CN110629216B

CN110629216B - 一种钢板防热辐射涂层制备方法

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Publication number: CN110629216B
Application number: CN201910857010.XA
Authority: CN
Inventors: 周建安; 李数; 王宝
Original assignee: Wuhan Yuju Technology Co ltd; Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan Yuju Technology Co ltd
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2022-04-26
Anticipated expiration: 2039-09-11
Also published as: CN110629216A

Abstract

本发明公开了一种钢板防热辐射涂层制备方法，是将金属粉末分散于极性表面活性剂溶液中形成金属粉末乳液，然后通过冷喷涂法或等离子体喷涂法涂覆至热轧钢板表面，并在热轧钢板的高温作用下使金属粉末熔融后固化成膜。本发明的防热辐射涂层具有成膜物质表面光滑、附着力强且具有良好的防热辐射、耐高温性能；同时本发明通过喷涂法制备防热辐射涂层后无需加热便可固化成膜，可大大节省能源；且喷涂工艺操作简单、可靠性高、膜层厚度简单可控、对环境无污染、对操作人员无损害，具备广阔的应用前景。

Description

一种钢板防热辐射涂层制备方法

技术领域

本发明涉及防辐射技术领域，尤其涉及一种钢板防热辐射涂层制备方法。

背景技术

随着时代不断发展，我国社会经济逐渐转型，促使各个领域创新发展，钢材的应用越来越广泛，以满足当前的需求；但受钢材自身的性质及其他因素的影响，钢材长时间暴露在空气中容易因热辐射导致表面原子和氧发生化合反应，生成氧化物，即铁锈，这种现象在酸碱盐环境下更为显著，热辐射除了会使钢结构的表面出现锈蚀，还会造成应力集中，导致钢结构在到达寿命前破坏，特别是在受到反复冲击作用后，将进一步减小疲劳强度，产生脆性断裂；可见，钢结构锈蚀会对建筑安全造成危害，有可能引发巨大经济损失或伤亡事故，因此，应科学采取有效的防辐射措施对钢材进行防辐射，优化钢材的性能。

现阶段，热浸锌、热喷涂与油漆防辐射是现阶段钢结构防辐射最主要的方法，其自身具有较强的防辐射优点，例如，防辐射效果良好、防辐射时间长、镀层较为均匀等，但在实际的应用过程中，热浸锌会受到渡槽容积等因素的限制，无法适用于大尺寸钢结构，而且无法在施工现场进行，仅可以在指定的地点进行，使运输费用增加，且经热浸锌工艺加工存在加热和冷却的过程，致使钢材变形较大；油漆防辐射中油漆涂层会发生老化与粉化，导致保护作用不断减弱，而且在涂层表面存在很多微针孔，长时间暴露在外，水分子及氯离子会由孔进入，对内部的基本金属造成腐蚀，使外部的油漆层产生剥落，防辐射性能较差；热喷涂可适用于熔点较高的钢材，但在喷镀过程中需消耗大量的热能，提高成本。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种钢板防防热辐射涂层制备方法，是在热轧钢板表面通过冷喷涂法或等离子体喷涂法制备一层金属薄膜对钢板起到防辐射保护。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种钢板防热辐射涂层制备方法。是将金属粉末分散于极性表面活性剂溶液中形成金属粉末乳液，然后通过喷涂法涂覆至热轧钢板表面，并在热轧钢板的高温作用下使金属粉末熔融后固化成膜。本发明的防热辐射涂层具有工艺操作简单、膜层厚度简单可控、成膜性好、附着力强且防热辐射、耐高温性能好的优点。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种钢板防热辐射涂层制备方法的制备方法，包括如下步骤：

S1、将金属粉末分散于极性表面活性剂溶液中形成金属粉末乳液；

S2、利用静电除尘器给热轧钢板表面除尘；

S3、在步骤S2制备得到的热轧钢板表面喷涂涂覆金属粉末乳液，并在热轧钢板的高温作用下使金属粉末熔融后固化成膜。

优选的，所述的金属粉末为铝粉、铜粉或银粉中的一种或多种组合。

优选的，所述的金属粉末为片状、鳞片状、球状或其混合物；金属粉末的粒度为100-500nm。

优选的，所述极性表面活性剂的质量浓度为1～5％。

优选的，金属粉末加入到极性表面活性剂溶液中后，通过超声分散，形成黏度为10～20Pa·s的乳液。

优选的，所述涂覆方法为冷喷涂法或等离子体喷涂法中的一种。

进一步的，步骤S3中，所述涂覆方法为冷喷涂方法，所述冷喷涂的工作气体为压缩空气，压力为0.6MPa～0.8MPa，冷喷涂气体预热温度为400～600℃，送粉距离为10mm，喷嘴相对移动速度为600～1000mm/min。

