CN109627813B - 一种高温金属防腐涂层材料及其制备方法 - Google Patents

一种高温金属防腐涂层材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于功能材料技术领域，尤其涉及一种高温金属防腐涂层材料及其制备方法，所述防腐涂层浆料制备方法包括以下步骤：步骤一：将SiC粉体加入旋转管式炉中，在空气或氧气氛围下，从室温升温至设定温度后恒温旋转煅烧，自然冷却，得到在SiC粉体颗粒表面包裹SiO2层的核壳结构复合粉体；步骤二：将步骤一中的核壳结构复合粉体加入到工业铝溶胶中搅拌分散；步骤三：向步骤二中的混合溶液中加入二氧化硅纤维，进行超声分散，得到防腐涂层浆料。本发明提供一种在工作环境温度＞900℃时，生成莫来石增强相，涂层与金属基体结合强度，抗压强度大，具有优异的抗热震性能和防腐效果的高温金属防腐涂层材料及其制备方法。

Description

一种高温金属防腐涂层材料及其制备方法
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，尤其涉及一种高温金属防腐涂层材料及其制备方法。
背景技术
现有技术和缺陷：
金属高温腐蚀是由于金属在高温环境下跟周围介质发生化学反应，引起金属破坏的过程，特别是恶劣的工作环境中。金属高温腐蚀主要表现在以下几个方面：(1)高温气态介质腐蚀(O2，Cl2，SO2，H2S，HCl等)；(2)高温液态介质腐蚀(硝酸盐、硫酸盐和氯化物等)；(3)高温固体介质腐蚀(固态燃灰及燃烧残余物中的各种金属氧化物、非金属氧化物和盐的固态颗粒)。
耐高温金属涂层产品目前主要分为有机类和无机类两大类。有机类耐高温金属防腐涂层主要为有机硅类，但有机涂料耐高温性能有限(＜300℃)且不抗老化，而且其涂层中的有机溶剂大多对人体有害。无机耐高温防腐涂层具有耐高温、耐腐蚀性好、耐久性好、不污染环境施工方便等优点已经逐渐替代有机防腐涂料。传统无机类耐高温金属防腐涂层如硅酸盐耐高温防腐涂层以及磷酸盐耐高温防腐涂层等在工作环境温度＞900℃时，涂层与基体结合强度、抗压强度以及抗热震性能均有所下降，影响涂层的防腐效果。
解决上述技术问题的难度和意义：
因此，基于这些问题，提供一种在工作环境温度＞900℃时，生成莫来石增强相，涂层与金属基体结合强度大，抗压强度高，具有优异的抗热震性能和防腐效果的高温金属防腐涂层材料及其制备方法具有重要的现实意义。
发明内容
本发明目的在于为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种在工作环境温度＞900℃时，生成莫来石增强相，涂层与金属基体结合强度大，抗压强度高，具有优异的抗热震性能和防腐效果的高温金属防腐涂层材料。
本发明另一目的在于为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种在工作环境温度＞900℃时，生成莫来石增强相，涂层与金属基体结合强度大，抗压强度高，具有优异的抗热震性能和防腐效果的高温金属防腐涂层材料的制备方法。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种高温金属防腐涂层材料，所述高温金属防腐涂层材料包括按质量比为(15～30)：(65～80)：(5～1)的核壳结构复合粉体、工业铝溶胶和二氧化硅纤维，所述核壳结构复合粉体为具有SiC内核，表面包裹SiO2层的核壳结构粉体。
一种高温金属防腐涂层材料的制备方法，所述高温金属防腐涂层材料的制备方法用于制备上述所述的高温金属防腐涂层材料，所述高温金属防腐涂层材料的防腐涂层浆料制备方法包括以下步骤：
步骤一：将SiC粉体加入旋转管式炉中，在空气或氧气氛围下，从室温升温至设定温度后恒温旋转煅烧，自然冷却，得到在SiC粉体颗粒表面包裹SiO2层的核壳结构复合粉体；
步骤二：将步骤一中的核壳结构复合粉体加入到工业铝溶胶中搅拌分散；
步骤三：向步骤二中的混合溶液中加入二氧化硅纤维，进行超声分散，得到防腐涂层浆料。
本发明还可以采用以下技术方案：
在上述的高温金属防腐涂层材料的制备方法中，进一步的，所述步骤一中SiC粉体颗粒粒径为0.5～100μm，旋转管式炉恒速旋转速率为5～30r/min。
在上述的高温金属防腐涂层材料的制备方法中，进一步的，所述步骤一中升温速率为5～15℃/min，恒温旋转煅烧温度为800～1200℃，煅烧时间为3～24h。
