CN106009806A

CN106009806A - 复合陶瓷涂料及其制备方法和应用

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Publication number: CN106009806A
Application number: CN201610337993.0A
Authority: CN
Inventors: 刘军卿; 田志强; 沈滨; 董自卫; 黄文胜; 于鑫; 原瑞宏
Original assignee: WUHAN ORDNANCE SERGEANT COLLEGE CHINESE PEOPLE'S LIBERATION ARMY
Current assignee: WUHAN ORDNANCE SERGEANT COLLEGE CHINESE PEOPLE'S LIBERATION ARMY
Priority date: 2016-05-19
Filing date: 2016-05-19
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2036-05-19
Also published as: CN106009806B

Abstract

本发明公开了一种复合陶瓷涂料及其制备方法和应用，解决现有修理方法和修理工艺对不同基材工件表面的修复难以达到应有效果，同时造成环境污染的问题。本发明由分别放置，使用时混合的甲成分和乙成分构成；甲成分由硅酸钾溶液和锌粉组成，乙成分由水、AD‑310T溶液、酸钾溶液、水解金刚粉、石英粉、碳酸钙粉、碳纤维粉、三氧化二铝粉、氧化锆粉、碳化硅粉等组成。本发明的制备方法操作简单、产品粒子可控、成膜稳定性好、成品率高；本发明的涂料漆膜干燥时间快，附着力强、表面硬度高、耐冲击性强、耐酸碱盐性、抗紫外线，适用于钢铁、铝合金、工程塑料、木质等装备基材工件表面防护和修复，尤其适用于枪管、炮管等零件。

Description

复合陶瓷涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及复合结构陶瓷组合物及其制备方法技术领域，尤其是一种复合陶瓷涂料及其制备方法，适用于钢铁、铝合金、工程塑料、木质等装备基材工作表面。

背景技术

武器装备及通用装备支撑平台大多处于非常严苛的工作环境下，在作战、训练等使用过程中，其表面承受着不同介质的冲击与磨损、湿气侵入和扩散、腐蚀以及维护操作而遭到损坏，这些不仅影响装备的性能和使用寿命，同时还影响装备表面的美观，经常需要涂覆涂层来修复。随着高新技术的发展，各种新型通用装备大量使用先进的新材料和新工艺，有采用超硬铝，表面阳极氧化着黑色使用精锻工艺，护套则大量使用工程塑料。新材料、新工艺的应用，给装备维修提出了新课题。长期以来，武器装备表面修复都采用了高温氧化、磷化、喷胶、喷漆等工艺，传统的修复技术和修复工艺对钢材工件、铝合金工件和工程塑料工件等表面的修复难以达到应有的效果。同时，传统工艺修复过程中产生的有害空气污染物是一个严重的污染源，氧化、磷化工艺中使用的原料含有重金属盐和氰化物等毒性或剧毒物质，喷涂工艺使用的树脂中含有苯的化合物及其它挥发性有机物（VOC）和有害空气污染物（HAP），涂装时，排放的废液、废气、废水，废渣等污染大气、水体及土壤，同时还产生噪声、振动、电磁辐射、放射性等污染源，极大地危害着周围环境，给身心健康造成了严重后果。特别是今年来，武警官兵在支援国民经济建设及平时建设中的大量使用都不同程度地周边环境造成污染。因此，有必要提出绿色维修战略，逐渐在维修中推行绿色维修模式。

发明内容

本发明提供一种复合陶瓷涂料及其制备方法，解决现有修理方法和修理工艺对不同基材工件表面的修复难以达到应有效果同时造成环境污染的问题，以适应各种武器不同基材通用的工件表面处理，达到工件表面高强度、耐高温、重防腐、美观的要求，实现绿色维修、地毯维修、节能减排。

