CN105463362A - 一种耐高温高发射率封孔剂及其制备方法和封孔工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于涂层封孔材料领域，具体涉及一种耐高温高发射率溶胶封孔剂及其制备方法和封孔工艺。所述封孔剂以硝酸镧、硝酸锶、硝酸铬和稀土氧化物为前驱体，以去离子水为溶剂，以乙二醇为分散剂，以柠檬酸为胶凝剂，通过溶胶-凝胶法制备得到；所述硝酸镧、硝酸锶和硝酸铬的摩尔比为10～6:1～4:10；所述柠檬酸和乙二醇的质量比为1:1～2；所述稀土氧化物的加入量为所述硝酸镧质量的5％～7％；所述稀土氧化物为氧化镨和/或氧化铽；所述溶胶封孔剂的粘度为0.2Pa.s～0.5Pa.s。本发明提供的封孔剂具有渗透性能良好、化学性能稳定、耐高温并具有一定红外热辐射率，提高涂层的使用性能。

Description

一种耐高温高发射率封孔剂及其制备方法和封孔工艺
技术领域
本发明属于涂层封孔材料领域，具体涉及一种耐高温高发射率溶胶封孔剂及其制备方法和封孔工艺。
背景技术
热喷涂陶瓷涂层是利用热源将熔融或半熔融状态的微粒以高速冲击到基体表面并相互交错堆叠而形成的层状结构涂层。热喷涂陶瓷涂层由于其导热性不好，涂层太厚不仅会造成涂层导热性能下降，而且会增加涂层的内部应力，降低涂层的使用性能，所以要求涂层越薄越好。在对基体进行热喷涂时，由于高温熔融或半熔融粒子重叠不完全且粒子在凝固时体积收缩相差较大，涂层中熔融粒子间必然会存在一定数量的孔隙，有些孔隙有利于改善涂层性能，例如孔隙率的存在可以释放涂层结构中的应力，但在高温腐蚀环境下，尤其是通孔的存在会造成环境介质通过孔隙直接与基体接触，造成基体高温氧化，形成的氧化物会使涂层发生龟裂、剥落等现象，最终导致涂层热辐射率降低、使用寿命短，甚至失效。因此，为了解决由于涂层孔隙造成的问题，必须对涂层进行封孔处理。
目前，研究人员主要采用封孔剂对涂层进行封孔处理，但是一般封孔剂存在晶化温度高、致密度低、抗高温抗腐蚀性能差、降低涂层的热辐射性能、制备成本高、对环保不利等缺点。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种耐高温高发射率溶胶封孔剂及其制备方法和封孔工艺。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种耐高温高发射率溶胶封孔剂，其特征在于，是以硝酸镧、硝酸锶、硝酸铬和稀土氧化物为前驱体，以去离子水为溶剂，以乙二醇为分散剂，以柠檬酸为胶凝剂，通过溶胶-凝胶法制备得到。
上述方案中，所述硝酸镧、硝酸锶和硝酸铬的摩尔比为10～6:1～4:10；所述柠檬酸和乙二醇的质量比为1:1～2；所述稀土氧化物的加入量为所述硝酸镧质量的5％～7％。
上述方案中，所述稀土氧化为为氧化镨和/或氧化铽。
上述方案中，所述溶胶封孔剂的粘度为0.2～0.5Pa.s。
一种耐高温高发射率溶胶封孔剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将硝酸镧、硝酸锶、硝酸铬分别研磨后溶入去离子水，加入稀土氧化物，先磁力搅拌后超声波震荡得到混合液1；(2)将柠檬酸研磨后溶入乙二醇，磁力搅拌混匀后得到混合液2；(3)将混合液1和混合液2混合后进行恒温搅拌，再经室温陈化后得到溶胶封孔剂。
上述方案中，所述恒温搅拌为在水浴80～90℃条件下恒温搅拌3～4h。
上述方案中，所述室温陈化的时间为1h～3h。
采用上述耐高温高发射率溶胶封孔剂的封孔工艺，具体包括如下步骤：(1)将待封孔的试样进行表面处理后浸入到溶胶封孔剂中进行超声波浸渍提拉处理，随后对试样进行鼓风干燥，重复超声波浸渍提拉处理1～3次；(2)将试样进行干燥处理，再进行热处理；(3)重复步骤(1)和步骤(2)的操作2～3次。