进一步的，所述等离子体喷涂法的工艺条件为：送粉流量为10～30g/min，电压为50～120V，送粉速度为550～600m/s，喷涂距离为80～120mm，喷枪移动速度为0.7～1.2m/s，喷涂角度45～90⁰，等离子喷涂道数为3～4次。

优选的，步骤S3中，固化成膜的厚度为0.1～10μm。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明提供的防热辐射涂层使用的金属粉末含量低，可降低成本；在制备过程中将金属粉末分散于极性表面活性剂溶液中，并通过超声分散配制成黏度为10～20Pa·s的乳液，通过超声分散的方式金属粉末在乳液中分散更加均匀，喷涂的防热辐射涂层表观效果及防热辐射及耐高温性能更好。

(2)本发明采用冷喷涂法或者等离子体喷涂法制备防热辐射涂层，涂层的微观结构良好，物理特性稳定，喷涂涂层与基材结合强度高且厚度可控，具有优异的防热辐射性能，且喷涂工艺操作简单、可靠性高、膜层厚度可控、对环境无污染、对操作人员无损害。

附图说明

图1中(a)、(b)分别为本实施例制得的钢板防热辐射涂层表面的SEM形貌图和TEM图。

图2为实施例1～5制得的防热辐射涂层对热轧钢板防热辐射性能的影响结果。

图3为实施例6～9制得的防热辐射涂层对热轧钢板防热辐射性能的影响结果。

图4为实施例10～11制得的防热辐射涂层对热轧钢板防热辐射性能的影响结果。

图5为实施例12～15制得的防热辐射涂层对热轧钢板防热辐射性能的影响结果。

图6为实施例16～19制得的防热辐射涂层对热轧钢板防热辐射性能的影响结果。

图7为实施例20～23制得的防热辐射涂层对热轧钢板防热辐射性能的影响结果。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明；除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

本发明以下具体实施方式中，所述的金属粉末为铝粉、铜粉或银粉中的一种或多种组合，粒径为100-500nm，其形状为片状、粒状或者是鳞片状。

实施例1

S1、将铝粉分散于质量浓度为2％的十二烷基苯磺酸钠水溶液中，通过超声充分分散，形成黏度为15Pa·s的金属粉末乳液；

S2、利用静电除尘器给热轧钢板表面除尘；

S3、在步骤S2制备得到的热轧钢板表面通过冷喷涂方法喷涂涂覆金属粉末乳液，并在热轧钢板的高温作用下热固化成厚度为5μm的膜；其中，所述冷喷涂的工作气体为压缩空气，压力为0.7MPa，冷喷涂气体预热温度为500℃，送粉距离为10mm，喷嘴相对移动速度为800mm/min。

图1中(a)、(b)分别为本实施例制得的钢板防热辐射涂层表面的SEM形貌图和TEM图，从图中可以看出，防热辐射涂层表现出明显的双重结构，涂层有完全熔化和巍峨熔化部分组成，未熔化部分尺寸保持纳米结构并镶嵌在熔化部分之间，从而在钢板表面形成均匀致密的防热辐射涂层膜。

实施例2-11

实施例2-11提供一种钢板防热辐射涂层制备方法的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于，改变步骤S3中，冷喷涂方法的条件参数，其他操作均相同，在此不再赘述，具体实验条件参数如下表所示。

实施例12-15

实施例12-15提供一种钢板防热辐射涂层制备方法的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于，改变步骤S3中，热固化成膜厚度，其他操作均相同，在此不再赘述，具体实验条件参数如下表所示。

实施例	膜的厚度(μm)
		12	0.05
13	0.1
		14	10
15	12

实施例16-19

实施例16-19提供一种钢板防热辐射涂层制备方法的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于，改变步骤S1中，金属粉末乳液粘度，其他操作均相同，在此不再赘述，具体实验条件参数如下表所示。