本发明所提供的是一种复合陶瓷涂料，由重量比55～65:45～35的甲成分和乙成分构成，甲成分和乙成分分别放置，使用时混合，

A、所述甲成分中各组分占复合陶瓷涂料总重量百分比为：

硅酸钾溶液 10%～12%

锌粉 50%～55%

B、所述乙成分中各组分占复合陶瓷涂料总重量百分比为：

水 5%～8%

AD-310T溶液 0.5%～1%，涂-4杯粘度12～18s

硅酸钾溶液 17%～19%

水解金刚粉 2.5%～3.5%

石英粉 1.5%～2%

碳酸钙粉 0.5%～1%

碳纤维粉 1%～1.5%

三氧化二铝粉 0.2%～0.5%

二氧化锆粉 0.2%～0.5%

碳化硅粉 0.5%～1%

氧化锌粉 0.2%～0.5%

三氧化二镱粉 0.5%～1%

碳黑粉 0.5%～1%

锌粉 0.3%～0.5%

AD-340W溶液 0.2%～0.5%，涂-4杯粘度60～80s

AD-350W溶液 0.2%～0.5%，涂-4杯粘度25～60s

3D-320T溶液 0.2%～0.5%，涂-4杯粘度25～40s

纯丙烯酸乳液 0.2%～0.5%，涂-4杯粘度35～120s。

进一步地，硅酸钾溶液为质量浓度25%～35%的二氧化硅与氧化钾混合液，二氧化硅与氧化钾的质量比为5.2:1～5.7:1。

进一步地，甲成分中，锌粉粒度为500目～1200目；乙成分中，水解金刚粉粒度为1200目～1500目；碳纤维粉粒度为500目～800目，三氧化二铝粉粒度为1250目～1500目，二氧化锆粉粒度为1250目～1500目，碳化硅粉粒度为1250目～3000目，碳黑粉粒度为1250目～3000目，锌粉粒度为500目～1200目。

一种如上所述复合陶瓷涂料的制备方法，包括以下步骤；

⑴、制备甲成分：将硅酸钾溶液、锌粉按重量比混合，搅拌即得甲成分，备用；

⑵、制备乙成分：

2.1、按重量百分比将水，AD-310T溶液和硅酸钾溶液倒入容器中，搅拌为混合液，搅拌速度为3200r/min～4000r/min，搅拌时间15min～30min；

2.2、按重量百分比将水解金刚粉、石英粉、碳酸钙粉、碳纤维粉、三氧化二铝粉、二氧化锆粉、碳化硅粉、氧化锌分、三氧化二镱粉、碳黑粉和锌粉加入上述混合液中，调整转速至4000r/min～4500r/min，搅拌时间25min～40min；

2.3、再按重量百分比加入AD-340W溶液、AD-350D溶液和AD-320T溶液，搅拌速度为200r/min～400r/min，搅拌时间20min～30min；

2.4、然后按重量百分比添加纯丙烯酸乳液，边加入边搅拌，搅拌速度200r/min～400r/min，全部加入后，继续搅拌10min～15min，得到混合浆料；

2.5、用200～400目的的滤网过滤所述混合浆料，滤液即为所述乙成分，装在容器中备用；

⑶、按重量比混合均匀甲成分和乙成分，在24小时内使用。

一种如上所述复合陶瓷涂料的应用，将复合陶瓷涂料涂刷物件表面，在85℃～200℃干燥10min～30min,再在300℃～500℃下烘烤30min～60min。

所述乙成分中，AD-310T溶液为一种偏硅酸盐分散剂溶液，AD-340W溶液为无机硅酸盐纤维素溶液，AD-350D溶液为聚醚改性硅氧烷抑泡剂，AD-320T溶液位磷酸盐改性成膜剂溶液，均可依据其型号从市面购得。

在上述复合陶瓷涂料中，硅酸钾溶液作为基料，与纳米氧化锆、三氧化铝等填料结合制作成一种具有渗透功能的结构陶瓷涂层；氧化锆、三氧化铝、三氧化二镱、氧化铜、碳纤维、碳化硅等是填料，用以提高涂层的耐水性、耐热性、粘结强度、表面硬度和抗热震性等；乳液是稳定剂，能降低收缩率和减少龟裂脱落，增强材料的柔韧性；AD-310T、AD-340W、AD-350D、AD-320T是助剂，其作用是调节和稳定理化性能，解决脆性大和施工条件苛刻的弊端，提高材料的致密性和柔韧性能：锌粉是固化剂、颜料、阴极保护材料，与硅酸盐中的羟基发生反应，形成硅酸锌铁网状结构络合物，使膜层耐高温，可焊，抗溶剂，同时还对金属表面起到长效的阴极防腐保护作用：碳黑为主着色颜料，可以起到着色和遮盖作用。