在上述的高温金属防腐涂层材料的制备方法中，进一步的，所述步骤二中工业铝溶胶固含量为15～30％，搅拌分散时间为1～10h。
在上述的高温金属防腐涂层材料的制备方法中，进一步的，所述步骤三中加入的二氧化硅纤维直径为0.2～3μm，长径比为50～200，超声分散时间为30～120min。
在上述的高温金属防腐涂层材料的制备方法中，进一步的，所述步骤二和步骤三中加入的核壳结构复合粉体、工业铝溶胶和二氧化硅纤维质量比为(15～30)：(65～80)：(5～1)。
在上述的高温金属防腐涂层材料的制备方法中，进一步的，在所述步骤三之后增加以下步骤：
步骤四：将步骤三中的防腐涂层浆料涂刷或者喷涂到金属基体上，进行常温干燥；
步骤五：将干燥后的涂有防腐涂层浆料的金属基体放入马弗炉中升温至设定温度进行恒温煅烧，自然冷却后，在金属基体表面形成一层具有莫来石增强相的耐高温金属防腐涂层材料。
在上述的高温金属防腐涂层材料的制备方法中，进一步的，所述步骤四中涂刷或者喷涂到金属基体上的涂层厚度为50～300μm。
在上述的高温金属防腐涂层材料的制备方法中，进一步的，所述步骤五中马弗炉升温速率为0.5～5℃/min，恒温煅烧温度为900～1300℃，煅烧时间为3～24h。
综上所述，本发明具有以下优点和积极效果：
本发明采用了创新性制备工艺，与现有技术相比，本发明采用SiC颗粒表面生成SiO2层，形成核壳结构复合粉体，然后利用铝溶胶在高温下与SiC颗粒表面生成的SiO2层反应形成莫来石增强相，大幅提高了粘结剂与填料颗粒，以及涂层与基体的结合强度，形成致密防腐层，解决了无机防腐涂层材料在高温环境下与基体的结合强度、涂层抗压强度以及抗热震性能下降的问题，本发明操作工艺流程简便、可控性好，具有广阔的市场应用前景。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，详细说明如下：
一种高温金属防腐涂层材料的制备方法，包括以下工艺过程：
步骤一：将SiC粉体加入旋转管式炉中，在空气或氧气氛围下，从室温升温至设定温度后恒温旋转煅烧，自然冷却，得到在SiC粉体颗粒表面包裹SiO2层的核壳结构复合粉体；
步骤二：将上述核壳结构复合粉体加入到工业铝溶胶中搅拌分散；
步骤三：向步骤二中加入二氧化硅纤维，超声分散得到防腐涂层浆料；
步骤四：将上述浆料涂刷或者喷涂到金属基体上，常温干燥；
步骤五：将干燥后的涂有防腐涂层的金属基体放入马弗炉中升温至设定温度恒温煅烧，自然冷却后在金属基体表面形成一层耐高温金属防腐涂层材料。
实施例1：
首先，将粒径为0.5μm的SiC粉体加入旋转管式炉中，在空气或氧气氛围下，从室温以5℃/min的升温速率升至800℃，以5r/min的旋转速率恒速恒温旋转煅烧，煅烧24h后自然冷却，得到在SiC粉体颗粒表面包裹SiO2层的核壳结构复合粉体。
再将上述核壳结构复合粉体加入到固含量为30％的工业铝溶胶中搅拌分散1h。
向上述体系中加入直径为0.2μm，长径比为200的二氧化硅纤维，超声分散30min得到防腐涂层浆料。以上步骤中加入的核壳结构复合粉体、铝溶胶和二氧化硅纤维质量比为15：80：5。
然后将上述浆料涂刷或者喷涂到金属基体上，涂层厚度为50μm，常温自然干燥。
最后将干燥后的涂有防腐涂层的金属基体放入马弗炉中，以0.5℃/min的升温速率升至900℃恒温煅烧12h，自然冷却后在金属基体表面形成一层耐高温金属防腐涂层材料。
如表1所示，以下是本发明实施例1制备的耐高温金属防腐涂层材料性能指标：
表1：耐高温金属防腐涂层材料性能指标
Figure GDA0001963420270000041
Figure GDA0001963420270000051
实施例2：
一种高温金属防腐涂层材料的制备方法，包括以下工艺过程：
首先，将粒径为100μm的SiC粉体加入旋转管式炉中，在空气或氧气氛围下，从室温以15℃/min的升温速率升至1200℃，以30r/min的旋转速率恒速恒温旋转煅烧，煅烧3h后自然冷却，得到在SiC粉体颗粒表面包裹SiO2层的核壳结构复合粉体。
再将上述核壳结构复合粉体加入到固含量为30％的工业铝溶胶中搅拌分散2h。
向上述体系中加入直径为0.2μm，长径比为200的二氧化硅纤维，超声分散30min得到防腐涂层浆料。以上步骤中加入的核壳结构复合粉体、铝溶胶和二氧化硅纤维质量比为30：68：2。
然后将上述浆料涂刷或者喷涂到金属基体上，涂层厚度为100μm，常温自然干燥。
最后将干燥后的涂有防腐涂层的金属基体放入马弗炉中，以5℃/min的升温速率升至1300℃恒温煅烧3h，自然冷却后在金属基体表面形成一层耐高温金属防腐涂层材料。
