氧化锆的总重量占改性氧化锆溶胶总重量4％～10％的改性氧化锆溶胶，用作该高温抗腐蚀涂层材料的胶体。

C、原料混合的步骤：将上述抗腐蚀性粉体与上述改性氧化铝溶胶或改性氧化锆溶胶按照1:1～1:2的重量比相混合，搅拌均匀后，即制得本发明提供的高温抗腐蚀涂层材料。

需要说明的是，该高温抗腐蚀涂层材料的耐高温和抗腐蚀原理如下：镁铝尖晶石是一种性能优异的高温耐火材料，具有良好的耐化学侵蚀性能和抗渣侵蚀性能，抗热震稳定性好，同时具有热导率低、强度高和耐磨性能好等优点，能在氧化气氛和还原气氛中保持较好的稳定性。本发明所提供的高温抗腐蚀涂层材料是按特定的重量比将镁铝尖晶石与白刚玉粉体相混合，从而使最终制得的涂层不仅具有镁铝尖晶石的高强度、高温耐火、耐化学侵蚀、抗渣侵蚀等优异性能，而且可以使最终制得的涂层结构更加致密、热膨胀系数与基体匹配更好；同时，本发明所提供的高温抗腐蚀涂层材料采用了改性氧化铝溶胶或改性氧化锆溶胶作为粘结性胶体，从而使最终制得的涂层不仅与基体结合能力更强、抗热震性能更好、更加不易脱落，而且进一步提升了最终制得涂层的结构致密性和抗腐蚀性能。

由此可见，本发明所提供的高温抗腐蚀涂层材料不仅具有结构致密、表面强度高、耐高温及抗腐蚀性能好等优点，而且与基体结合能力强、抗热震性能好、不易脱落，适合涂覆于工业窑炉的炉衬表面作为炉膛受热面的耐火材料。

(二)上述高温抗腐蚀涂层材料的使用方法和应用

一种高温抗腐蚀涂层材料的使用方法，包括：将上述技术方案中所述的高温抗腐蚀涂层材料涂刷或喷涂在工业窑炉炉膛内衬的陶瓷纤维板上，涂层厚度为0.1～0.6mm，通风晾置6～36小时后，以每分钟3～6℃的升温速率升温至1000℃以上，保温2小时以上，从而在工业窑炉炉膛内衬的陶瓷纤维板上形成耐高温抗腐蚀涂层。

具体地，所述陶瓷纤维板为氧化铝或硅酸铝等硅铝基陶瓷纤维板。上述技术方案中所述的高温抗腐蚀涂层材料在涂刷或喷涂在工业窑炉炉膛内衬的陶瓷纤维板上后，陶瓷纤维板的表面会在高温下形成致密的抗腐蚀耐高温涂层，这不仅保留了陶瓷纤维板原有的优良力学和热学性能，而且提高了陶瓷纤维板抗化学侵蚀和抗渣侵蚀能力，同时还起到了表面增强和防掉渣等作用，可在氧化气氛或还原气氛中使用，因此提高了现有技术中陶瓷纤维板等耐火材料的使用寿命，扩大了其应用范围。

除此之外，本发明还提供了上述高温抗腐蚀涂层材料在工业窑炉上的应用，这种工业窑炉采用了上述技术方案中所述的高温抗腐蚀涂层材料的使用方法在该工业窑炉炉膛内衬的陶瓷纤维板上形成了耐高温抗腐蚀涂层。

综上可见，本发明实施例所提供涂层材料不仅具有结构致密、表面强度高、耐高温及抗腐蚀性能好等优点，而且与基体结合能力强、抗热震性能好、不易脱落，适合涂覆于工业窑炉的炉衬表面作为炉膛受热面的耐火材料。

为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以几个具体实施例对本发明所提供的高温抗腐蚀涂层材料及其使用方法和应用进行详细描述。

