CN111909547A - 一种Si元素改性的磷酸盐防腐涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及磷酸盐防腐涂层领域，具体为一种Si元素改性的磷酸盐防腐涂层及其制备方法。磷酸或无机磷酸盐(如：磷酸铝、磷酸镁、磷酸铬、五氧化二磷、磷酸三甲酯等)为成膜物质，耐高温无机粉末(如：金属硅、氧化硅、碳化硅、硅酸钠、金属铝、磷酸铝、氧化铝、氧化铬、铬酸、磷酸铬、硝酸铬、碳化铬等)为功能填料，按一定比例混合，在金属基材上喷涂制备成无机防腐涂层，随后经过热处理，制备出主要成分为Si元素改性的磷酸盐防腐涂层。本发明将含硅化合物添加入磷酸盐防腐涂层体系中，改进磷酸盐涂层的致密性，提高涂层耐腐性能，其操作简便，成本低，所获涂层与基材相容性好，结合力强，防腐性能良好，是一种很有前景的金属防腐涂层。

Description

一种Si元素改性的磷酸盐防腐涂层及其制备方法
技术领域：
本发明涉及磷酸盐防腐涂层领域，具体为一种Si元素改性的磷酸盐防腐涂层及其制备方法。
背景技术：
航空发动机和工业燃机长期处在高温、高湿、高盐雾等恶劣环境中[1]。在这种苛刻的环境下，金属及其复合材料制备的关键部件常面临严重的腐蚀问题。
无机磷酸盐涂层主要利用无机材料的粘结性质发展起来的一种技术[1]。无机磷酸盐涂层可采用具有粘结性质的高温耐火材料，添加金属、陶瓷和石墨等材料，可广泛应用于现代工业和尖端科学技术领域[2-4]。其次，由于采用粘涂工艺，涂层应力分布均匀、强度高、耐高温性能和抗磨损性能好[4]；涂层制备工艺简单，成本低；配以不同功能的颜料、填料，可以制备出多种防护涂层。不过，当前磷酸盐涂层技术仍然存在涂层有针孔，不致密导致的涂层防腐性能降低的问题。
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发明内容
本发明的目的在于提供一种Si元素改性的磷酸盐防腐涂层及其制备方法，改进磷酸盐防腐涂层的性能，具体为向涂层体系中添加含硅化合物，利用硅元素在涂层中弥散分布，从而改进磷酸盐涂层的致密性，提高涂层耐腐性能的方法。
本发明的技术方案是：
一种Si元素改性的磷酸盐防腐涂层，涂层中包括成膜物质和功能填料，成膜物质为磷酸或无机磷酸盐，功能填料包括硅源、铝源、铬源，其中：
成膜物质来源于但不限于磷酸、磷酸铝、磷酸镁、磷酸铬、五氧化二磷、磷酸三甲酯之一或两种以上，其中的固体粉末粒度范围为0.5微米～100微米；按重量份数计，涂层中P元素含量范围在5份～30份；
硅源来源于但不限于金属硅、氧化硅、碳化硅、硅酸钠之一或两种以上，其中的固体粉末粒度范围为0.5微米～100微米；按重量份数计，涂层中Si元素含量范围在大于0份至10份；
铝源来源于但不限于金属铝、磷酸铝、氧化铝之一或两种以上，其中的固体粉末粒度范围为0.5微米～100微米；按重量份数计，涂层中Al元素含量范围在20份～60份；
铬源来源于但不限于氧化铬、铬酸、磷酸铬、硝酸铬、碳化铬之一或两种以上，其中的固体粉末粒度范围为0.5微米～100微米；按重量份数计，涂层中Cr元素含量范围在5份～30份。
所述的Si元素改性的磷酸盐防腐涂层，优选的，按重量份数计，涂层中P元素含量范围在10份～20份。
所述的Si元素改性的磷酸盐防腐涂层，优选的，按重量份数计，涂层中Si元素含量范围在0.2份～5份。