实施例3：
一种高温金属防腐涂层材料的制备方法，与实施例1基本相同。不同之处在于，采用直径为3μm，长径比为50的二氧化硅纤维。
加入长径比小的二氧化硅纤维，虽然涂层的柔韧性有所降低，但涂层的硬度会得到提高。
实施例4：
一种高温金属防腐涂层材料的制备方法，与实施例1基本相同。不同之处在于，采用固含量为15％的工业铝溶胶。
实施例5：
一种高温金属防腐涂层材料的制备方法，与实施例1基本相同。不同之处在于，浆料涂刷或者喷涂到金属基体上的涂层厚度为300μm。
防腐涂层厚度增加，可进一步延长腐蚀性介质进入到金属基材底部的时间，提高涂层的防腐效果。
实施例6：
一种高温金属防腐涂层材料的制备方法，包括以下工艺过程：
首先，将粒径为30μm的SiC粉体加入旋转管式炉中，在空气或氧气氛围下，从室温以10℃/min的升温速率升至1000℃，以15r/min的旋转速率恒速恒温旋转煅烧，煅烧20h后自然冷却，得到在SiC粉体颗粒表面包裹SiO2层的核壳结构复合粉体。
延长SiC粉体在旋转管式炉中的煅烧时间，可以相应增加SiC粉体表面所包裹的SiO2层厚度。
再将上述核壳结构复合粉体加入到固含量为20％的工业铝溶胶中搅拌分散10h。
向上述体系中加入直径为0.2μm，长径比为100的二氧化硅纤维，超声分散120min得到防腐涂层浆料。以上步骤中加入的核壳结构复合粉体、铝溶胶和二氧化硅纤维质量比为30：65：5。
然后将上述浆料涂刷或者喷涂到金属基体上，涂层厚度为300μm，常温自然干燥。
最后将干燥后的涂有防腐涂层的金属基体放入马弗炉中，以2℃/min的升温速率升至1300℃恒温煅烧24h，自然冷却后在金属基体表面形成一层耐高温金属防腐涂层材料。
实施例7：
一种高温金属防腐涂层材料的制备方法，与实施例6基本相同。不同之处在于，加入的核壳结构复合粉体、铝溶胶和二氧化硅纤维质量比为20：79：1。
实施例8：
一种高温金属防腐涂层材料的制备方法，与实施例6基本相同。不同之处在于，浆料涂刷或者喷涂到金属基体上的涂层厚度为100μm。
实施例9：
一种高温金属防腐涂层材料的制备方法，与实施例6基本相同。不同之处在于，干燥后的涂有防腐涂层的金属基体放入马弗炉中1100℃恒温煅烧10h。
本发明中所使用的二氧化硅纤维是起到涂层增韧的作用，即提高耐高温金属防腐涂层材料的抗开裂性能，使涂层在高温下不易开裂和剥落。此外，与现有技术中采用铝溶胶作为粘结剂的粘结机理不同之处在于，本发明中的铝溶胶是与SiC粉末表面氧化得到的SiO2层进行反应生成莫来石相而起到粘结作用，而不仅仅是铝溶胶基团与颗粒表面形成的粘结作用。这种利用铝溶胶在高温下与SiC颗粒表面生成的SiO2层反应形成莫来石增强相，大幅提高了粘结剂与填料颗粒，以及涂层与基体的结合强度，形成致密防腐层，解决了无机防腐涂层材料在高温环境下与基体的结合强度、涂层抗压强度以及抗热震性能下降的问题。
综上所述，本发明可提供一种在工作环境温度＞900℃时，生成莫来石增强相，涂层与金属基体结合强度大，抗压强度高，具有优异的抗热震性能和防腐效果的高温金属防腐涂层材料及其制备方法。
以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种高温金属防腐涂层材料，其特征在于：所述高温金属防腐涂层材料包括按质量比为(15～30)：(65～80)：(5～1)的核壳结构复合粉体、工业铝溶胶和二氧化硅纤维，所述核壳结构复合粉体为具有SiC内核，表面包裹SiO2层的核壳结构粉体，所述工业铝溶胶在900～1300℃温度下与SiC颗粒表面生成的SiO2层反应形成莫来石增强相；
所述高温金属防腐涂层材料根据以下步骤制备：
步骤一：将SiC粉体加入旋转管式炉中，在空气或氧气氛围下，从室温升温至设定温度后恒温旋转煅烧，自然冷却，得到在SiC粉体颗粒表面包裹SiO2层的核壳结构复合粉体；
步骤二：将步骤一中的核壳结构复合粉体加入到工业铝溶胶中搅拌分散；
步骤三：向步骤二中的混合溶液中加入二氧化硅纤维，进行超声分散，得到防腐涂层浆料；
步骤四：将步骤三中的防腐涂层浆料涂刷或者喷涂到金属基体上，进行常温干燥；
步骤五：将干燥后的涂有防腐涂层浆料的金属基体放入马弗炉中升温至设定温度进行恒温煅烧，自然冷却后，在金属基体表面形成一层具有莫来石增强相的耐高温金属防腐涂层材料。
2.一种根据权利要求1所述的高温金属防腐涂层材料的制备方法，其特征在于：所述高温金属防腐涂层材料的方法包括以下步骤：
