CN1084360C - 玻璃质热喷涂成膜材料及其制造方法 - Google Patents

玻璃质热喷涂成膜材料及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种玻璃质热喷涂材料，是以SiO2为主，辅以硼、锂、锶等金属和非金属元素氧化物为原料经熔融、冷却、粉碎、筛分而成，粒度为10～120μm，mp450～750℃，具有玻璃质的特点，与现有材料相比其耐候性、耐腐蚀性、绝缘性、耐温性、耐光性、亲水性能优越。由于加入组分和量可调节，适于在金属、水泥制品，石材及其他非金属基材面上进行热喷涂覆膜，经覆膜的设备、机具、部件、各种建筑物及非金属制品可提高使用质量，延长使用寿命。

Description

玻璃质热喷涂成膜材料及其制造方法
本发明涉及的是用于表面处理的热喷涂材料，特别是含有金属和非金属氧化物的材料及其制造方法。
各种金属材料制造的机械设备及其零部件、各种器具、用品，甚至建筑物等都可以用热喷涂法喷涂一层保护层，就能在使用中适应各种条件，扩大使用范围，延长使用寿命。例如航空、航天所用飞机、火箭、飞船及人造卫星等的表面、喷嘴、发动机尾管等部件都是在坯件上热喷涂氧化铝、锆、钙等材料使其在数千摄氏度高温及巨大温差下正常工作；又如各种泵、轴承、模具及机具等都可以在热喷涂合适材料后能更好满足运作的需要和延长使用寿命。常用的热喷涂材料多为铬、钴、镍、钛、铝等金属或合金、氧化物及碳化物，由于金属属性，其在某些用途中的耐候性、耐温、耐光、耐腐蚀性、绝缘性及亲水等方面的不足使其应用受到一定限制。
本发明针对现有技术中热喷涂材料所存在的不足之处，制造出能满足不同环境和条件下需要的性能更为优异的热喷涂材料。
本发明的热喷涂材料是以SiO2为主的金属和非金属元素氧化物构成的玻璃质材料，其各组成所占配比(W％)为：
  主要成分SiO2         40～65
  辅助成分B2O3        5～30
  Li2O                 5～20
  SrO                   5～20
  添加助剂选自CaO、Al2O3、MgO、Na2O、
  K2O、ZnO、ZrO、SnO2、TiO2、
  BaO、V2O5、MoO、WO3、P2O5、
  CeO2一种或多种        1～25其中SiO2是形成玻璃质的主要成分，用量高能提高耐磨耗性、耐候性和玻璃质保护膜层的性能，但超过65％则溶融时流动性明显降低，增加喷涂难低，增加喷涂难度；低于40％玻璃质保护膜耐候性能明显下降，以40～65％为宜。B2O3过多会降低耐磨耗性，耐候性及耐酸性，但能加快溶速。Li2O加入能提高覆膜硬度、耐腐蚀性(耐酸)和绝缘性、且其膨胀系数较大，可用其加量适当调节热喷涂材料与被覆物间的热膨胀关系，还能降低软化温度和增加表面光泽。SrO可起到助溶作用；降低溶时粘度，SrO热膨胀系数较小，在水泥制品上热喷涂时可适量多加，另外SrO还可提高膜层与被覆物间的结合力。在B2O3、Li2O、SrO的协同作用下，可使热喷涂材料降低溶点和喷涂时粘度。在添加助剂中，CaO可提高化学耐久性，提高硬度、耐磨耗及风化腐蚀性能，还可降低热膨胀系数、防止龟裂和降低粘度；Al2O3可防止分相作用，提高膜层性能，但过多使耐火度升高而增加喷涂时困难；KO2、Na2O适当加入可降低熔点，以0.01～1.0％为宜，过多会使耐水性、耐腐蚀性下降；SnO2可起助熔使用、降低熔时粘度；ZnO适当加量能起助熔作用及增加表面光泽、调节色相和乳浊度，但过多亦能使粘度大为增加，如果ZnO与SrO共存时则增加熔融时流动性，ZnO还能防止或降低喷涂后膜层的收缩度；MgO、ZnO有防止分相相作用，提高膜层性能，但过多则使粘度增加，影响喷涂时的流动性；TiO2、ZrO2和BaO的少量加入会降低耐火度，提高耐酸性；V2O5、P2O5、MoO、CeO少量加入会降低耐火度，可降低热喷涂温度；WO3少量加入会降低耐火度，提高膜层硬度，但添加过多则会在熔融时发生沸腾。为满足各种要求——如颜色、硬度、致密度、平滑度、使用环境及复合不同材质等——还可加入微量Bi、Tl、Y、Cd、Pb、Fe、Mn、Ni、Cu、Co、Cr、Nb、Nd、Pr元素的氧化物。
材料的制造工艺如附图1所示，其方法为：将原料按比要求计量后均匀混合，装入坩锅内，入熔融炉内升温至1200～1500℃熔融，15min～1h后开始冷却至室温，用粉碎机粉碎，筛分取10～120um，亦可制成棒状材料，mp450～750℃，这种材料经喷涂后覆膜的熔度高于1200℃。冷却时为解决非晶质(Americium)问题。最好是在450～700℃间以100℃/h的速度进行缓慢冷却，使材料中产生部分结晶核，热喷涂后其覆膜将形成乳浊状。
本发明的热喷涂材料可以用众所周知的高速火焰喷涂法、电弧喷涂法、等离子喷涂法等方法进行喷涂施工。这种材料经热喷涂后具有玻璃质的特点。平滑、美观、耐候、绝缘、耐腐蚀、耐光照、耐热冲击以及由于摩擦系数小而耐磨性能好，同时由于组分及量的选择可以调节其热膨胀系数和粘结性，可适用于各种金属和相当多的非金属材料的覆膜而不致爆裂和“脱壳”。表1为由各种原料配制成的玻璃质热喷涂材料的性能及适于热喷涂的基材。用本发明的热喷涂材料制成造纸机械所需的含水压轴，使用润湿状态下有良好的剥离性、耐摩耗性、亲水性和耐腐蚀性。在混凝土构件表面喷涂则其表面平滑、色
表1、热喷涂系列材料配合表
 成分/序号   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
 SiO2B2O3Li2O   352523   401816   401816   402510   40267   402514   40258   4027   41257   451816
 SrOAl2O3CaO   1023   423   423   724   913   624   824   422   824   434
 Na2OK2OTiO2 2 1 1 1 152 1 2
 MgOZnOZrO2   1212   1212   32   43   22   33   12   322   222