本发明属于低能耗、低污染、低VOC排放的复合结构陶瓷材料，本发明可采用常规涂覆方法进行涂覆，将甲成分和乙成分混合，通过喷漆或刷涂法，均匀地涂覆于钢铁基材表面上，常温即可成膜，待表干30min以后，形成一种渗透在工件表面的耐高温重防腐结构陶瓷膜层，工件即可使用。

若再经过+85℃～+200℃的温度快速干燥10min～30min,再在温度为300℃～500℃的条件下烘烤30min～60min形成的涂层，该涂层将会与装备钢材基材发生纳米常温成膜，具有低温表面再结晶的特异性能，涂层平均厚度可控制在大约8～15微米/每道，这种涂层具有高致密、高硬度、超耐磨、耐低温-45℃，耐高温（600℃～000℃），重防腐、耐盐雾、抗静电和抗热震等优良性能，对基材防护性能比高温氧化、磷化高1～2倍。具有阴极保护、屏蔽、阻蚀、钝化、隐形以及隔热防火、吸波吸声反红外线等特定功能。

本发明的制备方法操作简单、产品粒子可控、粒子不团聚、成膜稳定性好、成品率高，适合规模生产。

本发明的涂料漆膜干燥时间快、附着力强、表面硬度高、耐冲击性强、耐酸碱盐性、抗紫外线，适用于通用装备钢铁件、铝合金件、工程塑料件等基材表面防护和修复，尤其适用于枪管、炮管等高温环境恶劣的零部件外表面的防腐。经改性，还可应用于机场、油库、弹药库、指挥所的可见光、近红外、热红外和雷达波伪装。

具体实施方式

下面结合实施例和对比对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

实施例1

1、甲成分的制备：

称取硅酸钾溶液10Kg（其中溶质为二氧化硅和氧化钾，溶剂为水，二氧化硅与氧化钾之比为5.7:1，浓度35%），锌粉（粒度1200目）50Kg；

将硅酸钾溶液、锌粉按以上比例重量混合，搅拌即得，备用。

2、乙成分的制备：

按下述重量称取各原料：

水5kg、AD-301T溶液（涂-4杯浓度18s）1Kg、硅酸钾溶液（其中，溶质为二氧化硅与氧化钾，溶剂为水，二氧化硅与氧化钾之比为5.7:1，浓度为35%）19Kg、水解金刚粉（粒度1500目）3.5Kg、石英粉（粒度1500目）2Kg，碳酸钙粉（粒度3000目）1Kg、碳纤维粉（粒度800目）1.5Kg，三氧化二铝粉（粒度1500目）0.5Kg、二氧化锆粉（粒度1500目）0.5Kg、碳化硅粉（粒度3000目）1Kg、氧化锌粉（粒度1500目）0.5Kg、三氧化二镱粉（粒度3000目）1Kg、碳黑粉（粒度3000目）1Kg、锌粉（粒度1200目）0.5Kg、AD-340W溶液（涂-4杯浓度80s）0.5Kg、AD-350D溶液（涂-4杯浓度60s）0.5Kg、AD-320T溶液（涂-4杯浓度40s）0.5Kg、纯丙烯酸乳液（涂-4杯浓度120s）0.5Kg。

在常温常压下进行以下步骤：

（1）按所述重量百分比将水、AD-310T溶液和硅酸钾溶液倒入容器中，搅拌为混合液，搅拌速度为4000r/min，搅拌时间30min；

（2）按所述重量百分比将水解金刚粉、石英粉、碳酸钙粉、碳纤维粉、三氧化二铝粉、二氧化锆粉、碳化硅粉、氧化锌粉、三氧化二镱粉、碳黑粉和锌粉加入上述混合液中，调整转速至4500r/min，搅拌时间40min；

（3）再所述重量百分比加入AD-340W溶液、AD-350D溶液和AD-320T溶液，调整搅拌速度为400r/min,搅拌30min；

（4）然后按所述重量百分比添加纯丙烯酸乳液，边加入边搅拌，搅拌速度400r/min，全部加入后，继续搅拌15min，得到混合浆料；

（5）用400目的滤网过滤所述混合材料，滤液即为所述乙成分，装在容器中备用。

3、使用时，将60Kg甲成分和40Kg乙成分混合均匀，在24小时内使用。

以此配方生产的涂料，漆膜干燥时间快（表干15min，实干30min），附着力强、柔韧性好，在600℃条件下抗热震效果明显，并具有优异耐酸性、耐碱性、耐盐性、耐盐雾性、耐候性等。