步骤一：将SiC粉体加入旋转管式炉中，在空气或氧气氛围下，从室温升温至设定温度后恒温旋转煅烧，自然冷却，得到在SiC粉体颗粒表面包裹SiO2层的核壳结构复合粉体；
步骤二：将步骤一中的核壳结构复合粉体加入到工业铝溶胶中搅拌分散；
步骤三：向步骤二中的混合溶液中加入二氧化硅纤维，进行超声分散，得到防腐涂层浆料。
3.根据权利要求2所述的高温金属防腐涂层材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中SiC粉体颗粒粒径为0.5～100μm，旋转管式炉恒速旋转速率为5～30r/min。
4.根据权利要求2所述的高温金属防腐涂层材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中升温速率为5～15℃/min，恒温旋转煅烧温度为800～1200℃，煅烧时间为3～24h。
5.根据权利要求2所述的高温金属防腐涂层材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中工业铝溶胶固含量为15～30％，搅拌分散时间为1～10h。
6.根据权利要求2所述的高温金属防腐涂层材料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中加入的二氧化硅纤维直径为0.2～3μm，长径比为50～200，超声分散时间为30～120min。
7.根据权利要求2所述的高温金属防腐涂层材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二和步骤三中加入的核壳结构复合粉体、工业铝溶胶和二氧化硅纤维质量比为(15～30)：(65～80)：(5～1)。
8.根据权利要求2所述的高温金属防腐涂层材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤三之后增加以下步骤：
步骤四：将步骤三中的防腐涂层浆料涂刷或者喷涂到金属基体上，进行常温干燥；
步骤五：将干燥后的涂有防腐涂层浆料的金属基体放入马弗炉中升温至设定温度进行恒温煅烧，自然冷却后，在金属基体表面形成一层具有莫来石增强相的耐高温金属防腐涂层材料。
9.根据权利要求8所述的高温金属防腐涂层材料的制备方法，其特征在于：所述步骤四中涂刷或者喷涂到金属基体上的涂层厚度为50～300μm。
10.根据权利要求8所述的高温金属防腐涂层材料的制备方法，其特征在于：所述步骤五中马弗炉升温速率为0.5～5℃/min，恒温煅烧温度为900～1300℃，煅烧时间为3～24h。
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Application publication date: 20190416

Assignee: TIANJIN CEMENT INDUSTRY DESIGN & RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd.

Assignor: TIANJIN SINOMA ENGINEERING RESEARCH CENTER Co.,Ltd.

Contract record no.: X2021120000030

Denomination of invention: The invention relates to a high temperature metal anti-corrosion coating material and a preparation method thereof

Granted publication date: 20201215

License type: Common License

Record date: 20211207

TR01 Transfer of patent right
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Effective date of registration: 20220520

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Patentee after: TIANJIN SINOMA ENGINEERING RESEARCH CENTER Co.,Ltd.

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