上述方案中，所述超声波浸渍提拉处理的超声浸渍时间为40～60s，提拉的速度为30～40mm/min。
上述方案中，所述干燥处理为：依次在50～60℃下干燥12～15h，在80～100℃下干燥8～10h，在120～150℃下干燥6～8h。
上述方案中，所述热处理为：试样随炉升温至300～350℃保温10～15min，随后升温至600～700℃保温10～15min，然后升温至800～900℃保温25～30min，升温速度为10℃/min，最后随炉冷却至室温。
上述方案中，将待封孔的试样进行表面处理的具体方法为：将要封孔的试样放入丙酮中用超声波清洗仪清洗，再用去离子水清洗，清洗后放入鼓风干燥箱中干燥，然后放在干燥器中保存待用。
本发明的有益效果如下：本发明提供的封孔剂具有渗透性能良好、化学性能稳定、耐高温并具有一定红外热辐射率，采用本发明提供的封孔剂对涂层试样进行封孔处理后，在600～1100℃下测试其法向全发射率，全法向发射率为0.88～0.92，明显提高了涂层的使用性能。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种耐高温高发射率溶胶封孔剂，制备方法如下：分别称取17.32gLa(NO3)3·6H2O、0.847gSr(NO3)2和16gCr(NO3)3·9H2O并依次放在研磨器中研磨，量取去离子水50ml，将研磨后的原料加入到去离子水中，磁力搅拌使其完全溶解，然后加入0.87g稀土氧化物氧化镨，继续搅拌约10min后放入超声波分散仪中分散均匀，得到混合液1；称取50g柠檬酸并研磨，再称取75g乙二醇，将二者混合搅拌至透明状得到混合液2；将上述混合液1和2混合均匀，并用磁力搅拌器在水浴80～90℃恒温下搅拌3h，然后在室温下陈化3h，得到粘度为0.4Pa.s的溶胶，即为铬酸锶镧-氧化镨溶胶封孔剂。
采用本实施例制备得到的铬酸锶镧-氧化镨溶胶封孔剂对热喷涂Ni-Cr尖晶石涂层试样进行封孔处理，具体操作步骤包括：(1)将Ni-Cr尖晶石涂层试样放入丙酮中用超声波清洗仪清洗，再用去离子水清洗，清洗后放入鼓风干燥箱中干燥，然后放在干燥器中保存待用；(2)采用超声浸渍-提拉法对上述试样进行封孔处理：水浴加热搅拌铬酸锶镧-氧化镨溶胶封孔剂至50℃，然后将装有溶胶的烧杯放入超声波分散仪中装有50℃水的大烧杯中保温，将经过表面处理后的试样放入无水乙醇中，然后取出快速干燥，放入铬酸锶镧-氧化镨溶胶封孔剂中超声浸渍40s，再缓慢提拉试样，提拉速度为35mm/min，对提拉后的试样进行鼓风干燥5～10min，再重复提拉2次；(3)将封孔完毕后的试样放在鼓风干燥箱中依次进行50℃干燥12h，80℃干燥8h，120℃干燥6h；然后进行高温热处理，试样随炉升温至300℃保温10min，然后升温至600℃保温10min，最后升温至800℃保温25min，升温速度为10℃/min，然后随炉冷却至室温；(4)重复步骤(2)和步骤(3)的操作2次。
测试本实施例Ni-Cr尖晶石涂层试样封孔处理前后在600℃～1100℃不同温度下的发射率，所得数据见表1。表1的结果说明了:与现有封孔剂会影响涂层发射率相比，本实施所述铬酸锶镧-氧化镨溶胶封孔剂不仅具备了耐高温性能，而且还能明显提高涂层的全法向发射率，提高了涂层的使用性能。
表1Ni-Cr尖晶石涂层试样封孔前后在不同温度下的全法向发射率性能
实施例2