 SnO2BaOV2O5 2 2 2   23   33   22   33   12   23   2
 MoOWO3P2O5
 CeO2Cr2O3CoOFe2O3 0.5 2 0.50.2
 颜色   蓝   白   棕   浅绿   浅绿   白   白   白   白   蓝绿
 体膨胀系数   476   382   382   362   320   342   300   312   300   383
 线膨胀系数   159   127   127   110   102   112   96   102   98   128
 适应基材   SUS    SS   混凝土制品   SUS   SUS   板岩   石膏   混凝土制品   混凝土制品   板岩
 备注：膨胀系数3a×10-2，各组分含量以重量百分比计。
                                     表1(续)
 成分/序号    11    12    13    14    15    16    17    18    19    20
 SiO2B2O3Li2O    451917    452012    45248    501615    501510    501510    501510    501510    551811    601610
 SrOAl2O3CaO    433    824    1024    633    1022    1023    103    103    8    53
 Na2OK2OTiO2 2 1 1    32    22    211    13    11 2
 MgOZnOZrO2    121    22    12 22 3    23    12    11    211
 SnO2BaOV2O5    12    22 3    12 1    2 1    32    22
 MoOWO3P2O5    2 22
 CeO2Cr2O3CoOFe2O3 0.5    2
 颜色    透明    白    白    蓝    白    白    浅黄    白    白    白
 体膨胀系数    400    326    300    373    300    300    300    308    314    332
 线膨胀系数    133    112    96    124    100    98    98    108    116    114
 适应基材    SS    SS    SS
  备注：膨胀系数3a×10-2，各组分含量以重量百分比计。彩美观，可防风化、腐蚀。在化工生产中，如用本发明的材料对釜、缶、器等的接触物料面进行热喷涂将会起到很好的防腐蚀作用。
本发明提供一种新型的热喷涂材料及其制法。这种热喷涂材料具有现有产品不及的耐候性、耐腐蚀性、绝缘性、耐磨性、耐光性、亲水性；可以任意着色使其外观更美；组分及量的调配可以适用于相当多的基材热喷涂，使其应用范围很广；这种材料的成本较低，使用起来较经济。
                    实例1
玻璃质热喷涂材料的制造，其原料配比为：SiO2       40kg，        B2O3     25kgLi2O       10kg，        SrO         7kgAl2O3     2kg，         CaO         4kgTiO2       2kg，         MgO         3kgZnO         2kg，         SnO2       2kgBaO         3kg，将其粉碎后加至坩锅中，混匀，送入熔融炉中，加温，在1200～1500℃下溶炼30min，取出冷却，在料温为700℃时调节风量使其冷却以100℃/h降温，至450℃时，自然冷却室温，其料取出用粉碎机粉碎，筛分，取粒度为10～80μm料进行热喷涂。
等离子热喷涂机为PLAZJET(TM)-2-200--(Pazjet LTD.FukuokaJapan)
等离子气体：氮气    300L/min
            氢气    120L/min
等离子电流：450A    电压390V
喷涂距离    200～300mm在加热100～300℃的SUS质辊上进行等离子喷涂覆膜2.5mm，经研磨后用于造纸机的抄纸辊下序做为平整辊使用，与电镀辊比寿命提高10倍，其覆膜面如镜面，具有很好的防水性、耐候性、耐光性、耐腐蚀性、耐磨、耐热和绝缘性。
                    实例2
玻璃质热喷涂材料生产，其原料配比为：SiO2        45kg          B2O3     18kgLi2O        16kg          SrO         4kgAl2O3      3kg           CaO         4kgTiO2        2kg           MgO         2kgZnO          2kg           ZrO2       2kgSnO2        2kg           Cr2O3    0.5kgCoO          0.2kg制造如实例1，用于建筑中的奠基石外热喷涂，覆膜厚度1.5mm，呈兰绿色，具有玻璃质感，耐候性强。
                    实例3
   玻璃质热喷涂材料生产的原料配比为：SiO2        60kg          B2O3     16kgLi2O        10kg          SrO         5kgCaO          3kg           TiO2       2kgMgO          2kg           ZnO         1kgZrO2        1kg制法如实例1，用于SS质金属化工用搅拌器热喷涂，用粒度为10～40μm进行等离子的喷涂。层后2.5mm。该玻璃质热喷涂搅拌器用于化学反应中，其寿命比通常的不锈钢材料高5～10倍。