所述的Si元素改性的磷酸盐防腐涂层，优选的，按重量份数计，涂层中Al元素含量范围在30份～50份。
所述的Si元素改性的磷酸盐防腐涂层，优选的，按重量份数计，涂层中Cr元素含量范围在10份～20份。
所述的Si元素改性的磷酸盐防腐涂层，功能填料中还包括镁源，镁源来源于但不限于氧化镁、氢氧化镁、碳酸镁之一或两种以上，其中的固体粉末粒度范围为0.5微米～100微米；按重量份数计，涂层中Mg元素含量范围在大于0份至20份。
所述的Si元素改性的磷酸盐防腐涂层，优选的，按重量份数计，涂层中Mg元素含量范围在2份～10份。
所述的Si元素改性的磷酸盐防腐涂层的制备方法，将成膜物质和功能填料均匀混合10min～30min后，球磨搅拌0.5h～5h，涂覆到金属基材上，经过热处理，形成Si元素改性的磷酸盐防腐涂层。
所述的Si元素改性的磷酸盐防腐涂层的制备方法，涂覆过程中，采用浸涂、淋涂、刷涂或喷涂。
所述的Si元素改性的磷酸盐防腐涂层的制备方法，热处理过程中，保温温度为150℃～650℃，保温时间为1h～5h。
本发明的设计思想是：
本发明涂层选用磷酸盐为成膜物质，选取含硅物质(如：金属Si粉、氧化硅、碳化硅、硅酸钠等)为硅源，添加金属Al粉、氧化铝、氧化铬等粉末为填料，按一定比例混合，在金属基材上喷涂制备成无机防腐涂层，随后经过热处理，制备出主要成分为Si元素改性的磷酸盐防腐涂层，涂层厚度范围为10微米～150微米。涂层中，Al、Si、P、Cr、Mg、Cu元素均匀分布，Al元素的作用是与基体结合形成过渡层，增强涂层结合力；Si元素的作用是弥散在涂层中，促使涂层中各组分均匀分散；P元素的作用是与其它元素络合形成稳定化合物，增加涂层致密性；Cr元素的作用是与其他元素络合形成稳定化合物，增加涂层致密性；Mg元素的作用是与其它元素络合，增加涂层抗吸湿性；Cu元素的作用是与其他元素络合，增加涂层致密性。从而，综合利用硅元素在涂层中均匀分布，可以提高涂层致密性，降低涂层孔隙率，进而改进磷酸盐涂层耐腐蚀性能。
另外，本发明制备方法将含硅化合物添加入磷酸盐防腐涂层体系中，改进磷酸盐涂层的致密性，提高涂层耐腐性能，该方法操作简便，易于控制，所获涂层与基材相容性好，结合力强，防腐性能良好，是一种很有前景的金属防腐涂层，耐盐雾实验表明该涂层极大提高磷酸盐耐腐蚀性能，该技术在国内外未见报导。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明设计的涂层具有很好耐盐雾腐蚀防护效果，采用浸涂、淋涂、辊涂、刷涂、喷涂等涂料制备方法，将含硅化合物添加入磷酸盐防腐涂层体系中，改进磷酸盐涂层的致密性，提高涂层耐腐性能。
2、本发明涂层采用无机涂料涂覆方法制备，原料采用磷酸盐、氧化物颗粒、碳化物颗粒、金属粉末，混合后，涂覆到基材上，经过热处理，制备出目标涂层。涂层成分容易控制，操作简便。
3、本发明采用磷酸或无机磷酸盐涂料制备防腐涂层，不需要采用大型设备，可以实现复杂构件涂层制备，操作简便，适用范围广。
4、本发明效率高、成本较低。
附图说明
图1为制备Si改性涂层的表面形貌图。
