CN112876885A - 无机陶瓷涂料及其制备方法和使用方法 - Google Patents

无机陶瓷涂料及其制备方法和使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于无机涂料技术领域，具体涉及无机陶瓷涂料及其制备方法和使用方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种具有良好耐高温、耐腐蚀性能的无机陶瓷涂料及其制备方法和使用方法。无机陶瓷涂料包括底漆和面漆，所述底漆包括以下重量份的原料：无机成膜剂30～50份、功能溶胶10～20份、稀土溶胶1～10份、稳定剂1～5份、底漆填料30～40份；所述面漆包括以下重量份的原料：无机成膜剂30～50份、功能溶胶10～20份、稀土溶胶1～10份、稳定剂1～5份、面漆填料20～40份。采用本发明涂料制备得到的涂层具有良好的致密性、耐盐雾腐蚀性、抗紫外线性能、抗氧化性和耐高温性能。

Description

无机陶瓷涂料及其制备方法和使用方法
技术领域
本发明属于无机涂料技术领域，具体涉及无机陶瓷涂料及其制备方法和使用方法。
背景技术
紧固件的防腐工艺直接影响了紧固件的使用寿命，也是紧固件表面处理中不可缺少的一部分，传统处理方式包括电镀、氧化、达克罗涂层处理等，达克罗防腐蚀处理是指将含有锌片、铝片、还原剂、分散剂等成分的处理液涂覆金属基体，经过300℃左右高温烘烤后，在金属基体表面形成一层极佳耐蚀性的涂层。与传统的电镀相比，达克罗涂层具有耐腐蚀性能强，无氢脆性，附着力好等优点，被广泛用于汽车、桥梁、电力、铁路、船舶、石油化工等多种行业广泛应用。
但是，针对600℃高温使用环境下，传统达克罗技术存在以下缺陷：
1)高温涂层防护失效；传统达克罗涂液中锌粉在100℃以上时，电极电位就会降低，导致高温下涂层不能起到牺牲阳极作用；
2)传统达克罗技术采用有机粘结剂，不耐600℃高温，涂层失效剥落；
3)涂层结合力不高(＜10MPa)，工件装配涂层易划伤，掉落；
4)涂层高温热振性能差；
5)涂层导电性较差，整体防护性能有待进一步提高。
虽然目前对于达克罗涂层的研究已经相当成熟，但是其综合性能仍有很大提升空间。特别是在高温防护这一极端环境下，传统紧固件防腐技术并不能达到理想的耐蚀效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有良好耐高温、耐腐蚀性能的无机陶瓷涂料及其制备方法和使用方法。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是提供了无机陶瓷涂料。该无机陶瓷涂料包括底漆和面漆，所述底漆包括以下重量份的原料：无机成膜剂30～50份、功能溶胶10～20份、稀土溶胶1～10份、稳定剂1～5份、底漆填料30～40份；所述面漆包括以下重量份的原料：无机成膜剂30～50份、功能溶胶10～20份、稀土溶胶1～10份、稳定剂1～5份、面漆填料20～40份。
进一步地，所述无机成膜剂由磷酸、Al(OH)3、B2O3、固化剂和水反应制得；其中磷酸根含量与Al离子摩尔比为3～4:1，磷酸和Al(OH)3占无机成膜剂的30～50wt％，B2O3含量为无机成膜剂的1～4wt％，固化剂为氧化镁、氧化锌或氧化铜中的至少一种，含量为无机成膜剂的5～20wt％。
进一步地，所述功能溶胶为Al溶胶、Zr溶胶、TiO2溶胶或Si溶胶中的至少一种；功能溶胶的pH值为2～6，粒径为10～100nm。
进一步地，所述稀土溶胶为磷酸镧溶胶、磷酸钇溶胶、磷酸铈溶胶或磷酸镨溶胶中的至少一种。
进一步地，所述稳定剂为铬酐、铬酸盐、锰酸盐、钼酸盐、钒酸盐中的至少一种。
进一步地，所述铬酸盐为铬酸钠、铬酸钾、铬酸镁中的至少一种；所述锰酸盐为锰酸钠、锰酸镁、锰酸钾中的至少一种；所述钼酸盐为钼酸钠、钼酸钾、钼酸镁中的至少一种；所述钒酸盐为钒酸钠、钒酸镁、钒酸钾中的至少一种。
进一步地，所述底漆填料为片状铝粉或球形铝粉，片状铝粉粒径为1～10微米，球形铝粉粒径为3～10微米。
进一步地，所述面漆填料为氮化硼。
优选地，所述面漆填料为六方氮化硼。
本发明还提供了上述无机陶瓷涂料的制备方法，包括如下步骤：