Claims (5)

1、一种热喷涂成膜材料，其特征为含有以SiO2为主的金属和非金属元素氧化物的玻璃质材料，材料中各组分的重量百分含量为：
  SiO2                 40～65
  B2O3                5～30
  Li2O                5～20
  SrO                  5～20
  选自CaO、Al2O3、MgO、Na2O、
  K2O、ZnO、ZrO、SnO2、TiO2、
  BaO、V2O5、MoO、WO3、P2O5、
  CeO2一种或多种        1～25材料为粒度为10～120um粉末和棒状，mp为450～750℃。
2、如权利要求1所述热喷涂材料，其特征为材料中还可含有微量的Bi、Tl、Y、Cd、Pb、Fe、Mn、Ni、Cu、Co、Cr、Nb、Nd、Pr元素的氧化物的一种或多种。
3、如权利要求1热喷涂成膜材料的制备方法，其特征为所使用的原料品种及重量百分配比为：
  SiO2                 40～65
  B2O3                5～30
  Li2O                5～20
  SrO                  5～20
  选自CaO、Al2O3、MgO、Na2O、
  K2O、ZnO、ZrO、SnO2、TiO2、
  BaO、V2O5、MoO、WO3、P2O5、
  CeO2一种或多种        1～25其制备工艺是：按比例将原料均匀地进行混合后，投入熔融炉内，升温，在1200～1500℃熔融15min～1h，冷却至室温后进行粉碎、筛分取10～120um，亦可进而制得棒材。
4、如权利要求3所述热喷涂成膜材料的制备方法，其特征为原料中还可加微量的Bi、Tl、Y、Cd、Pb、Fe、Mn、Ni、Cu、Co、Cr、Nb、Nd、Pr元素的氧化物的一种或多种。
5、如权利要求3所述热喷涂成膜材料的制备方法，其特征为所述的原料经溶融后的冷却中在450～700℃间以100℃/h的速度缓慢冷却。
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