图2为制备Si改性涂层的截面形貌图。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明采用磷酸或无机磷酸盐(如：磷酸铝、磷酸镁、磷酸铬、五氧化二磷、磷酸三甲酯及其混合物等)为成膜物质，耐高温无机粉末(如：金属硅、氧化硅、碳化硅、硅酸钠、金属铝、磷酸铝、氧化铝、氧化铬、铬酸、磷酸铬、硝酸铬、碳化铬及其混合物等)为功能填料，可以采用常规无机涂料涂覆方法制备，如：浸涂、淋涂、刷涂、喷涂等方法，涂覆到金属基材上，经过热处理，制备出Si元素改性的磷酸盐防腐涂层。本发明向磷酸盐防腐涂层体系中添加含硅化合物，使硅元素弥散分布在涂层体系中，Si元素改进涂层后，涂层更加均匀、致密，防腐效果提升较大，可应用于金属的耐腐蚀涂层。
下面，通过实施例对发明进一步详细描述。
实施例1
本实施例涂层中，按重量份数计，P元素含量15份，Si元素含量5份，Al元素含量40份，Cr元素含量15份。
将粒度为20微米的金属硅粉、金属铝粉、磷酸铝粉、氧化铬粉按比例混合20min，球磨搅拌0.5h，喷涂到304不锈钢基体上，随后在150℃热处理2h，制备Si元素改性的磷酸盐耐腐蚀涂层，涂层厚度为50微米。如图1、图2所示，涂层表面均匀，没有裂纹，涂层表现出较好的耐盐雾腐蚀性能。
实施例2
本实施例涂层中，按重量份数计，P元素含量8份，Si元素含量2份，Al元素含量50份，Cr元素含量20份。
将粒度30微米的氧化硅粉、金属铝粉、磷酸铝粉、氧化铬粉按比例混合20min，球磨搅拌1.5h，喷涂到304不锈钢基体上，随后在150℃热处理2h，制备Si元素改性的磷酸盐耐腐蚀涂层，涂层厚度为70微米。涂层表面均匀，没有裂纹，涂层表现出较好的耐盐雾腐蚀性能。
实施例3
本实施例涂层中，按重量份数计，P元素含量20份，Si元素含量6份，Al元素含量25份，Cr元素含量10份。
将粒度为40微米的氧化硅粉、金属铝粉、磷酸铝粉、氧化铬粉按比例混合20min，球磨搅拌1.5h，喷涂到304不锈钢基体上，随后在150℃热处理2h，制备Si元素改性的磷酸盐耐腐蚀涂层，涂层厚度为90微米。涂层表面均匀，没有裂纹。涂层表现出较好的耐盐雾腐蚀性能。
实施例4
本实施例涂层中，按重量份数计，P元素含量25份，Si元素含量8份，Al元素含量20份，Cr元素含量6份。
将粒度为10微米的碳化硅粉、金属铝粉、磷酸铝粉、氧化铬粉按比例混合20min，球磨搅拌3.5h，喷涂到304不锈钢基体上，随后在550℃热处理2h，制备Si元素改性的磷酸盐耐腐蚀涂层，涂层厚度为25微米。涂层表面均匀，没有裂纹。涂层表现出较好的耐盐雾腐蚀性能。
实施例5
本实施例涂层中，按重量份数计，P元素含量12份，Si元素含量3份，Al元素含60份，Cr元素含量7份。
将粒度为50微米的碳化硅粉、氧化硅粉、金属铝粉、磷酸铝粉、氧化铬粉按比例混合20min，球磨搅拌3.5h，喷涂到304不锈钢基体上，随后在650℃热处理2h，制备Si元素改性的磷酸盐耐腐蚀涂层，涂层厚度为120微米。涂层表面均匀，没有裂纹。涂层表现出较好的耐盐雾腐蚀性能。
实施例6
本实施例涂层中，按重量份数计，P元素含量22份，Si元素含量4份，Al元素含量35份，Cr元素含量16份，Mg元素含量8份。
将粒度为5微米的碳化硅粉、硅酸钠粉、氧化铝粉、五氧化二磷粉、硝酸铬粉、氢氧化镁粉按比例混合15min，球磨搅拌2.5h，刷涂到316不锈钢基体上，随后在350℃热处理1.5h，制备Si元素改性的磷酸盐耐腐蚀涂层，涂层厚度为20微米。涂层表面均匀，没有裂纹。涂层表现出较好的耐盐雾腐蚀性能。
实施例7
本实施例涂层中，按重量份数计，P元素含量18份，Si元素含量9份，Al元素含量32份，Cr元素含量11份，Mg元素含量10份。