实施例2

1、甲成分的制备：

按下述重量（单位：Kg）各原料

称取硅酸钾溶液10Kg（其中溶质为二氧化硅与氧化钾），溶剂为水，二氧化硅与氧化钾之比为5.2:1，浓度35%），锌粉（粒度500目）55Kg；

2、乙成分的制备：

按下述重量称取各原料：

水8kg、AD-301T溶液（涂-4杯浓度12s）0.5Kg、硅酸钾溶液（其中，溶质为二氧化硅与氧化钾，溶剂为水，二氧化硅与氧化钾之比为5.2:1，浓度为35%）17Kg、水解金刚粉（粒度1200目）2.5Kg、石英粉（粒度1250目）1.5Kg，碳酸钙粉（粒度1250目）0.5Kg、碳纤维粉（粒度500目）1Kg，三氧化二铝粉（粒度1250目）0.2Kg、二氧化锆粉（粒度1250目）0.2Kg、碳化硅粉（粒度1250目）0.5Kg、氧化锌粉（粒度1250目）0.2Kg、三氧化二镜粉（粒度1250目）0.5Kg、碳黑粉（粒度1250目）1Kg、锌粉（粒度500目）0.3Kg、AD-340W溶液（涂-4杯浓度60s）0.2Kg、AD-350D溶液（涂-4杯浓度25s）0.2Kg、AD-320D溶液（涂-4杯浓度25s）0.2Kg、纯丙烯酸乳液（涂-4杯浓度35s）0.5Kg。

在常温常压下进行以下步骤：

（1）按所述重量百分比将水、AD-310T溶液和硅酸钾溶液倒入容器中，搅拌为混合液，搅拌速度为3500r/min，搅拌时间15min；

（2）按所述重量百分比将水解金刚粉、石英粉、碳酸钙粉、碳纤维粉、三氧化二铝粉、二氧化锆粉、碳化硅粉、氧化锌粉、三氧化二镱粉、碳黑粉和锌粉加入上述混合液中，调整转速至4000r/min，搅拌时间25min；

（3）再所述重量百分比加入AD-340W溶液、AD-350D溶液和AD-320T溶液，调整搅拌速度为200/min,搅拌20min；

（4）然后按所述重量百分比添加纯丙烯酸乳液，边加入搅拌，搅拌速度200r/min，全部加入后，继续搅拌10min，得到混合浆料；

（5）用200目的滤网过滤所述混合材料，滤液即为所述乙成分，装在容器中备用。

3、使用时，将65Kg甲成分和35Kg乙成分混合均匀，在24小时内使用。

以此配方生产的涂料，漆膜干燥时间快（表干15min，实干30min），附着力强、柔韧性好，耐冲击性能，耐酸性、耐碱性、耐盐性、耐盐雾性、耐候性、抗紫外线、防火、防水等性能优异，并在800℃条件下抗热震效果明显。

实施例3

1、甲成分的制备：

称取硅酸钾溶液（溶质为二氧化硅和氧化钾，溶剂为水，二氧化硅与氧化钾之比为5.7:1，浓度30%）12kg，锌粉（粒度500目）53Kg；

2、乙成分的制备：

按下述重量称取各原料：

水8kg、AD-301T溶液（涂-4杯浓度12s）0.5Kg、硅酸钾溶液（其中，溶质为二氧化硅与氧化钾，溶剂为水，二氧化硅与氧化钾之比为5.7:1，浓度为30%）17Kg、水解金刚粉（粒度1200目）2.5Kg、石英粉（粒度1250目）1.5Kg，碳酸钙粉（粒度1250目）0.5Kg、碳纤维粉（粒度500目）1Kg，三氧化二铝粉（粒度1250目）0.2Kg、二氧化锆粉（粒度1250目）0.5Kg、碳化硅粉（粒度1250目）0.5Kg、氧化锌粉（粒度1250目）0.2Kg、三氧化二镜粉（粒度1250目）0.5Kg、碳黑粉（粒度1250目）0.5Kg、锌粉（粒度500目）0.3Kg、AD-340W溶液（涂-4杯浓度60s）0.4Kg、AD-350D溶液（涂-4杯浓度25s）0.5Kg、AD-320T溶液（涂-4杯浓度25s）0.2Kg、纯丙烯酸乳液（涂-4杯浓度35s）0.2Kg。