实施例20-23

实施例20-23提供一种钢板防热辐射涂层制备方法的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于，改变步骤S1中，极性表面活性剂溶液的质量浓度，其他操作均相同，在此不再赘述，具体实验条件参数如下表所示。

实施例	质量浓度(％)
		20	1
21	5
		22	0.8
23	6

实施例24

实施例24提供一种钢板防热辐射涂层制备方法的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于，步骤S3中，采用等离子体喷涂法喷涂涂覆金属粉末乳液，所述等离子体喷涂法的工艺条件为：送粉流量为20g/min，电压为80V，送粉速度为580m/s，喷涂距离为100mm，喷枪移动速度为1.0m/s，喷涂角度60⁰，等离子喷涂道数为3次。

实施例25-27

实施例25-27提供一种钢板防热辐射涂层制备方法的制备方法，与实施例24相比，不同之处在于，改变步骤S3中所述等离子体喷涂法工艺条件中等离子喷涂道数，其他操作均相同，在此不再赘述，具体实验条件参数及喷涂后制得的防辐射涂层钢板在3.5％NaCl溶液中的腐蚀电位与腐蚀电流密度值如下表所示。

对比上表中结果可知，改变本发明等离子体喷涂工艺过程中的喷涂道次会对制得的防热辐射涂层钢板的防腐蚀性能产生显著影响，当喷涂道次为3～4次时，制得的防热辐射涂层钢板具有较好的防腐蚀性能；对比实施例24～25与实施例26制得的防热辐射涂层钢板在3.5％(wt.)NaCl溶液中的腐蚀电位及腐蚀电流密度数值，从腐蚀电流密度来看，等离子喷涂处理后钢板涂层的腐蚀电流明显小于未进行等离子喷涂处理钢板样品，说明本发明经过等离子喷涂法对热轧钢板处理后，热轧钢板的耐腐蚀性能明显增强。

对实施例1-23制得的表面覆防热辐射涂层的轧钢板进行抗热辐射性能测试，抗热辐射性能实验采用加速涂盐法，在表面覆防热辐射涂层的轧钢板的其中一个10mm×10mm表面上，涂刷75％Na₂SO₄+25％NaCl(质量分数)的饱和水溶液，涂盐量约为2mg/cm²，随后将涂过盐的试样放到箱式电阻炉中进行1000℃热辐射，确定热辐射保温时间分别为10h、30h、50h、100h、200h、300h、400h、500h,每次热辐射保温后在去离子水中浸煮15min以去除残留盐份，热辐射过程中,同时放入一个不涂盐试样,以去除未涂盐的另外五个面对实验结果的影响，采用电子天平对试样进行称重后,再次涂盐进行下一个热辐射循环,热辐射总时间为500h，不同实施例制得的防热辐射涂层对热轧钢板的抗热辐射性能影响结果如图1～6所示。

图2为实施例1～5制得的防热辐射涂层对热轧钢板防热辐射性能的影响结果，由图中结果可知，随着步骤S3中冷喷涂压力的增大，制得的防热辐射涂层的防热辐射性能增强，当压力达到0.7MPa后再进一步增大冷喷涂过程中压力对提升防热辐射涂层的性能影响不大。因此，综合考虑各方面因素，本发明选定冷喷涂过程中压力为0.6～0.8MPa，在此范围内制得的防热辐射涂层均具有较好的防热辐射性能。

图3为实施例6～9制得的防热辐射涂层对热轧钢板防热辐射性能的影响结果，由图中结果可知，随着步骤S3中冷喷涂预热温度的升高，制得的防热辐射涂层的防热辐射性能增强，但当预热温度达到500℃后再进一步升高冷喷涂过程中预热温度对提升防热辐射涂层的性能影响不大。因此，综合考虑各方面因素，本发明选定冷喷涂过程中预热温度为400～600℃，在此范围内制得的防热辐射涂层均具有较好的防热辐射性能。

图4为实施例10～11制得的防热辐射涂层对热轧钢板防热辐射性能的影响结果，由图中结果可知，改变步骤S3中冷喷涂过程中喷嘴相对移动速度，对制得的防热辐射涂层的防热辐射性能影响较小，实验过程中发现冷喷涂过程中喷嘴移动速度过慢会导致喷涂时间耗时较长影响喷涂效率；但喷嘴相对移动速度过快会导致制得的防热辐射涂层膜的质量不佳，因此本发明将喷嘴相对移动速度控制在600～1000mm/min内，在此限定范围内制得的防热辐射涂层均具有较好的防热辐射性能。