将磷酸、磷酸三甲酯、铬酸以及粒度为60微米的硅酸钠粉、氧化硅粉、金属铝粉、氧化铝粉、硝酸铬粉、碳酸镁粉、氧化镁粉按比例混合25min，球磨搅拌4.5h，浸涂到347不锈钢基体上，随后在450℃热处理2.5h，制备Si元素改性的磷酸盐耐腐蚀涂层，涂层厚度为150微米。涂层表面均匀，没有裂纹。涂层表现出较好的耐盐雾腐蚀性能。
实施例结果表明，本发明硅元素改进的磷酸盐防腐涂层体系，通过添加含硅化合物，使硅元素在涂层中均匀分布，大大提高涂层均匀性和致密性，这种方法操作方便，成本低，很好提高涂层耐腐蚀效果。

Claims (10)

1.一种Si元素改性的磷酸盐防腐涂层，其特征在于，涂层中包括成膜物质和功能填料，成膜物质为磷酸或无机磷酸盐，功能填料包括硅源、铝源、铬源，其中：
成膜物质来源于但不限于磷酸、磷酸铝、磷酸镁、磷酸铬、五氧化二磷、磷酸三甲酯之一或两种以上，其中的固体粉末粒度范围为0.5微米～100微米；按重量份数计，涂层中P元素含量范围在5份～30份；
硅源来源于但不限于金属硅、氧化硅、碳化硅、硅酸钠之一或两种以上，其中的固体粉末粒度范围为0.5微米～100微米；按重量份数计，涂层中Si元素含量范围在大于0份至10份；
铝源来源于但不限于金属铝、磷酸铝、氧化铝之一或两种以上，其中的固体粉末粒度范围为0.5微米～100微米；按重量份数计，涂层中Al元素含量范围在20份～60份；
铬源来源于但不限于氧化铬、铬酸、磷酸铬、硝酸铬、碳化铬之一或两种以上，其中的固体粉末粒度范围为0.5微米～100微米；按重量份数计，涂层中Cr元素含量范围在5份～30份。
2.按照权利要求1所述的Si元素改性的磷酸盐防腐涂层，其特征在于，优选的，按重量份数计，涂层中P元素含量范围在10份～20份。
3.按照权利要求1所述的Si元素改性的磷酸盐防腐涂层，其特征在于，优选的，按重量份数计，涂层中Si元素含量范围在0.2份～5份。
4.按照权利要求1所述的Si元素改性的磷酸盐防腐涂层，其特征在于，优选的，按重量份数计，涂层中Al元素含量范围在30份～50份。
5.按照权利要求1所述的Si元素改性的磷酸盐防腐涂层，其特征在于，优选的，按重量份数计，涂层中Cr元素含量范围在10份～20份。
6.按照权利要求1所述的Si元素改性的磷酸盐防腐涂层，其特征在于，功能填料中还包括镁源，镁源来源于但不限于氧化镁、氢氧化镁、碳酸镁之一或两种以上，其中的固体粉末粒度范围为0.5微米～100微米；按重量份数计，涂层中Mg元素含量范围在大于0份至20份。
7.按照权利要求6所述的Si元素改性的磷酸盐防腐涂层，其特征在于，优选的，按重量份数计，涂层中Mg元素含量范围在2份～10份。
8.一种权利要求1至7之一所述的Si元素改性的磷酸盐防腐涂层的制备方法，其特征在于，将成膜物质和功能填料均匀混合10min～30min后，球磨搅拌0.5h～5h，涂覆到金属基材上，经过热处理，形成Si元素改性的磷酸盐防腐涂层。
9.按照权利要求8所述的Si元素改性的磷酸盐防腐涂层的制备方法，其特征在于，涂覆过程中，采用浸涂、淋涂、刷涂或喷涂。
10.按照权利要求8所述的Si元素改性的磷酸盐防腐涂层的制备方法，其特征在于，热处理过程中，保温温度为150℃～650℃，保温时间为1h～5h。
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