实施例1

一种高温抗腐蚀涂层材料的制备方法，包括如下步骤：

a1、制备抗腐蚀性粉体的步骤：称取9kg粒度为325目的镁铝尖晶石粉体，以及1kg平均粒径为5微米的白刚玉粉体，将其放入氧化铝球磨罐中，球磨约8小时后，即得到抗腐蚀性粉体材料。该抗腐蚀性粉体的粒度均小于50微米，平均粒径小于10微米，粒径小于2微米的抗腐蚀性粉体至少占全部抗腐蚀性粉体总重量的20％。

b1、制备改性氧化铝溶胶的步骤：将1kg的水合氧化铝纳米粉体与9kg去离子水充分搅拌混合，再加入10kg氧化铝含量为10％(按重量百分比计)的透明氧化铝溶胶，充分搅拌均匀后，即得到改性氧化铝溶胶。

c1、原料混合的步骤：将2kg抗腐蚀性粉体与3.5kg改性氧化铝溶胶相混合，搅拌均匀后，即制得本发明实施例所提供的高温抗腐蚀涂层材料。

进一步地，将本发明实施例1所提供的高温抗腐蚀涂层材料涂刷在工业窑炉炉膛内衬的硅酸铝陶瓷纤维板上，可重复涂刷，直至涂层厚度大于0.2mm，通风晾置6小时后，以每分钟5℃的升温速率升温至1100℃，保温2小时，从而在工业窑炉炉膛内衬的硅酸铝陶瓷纤维板上形成耐高温抗腐蚀涂层。经测验：本发明实施例1所提供的高温抗腐蚀涂层材料与硅酸铝陶瓷纤维板结合牢固、强度高，对硅酸铝陶瓷纤维板起到了抗化学侵蚀，特别是抗强碱性腐蚀的作用。可见，本发明实施例1所提供的高温抗腐蚀涂层材料可以在硅酸铝陶瓷纤维板的耐温范围内使用。

实施例2

一种高温抗腐蚀涂层材料的制备方法，包括如下步骤：

a2、制备抗腐蚀性粉体的步骤：称取8kg粒度为325目的镁铝尖晶石粉体，以及2kg平均粒径为5微米的白刚玉粉体，再放入氧化铝球磨罐中，球磨约8小时后，即得到抗腐蚀性粉体材料。该抗腐蚀性粉体的粒度均小于50微米，平均粒径小于10微米，粒径小于2微米的抗腐蚀性粉体至少占全部抗腐蚀性粉体总重量的20％。

b2、制备改性氧化铝溶胶的步骤：将1kg的水合氧化铝纳米粉体与0.3kg平均粒径为30纳米的氧化铝纳米粉体分别倒入9kg去离子水中，充分搅拌混合均匀，再加入9.7kg氧化铝含量为10％(按重量百分比计)的透明氧化铝溶胶，充分搅拌均匀后，即得到改性氧化铝溶胶。

c2、原料混合的步骤：将2kg抗腐蚀性粉体与3kg改性氧化铝溶胶相混合，搅拌均匀后，即制得本发明实施例所提供的高温抗腐蚀涂层材料。

进一步地，将本发明实施例2所提供的高温抗腐蚀涂层材料涂刷在工业窑炉炉膛内衬的氧化铝陶瓷纤维板上，可重复涂刷，直至涂层厚度达到0.2mm以上，通风晾置6小时后，以每分钟5℃的升温速率升温至1200℃，保温2小时，从而在工业窑炉炉膛内衬的氧化铝陶瓷纤维板上形成耐高温抗腐蚀涂层。经测验：本发明实施例2所提供的高温抗腐蚀涂层材料与氧化铝陶瓷纤维板结合牢固、强度高，对氧化铝陶瓷纤维板起到了抗化学侵蚀，特别是抗强碱性腐蚀的作用，该耐高温抗腐蚀涂层的最高使用温度可以达到1500℃。

实施例3

一种高温抗腐蚀涂层材料的制备方法，包括如下步骤：

a3、制备抗腐蚀性粉体的步骤：称取9kg粒度为325目的镁铝尖晶石粉体，以及1kg平均粒径为5微米的白刚玉粉体，再放入氧化铝球磨罐中，球磨约8小时后，即得到抗腐蚀性粉体材料。该抗腐蚀性粉体的粒度均小于50微米，平均粒径小于10微米，粒径小于2微米的抗腐蚀性粉体至少占全部抗腐蚀性粉体总重量的20％。

b3、制备改性氧化锆溶胶的步骤：将0.5kg平均粒径约为20纳米的轻质氧化镁纳米粉体加入到19.5kg氧化锆含量为10％(按重量百分比计)的氧化锆溶胶中，充分搅拌均匀后，即得到改性氧化锆溶胶。