图5为实施例12～15制得的防热辐射涂层对热轧钢板防热辐射性能的影响结果，由图中结果可知，随着步骤S3中热固化膜厚度的增加，制得的防热辐射涂层的防热辐射性能显著增强，但是当热固化后膜厚度达到5μm后再进一步增加膜厚度制得的防热辐射涂层的防热辐射性能无显著变化。因此，从节省成本的角度考虑，本发明优选为将热固化后膜的厚度控制为5μm。

图6为实施例16～19制得的防热辐射涂层对热轧钢板防热辐射性能的影响结果，由图中结果可知，随着步骤S1中金属粉末乳液粘度的增大，制得的防热辐射涂层的防热辐射性能增强，当金属粉末乳液粘度达到15Pa·s后进一步增大金属粉末乳液粘度，制得的防热辐射涂层的防热辐射性能反而降低。这可能是由于金属粉末乳液粘度过低时，通过冷喷涂法涂覆至热轧钢板表面的金属粉末含量太少，且此状态下金属粉末乳液流动性太大导致防热辐射涂层膜不均匀，因此其防热辐射性能较低；但当金属粉末乳液粘度过高时，金属粉末在乳液中分散不均匀，喷涂后在热轧钢板表面的成膜性不佳，因此防热辐射性能降低。因此，本发明优选将防热辐射涂层膜的厚度控制在0.1～10μm，在此厚度范围内，热轧钢板均具有较好的防热辐射性能。

图7为实施例20～23制得的防热辐射涂层对热轧钢板防热辐射性能的影响结果，由图中结果可知，随着步骤S1中极性表面活性剂的质量浓度的增大，制得的防热辐射涂层的防热辐射性能显著增强，但是当极性表面活性剂质量浓度达到3％后再进一步加大极性表面活性剂质量浓度制得的防热辐射涂层的防热辐射性能略有降低，这可能是由于记性表面活性剂质量浓度过高时，金属粉末乳液润滑性过高，因此在热轧钢板表面的附着力降低，从而导致防热辐射性能下降。因此，从节省成本的角度考虑，本发明优选质量浓度为3％的十二烷基苯磺酸钠水溶液作为金属粉末分散剂。

以上所述，仅为本发明的说明实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，做出的若干改进和补充也应视为本发明的保护范围；凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，利用以上所揭示的技术内容做出的些许更改、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所做的任何等同变化的更改、修饰与演变，均仍属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种钢板防热辐射涂层制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S2、利用静电除尘器给热轧钢板表面除尘；

S3、在步骤S2制备得到的热轧钢板表面喷涂涂覆金属粉末乳液，并在热轧钢板的高温作用下使金属粉末熔融后固化成膜，得到的防热辐射涂层表现出由完全熔化和未熔化部分组成的双重结构，未熔化部分尺寸保持纳米结构并镶嵌在熔化部分之间；

所述极性表面活性剂的质量浓度为1～5％；

金属粉末加入到极性表面活性剂溶液中后，通过超声分散，形成黏度为10～20Pa·s的乳液；

所述的金属粉末为片状、鳞片状、球状或其混合物；金属粉末的粒度为100-500nm；

步骤S3中，所述涂覆方法为冷喷涂法或等离子体喷涂法中的一种；

所述冷喷涂法的工作气体为压缩空气，压力为0.6MPa～0.8MPa，冷喷涂气体预热温度为400～600℃，送粉距离为10mm，喷嘴相对移动速度为600～1000mm/min；

所述等离子体喷涂法的工艺条件为：送粉流量为10～30g/min，电压为50～120V，送粉速度为550～600m/s，喷涂距离为80～120mm，喷枪移动速度为0.7～1.2m/s，喷涂角度45～90°，等离子喷涂道数为3～4次。

2.根据权利要求1所述的一种钢板防热辐射涂层制备方法，其特征在于，所述的金属粉末为铝粉、铜粉或银粉中的一种或多种组合。

3.根据权利要求1所述的一种钢板防热辐射涂层制备方法，其特征在于，步骤S3中，固化成膜的厚度为0.1～10μm。