一种耐高温高发射率溶胶封孔剂，制备方法如下：分别称取15.16gLa(NO3)3·6H2O、2.12gSr(NO3)2和20gCr(NO3)3·9H2O并依次放在研磨器中研磨，量取去离子水60ml，将研磨后的原料加入到去离子水中，磁力搅拌使其完全溶解，然后加入0.9g稀土氧化物氧化铽，继续搅拌约10min后放入超声波分散仪中分散均匀，得到混合液1；称取60g柠檬酸并研磨，再称取80g乙二醇，将二者混合搅拌至透明状得到混合液2；将上述混合液1和2混合均匀，并用磁力搅拌器在水浴80～90℃恒温下搅拌3.5h，然后在室温下陈化3h，得到粘度为0.42Pa.s的溶胶，即为铬酸锶镧—氧化铽溶胶封孔剂。
采用本实施例制备得到的铬酸锶镧—氧化铽溶胶封孔剂对热喷涂Ni-Cr尖晶石涂层试样进行封孔处理，具体操作步骤包括：(1)将Ni-Cr尖晶石涂层试样放入丙酮中用超声波清洗仪清洗，再用去离子水清洗，清洗后放入鼓风干燥箱中干燥，然后放在干燥器中保存待用；(2)采用超声浸渍-提拉法对上述试样进行封孔处理：水浴加热搅拌铬酸锶镧—氧化铽溶胶封孔剂至50℃，然后将装有溶胶的烧杯放入超声波分散仪中装有50℃水的大烧杯中保温，将经过表面处理后的试样放入无水乙醇中，然后取出快速干燥，放入铬酸锶镧—氧化铽溶胶封孔剂中超声浸渍50s，再缓慢提拉试样，提拉速度为35mm/min，对提拉后的试样进行鼓风干燥5～10min，再重复提拉2次；(3)将封孔完毕后的试样放在鼓风干燥箱中依次进行50℃干燥12h，80℃干燥8h，120℃干燥6h；然后进行高温热处理，试样随炉升温至300℃保温10min，然后升温至600℃保温10min，最后升温至800℃保温25min，升温速度为10℃/min，然后随炉冷却至室温；(4)重复步骤(2)和步骤(3)的操作2～3次。
测试本实施例Ni-Cr尖晶石涂层试样封孔处理前后在600℃～1100℃不同温度下的发射率，所得数据见表2。表2的结果说明了：与现有封孔剂会影响涂层发射率相比，本实施所述铬酸锶镧-氧化铽溶胶封孔剂不仅具备了耐高温性能，而且还能明显提高涂层的全法向发射率，提高了涂层的使用性能。
表2Ni-Cr尖晶石涂层试样封孔前后在不同温度下的全法向发射率性能
实施例3
一种耐高温高发射率溶胶封孔剂，制备方法如下：分别称取12.99gLa(NO3)3·6H2O、4.23gSr(NO3)2和20gCr(NO3)3·9H2O并依次放在研磨器中研磨，量取去离子水45ml，将研磨后的原料加入到去离子水中，磁力搅拌使其完全溶解，然后加入0.909g稀土氧化物氧化镨和氧化铽，继续搅拌约10min后放入超声波分散仪中分散均匀，得到混合液1；称取50g柠檬酸并研磨，再称取100g乙二醇，将二者混合搅拌至透明状得到混合液2；将上述混合液1和2混合均匀，并用磁力搅拌器在水浴80～90℃恒温下搅拌3.5h，然后在室温下陈化2h，得到粘度为0.5Pa.s的溶胶，即为铬酸锶镧-氧化镨/氧化铽溶胶封孔剂。
采用本实施例制备得到的铬酸锶镧-氧化镨/氧化铽溶胶封孔剂对热喷涂AL2O3-TiO2系列涂层、TiO2、Cr2O3、Ni-Cr尖晶石涂层试样进行润湿角实验处理，具体操作步骤为：将试样放入丙酮中用超声波清洗仪清洗，再用去离子水清洗，清洗后放入鼓风干燥箱中干燥，然后放在干燥器中保存待用；将铬酸锶镧-氧化镨/氧化铽溶胶封孔剂与各试样混合，分别测试铬酸锶镧-氧化镨/氧化铽溶胶封孔剂与试样的润湿角，测试结果见表3，表3说明了铬酸锶镧-氧化镨/氧化铽溶胶封孔剂与各个涂层具有很好的相容性，润湿效果良好。
表3铬酸锶镧-氧化镨/氧化铽溶胶封孔剂对不同涂层的润湿性能