c3、原料混合的步骤：将2kg抗腐蚀性粉体与2.5kg改性氧化铝溶胶相混合，搅拌均匀后，即制得本发明实施例所提供的高温抗腐蚀涂层材料。

进一步地，将本发明实施例3所提供的高温抗腐蚀涂层材料涂刷在工业窑炉炉膛内衬的硅酸铝陶瓷纤维板上，可重复涂刷，直至涂层厚度大于0.2mm，通风晾置6小时后，以每分钟5℃的升温速率升温至1050℃，保温2小时，从而在工业窑炉炉膛内衬的硅酸铝陶瓷纤维板上形成耐高温抗腐蚀涂层。经测验：本发明实施例3所提供的高温抗腐蚀涂层材料与硅酸铝陶瓷纤维板结合牢固、强度高，对硅酸铝陶瓷纤维板起到了强的抗化学侵蚀，特别是抗强碱性腐蚀的作用。

综上可见，本发明实施例所提供涂层材料不仅具有结构致密、表面强度高、耐高温及抗腐蚀性能好等优点，而且与基体结合能力强、抗热震性能好、不易脱落，适合涂覆于工业窑炉的炉衬表面作为炉膛受热面的耐火材料。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高温抗腐蚀涂层材料，其特征在于，由抗腐蚀性粉体与胶体按照1:1～1:2的重量比混合而成；

其中，所述的抗腐蚀性粉体由镁铝尖晶石粉体和白刚玉粉体混合而成，镁铝尖晶石粉体的总重量占抗腐蚀性粉体总重量的70％～98％，白刚玉粉体的总重量占抗腐蚀性粉体总重量的2％～30％；所述的胶体为改性氧化铝溶胶或改性氧化锆溶胶。

2.根据权利要求1所述的高温抗腐蚀涂层材料，其特征在于，所述改性氧化铝溶胶中，氧化铝的总重量占该改性氧化铝溶胶总重量的6％～15％。

3.根据权利要求1或2所述的高温抗腐蚀涂层材料，其特征在于，所述的改性氧化铝溶胶由透明氧化铝溶胶、水合氧化铝纳米粉体、氧化铝纳米粉体和去离子水混合而成；

其中，水合氧化铝纳米粉体的用量占所述改性氧化铝溶胶总重量的2％～5％；氧化铝纳米粉体的用量占所述改性氧化铝溶胶总重量的0％～3％，并且该氧化铝纳米粉体的平均粒径为20～35纳米。

4.根据权利要求1所述的高温抗腐蚀涂层材料，其特征在于，所述改性氧化锆溶胶中，氧化镁纳米粉体的总重量占该改性氧化锆溶胶总重量的1％～5％，氧化锆的总重量占该改性氧化锆溶胶总重量的4％～10％。

5.根据权利要求1或4所述的高温抗腐蚀涂层材料，其特征在于，所述的改性氧化锆溶胶由氧化锆含量为5％～12％的氧化锆溶胶与平均粒径为15～30纳米的轻质氧化镁纳米粉体混合而成。

6.根据权利要求1或2或3所述的高温抗腐蚀涂层材料，其特征在于，所述的抗腐蚀性粉体的粒度均小于50微米，平均粒径小于10微米，粒径小于2微米的抗腐蚀性粉体至少占全部抗腐蚀性粉体总重量的20％。

7.一种高温抗腐蚀涂层材料的使用方法，其特征在于，将上述权利要求1至6中任一项所述的高温抗腐蚀涂层材料涂覆在工业窑炉炉膛内衬的陶瓷纤维板上，形成耐高温抗腐蚀涂层。

8.根据权利要求7所述的高温抗腐蚀涂层材料的使用方法，其特征在于，所述耐高温抗腐蚀涂层的涂层厚度为0.1～0.6mm。

9.根据权利要求7或8所述的高温抗腐蚀涂层材料的使用方法，其特征在于，涂覆后通风晾置6～36小时，然后以每分钟3～6℃的升温速率升温至1000℃以上，再保温2小时以上，从而在工业窑炉炉膛内衬的陶瓷纤维板上形成耐高温抗腐蚀涂层。

10.一种工业窑炉，其特征在于，采用了上述权利要求7至9中任一项所述的高温抗腐蚀涂层材料的使用方法在该工业窑炉炉膛内衬的陶瓷纤维板上形成了耐高温抗腐蚀涂层。