在常温常压下进行以下步骤：

（1）按所述重量百分比将水、AD-310T溶液和硅酸钾溶液倒入容器中，搅拌为混合液，搅拌速度为3500r/min，搅拌时间25min；

（2）按所述重量百分比将水解金刚粉、石英粉、碳酸钙粉、碳纤维粉、三氧化二铝粉、二氧化锆粉、碳化硅粉、氧化锌粉、三氧化二镱粉、碳黑粉和锌粉加入上述混合液中，调整转速至4000r/min，搅拌时间30min；

（3）再所述重量百分比加入AD-340W溶液、AD-350D溶液和AD-320T溶液，调整搅拌速度为200/min,搅拌30min；

（4）然后按所述重量百分比添加纯丙烯酸乳液，边加入搅拌，搅拌速度200r/min，全部加入后，继续搅拌20min，得到混合浆料；

以此配方生产的涂料，漆膜干燥时间快（表干15min，实干30min），附着力强、表面硬度高、耐冲击性强，耐酸性、耐碱性、耐盐性、耐盐雾性、耐候性、抗紫外线等性能优异，在600℃条件下抗震效果明显。

以下是本发明实施例1、实施例2和实施例3所制备的产品在国家建筑材料测试中心检验的各项指标结果：

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

1.一种复合陶瓷涂料，由重量比55～65:45～35的甲成分和乙成分构成，甲成分和乙成分分别放置，使用时混合，其特征在于：

A、所述甲成分中各组分占复合陶瓷涂料总重量百分比为：

硅酸钾溶液 10%～12%

锌粉 50%～55%

B、所述乙成分中各组分占复合陶瓷涂料总重量百分比为：

水 5%～8%

AD-310T溶液 0.5%～1%，涂-4杯粘度12～18s

硅酸钾溶液 17%～19%

水解金刚粉 2.5%～3.5%

石英粉 1.5%～2%

碳酸钙粉 0.5%～1%

碳纤维粉 1%～1.5%

三氧化二铝粉 0.2%～0.5%

二氧化锆粉 0.2%～0.5%

碳化硅粉 0.5%～1%

氧化锌粉 0.2%～0.5%

三氧化二镱粉 0.5%～1%

碳黑粉 0.5%～1%

锌粉 0.3%～0.5%

AD-340W溶液 0.2%～0.5%，涂-4杯粘度60～80s

AD-350W溶液 0.2%～0.5%，涂-4杯粘度25～60s

3D-320T溶液 0.2%～0.5%，涂-4杯粘度25～40s

纯丙烯酸乳液 0.2%～0.5%，涂-4杯粘度35～120s。

2.如权利要求1所述复合陶瓷涂料，其特征在于：硅酸钾溶液为质量浓度25%～35%的二氧化硅与氧化钾混合液，二氧化硅与氧化钾的质量比为5.2:1～5.7:1。

3.如权利要求1所述复合陶瓷涂料，其特征在于：甲成分中，锌粉粒度为500目～1200目；乙成分中，水解金刚粉粒度为1200目～1500目；碳纤维粉粒度为500目～800目，三氧化二铝粉粒度为1250目～1500目，二氧化锆粉粒度为1250目～1500目，碳化硅粉粒度为1250目～3000目，碳黑粉粒度为1250目～3000目，锌粉粒度为500目～1200目。

4.一种如权利要求1或2所述复合陶瓷涂料的制备方法，包括以下步骤；

⑵、制备乙成分：

⑶、按重量比混合均匀甲成分和乙成分，在24小时内使用。

5.一种如权利要求1或2所述复合陶瓷涂料的应用，其特征在于：将复合陶瓷涂料涂刷物件表面，在85℃～200℃干燥10min～30min,再在300℃～500℃下烘烤30min～60min。