进一步采用铬酸锶镧-氧化镨/氧化铽溶胶封孔剂对热喷涂Ni-Cr尖晶石涂层试样进行封孔处理，具体操作为：(1)采用超声浸渍-提拉法对Ni-Cr尖晶石涂层试样进行封孔处理：水浴加热搅拌铬酸锶镧-氧化镨/氧化铽溶胶溶胶封孔剂至50℃，然后将装有溶胶的烧杯放入超声波分散仪中装有50℃水的大烧杯中保温，将经过表面处理后的试样放入无水乙醇中，然后取出快速干燥，放入铬酸锶镧-氧化镨/氧化铽溶胶溶胶封孔剂中超声浸渍60s，再缓慢提拉试样，提拉速度为30mm/min，对提拉后的试样进行鼓风干燥5～10min，再重复提拉2次；(2)将封孔完毕后的试样放在鼓风干燥箱中依次进行50℃干燥12h，80℃干燥8h，120℃干燥6h；然后进行高温热处理，试样随炉升温至300℃保温10min，然后升温至600℃保温10min，最后升温至800℃保温25min，升温速度为10℃/min，然后随炉冷却至室温；(3)重复步骤(1)和步骤(2)的操作2～3次。
测试本实施例Ni-Cr尖晶石涂层试样封孔处理前后在600℃～1100℃不同温度下的发射率，所得数据见表4。表4的结果说明了：与现有封孔剂会影响涂层发射率相比，本实施所述铬酸锶镧-氧化镨/氧化铽溶胶封孔剂不仅具备了耐高温性能，而且还能明显提高涂层的全法向发射率，提高了涂层的使用性能。
表4Ni-Cr尖晶石涂层试样封孔前后在不同温度下的全法向发射率性能
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐高温高发射率溶胶封孔剂，其特征在于，是以硝酸镧、硝酸锶、硝酸铬和稀土氧化物为前驱体，以去离子水为溶剂，以乙二醇为分散剂，以柠檬酸为胶凝剂，通过溶胶-凝胶法制备得到。
2.根据权利要求1所述的耐高温高发射率溶胶封孔剂，其特征在于，所述硝酸镧、硝酸锶和硝酸铬的摩尔比为10~6:1~4:10；所述柠檬酸和乙二醇的质量比为1:1~2；所述稀土氧化物的加入量为所述硝酸镧质量的5%~7%。
3.根据权利要求1所述的耐高温高发射率溶胶封孔剂，其特征在于，所述稀土氧化物为氧化镨和/或氧化铽。
4.根据权利要求1所述的耐高温高发射率溶胶封孔剂，其特征在于，所述溶胶封孔剂的粘度为0.2~0.5Pa.s。
5.权利要求1~4任一所述耐高温高发射率溶胶封孔剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将硝酸镧、硝酸锶、硝酸铬分别研磨后溶入去离子水，加入稀土氧化物，先磁力搅拌后超声波震荡得到混合液1；（2）将柠檬酸研磨后溶入乙二醇，磁力搅拌混匀后得到混合液2；（3）将混合液1和混合液2混合后进行恒温搅拌，再经室温陈化后得到溶胶封孔剂。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述恒温搅拌为：在水浴80~90℃条件下恒温搅拌3~4h；所述室温陈化的时间为1~3h。
7.采用权利要求1~4任一所述耐高温高发射率溶胶封孔剂的封孔工艺，具体包括如下步骤：（1）将待封孔的试样进行表面处理后浸入到溶胶封孔剂中进行超声浸渍提拉处理，随后对试样进行鼓风干燥，重复超声浸渍提拉1~3次；（2）将试样进行干燥处理，再进行热处理；（3）重复步骤（1）和步骤（2）的操作2~3次。
8.根据权利要求7所述的封孔工艺，其特征在于，所述超声浸渍提拉的超声浸渍时间为40~60s，提拉速度为30~40mm/min。
9.根据权利要求7所述的封孔工艺，其特征在于，所述干燥处理为：依次在50~60℃下干燥12~15h，在80~100℃下干燥8~10h，在120~150℃下干燥6~8h。
10.根据权利要求7所述的封孔工艺，其特征在于，所述热处理为：试样随炉升温至300~350℃保温10~15min，随后升温至600~700℃保温10~15min，然后升温至800~900℃保温25~30min，升温速度为10℃/min，最后随炉冷却至室温。
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