a、将磷酸、Al(OH)3、B2O3、固化剂和水混合反应得无机成膜剂；
b、取Al溶胶、Zr溶胶、TiO2溶胶或Si溶胶中的至少一种混合得功能溶胶；
c、取磷酸镧溶胶、磷酸钇溶胶、磷酸铈溶胶或磷酸镨溶胶中的至少一种混合得稀土溶胶；
d、将功能溶胶、稀土溶胶缓慢加入无机成膜剂中，加入稳定剂，搅拌至溶液分散均匀得基础溶液；
e、取基础溶液，加入底漆填料，得底漆；取基础溶液，加入面漆填料，得面漆。
进一步地，调节基础溶液的pH值至2.5～5。
本发明还提供了上述无机陶瓷涂料的使用方法，包括如下步骤：
(1)将经过除油、表面喷砂处理的紧固件用底漆在温度20～25℃、湿度40～60％下涂敷，涂敷方式为大气喷涂、刷涂或浸渍；
(2)将步骤(1)所得紧固件在80～100℃下烘30～60min；
(3)将步骤(2)所得紧固件在300～350℃下固化30～60min，随炉冷却至室温；
(4)将步骤(3)所得紧固件采用200#玻璃丸，喷丸压力0.1～0.3MPa进行导电处理；
(5)步骤(4)所得紧固件采用面漆涂敷，涂敷方式为大气喷涂、刷涂或浸渍；
(6)将步骤(5)所得紧固件在80～100℃下烘30～60min；
(7)将步骤(6)所得紧固件在300～350℃下固化30～60min，随炉冷却至室温即可。
本发明的有益效果是：
本发明无机陶瓷涂料通过无机成膜剂，利用功能溶胶与磷酸根离子的固化交联作用，强化了磷酸盐体系成膜剂的粘结强度及成膜硬度，同时，加入稀土溶胶进行改性，使无机陶瓷涂层具有良好的附着力，附着力可达50MPa，避免了涂层的脆性失效，并且提高了磷酸盐成膜剂的导电能力，省去了传统磷酸盐Al涂层的导电处理工序，使无机陶瓷涂层具有良好的致密性和耐盐雾腐蚀性和抗紫外线性能。本发明通过底漆和面漆的配合使用，使无机陶瓷涂层具有良好的致密性，抗氧化性和耐高温性能，使用温度可达600℃，并具有良好的润滑性，可有效避免紧固件高温咬死。
附图说明
图1是实施例1制备得到的无机陶瓷涂层5000h中性盐雾的表面形貌。
具体实施方式
具体的，本发明提供了无机陶瓷涂料，包括底漆和面漆，底漆包括以下重量份的原料：无机成膜剂30～50份、功能溶胶10～20份、稀土溶胶1～10份、稳定剂1～5份、底漆填料30～40份；面漆包括以下重量份的原料：无机成膜剂30～50份、功能溶胶10～20份、稀土溶胶1～10份、稳定剂1～5份、面漆填料20～40份。
本发明中，无机成膜剂由磷酸、Al(OH)3、B2O3、固化剂和水反应制得；其中磷酸根含量与Al离子摩尔比为3～4:1，磷酸和Al(OH)3占无机成膜剂的30～50wt％，B2O3含量为无机成膜剂的1～4wt％，固化剂为氧化镁、氧化锌或氧化铜中的至少一种，含量为无机成膜剂的5～20wt％。
本发明中，功能溶胶为Al溶胶、Zr溶胶、TiO2溶胶或Si溶胶中的至少一种；功能溶胶的pH值为2～6，粒径为10～100nm。稀土溶胶为磷酸镧溶胶、磷酸钇溶胶、磷酸铈溶胶或磷酸镨溶胶中的至少一种。
本发明采用无机成膜剂替代了传统的有机成膜剂，利用功能溶胶与磷酸根离子的固化交联作用，强化了磷酸盐体系成膜剂的粘结强度及成膜硬度，并通过稀土溶胶进行改性，解决了无机陶瓷涂层不耐高温、结合力不佳、热振性能差的技术问题。
将本发明无机陶瓷涂料应用于紧固件得到的涂层致密性好，具有良好的附着力、导电性能、耐盐雾腐蚀性和抗紫外线性能。本发明通过底漆和面漆的配合使用，使无机陶瓷涂层具有良好的抗氧化性和耐高温性能，使用温度可达500℃，并具有良好的润滑性，可有效避免紧固件高温咬死。
本发明还提供了上述无机陶瓷涂料的制备方法，包括如下步骤：
a、将磷酸、Al(OH)3、B2O3、固化剂和水混合反应得无机成膜剂；
b、取Al溶胶、Zr溶胶、TiO2溶胶或Si溶胶中的至少一种混合得功能溶胶；
c、取磷酸镧溶胶、磷酸钇溶胶、磷酸铈溶胶或磷酸镨溶胶中的至少一种混合得稀土溶胶；
d、将功能溶胶、稀土溶胶缓慢加入无机成膜剂中，加入稳定剂，搅拌至溶液分散均匀得基础溶液，采用磷酸和氢氧化钠调节至基础溶液的pH值为2.5～5；
e、取基础溶液，加入底漆填料，得底漆；取基础溶液，加入面漆填料，得面漆。
本发明还提供了上述无机陶瓷涂料的使用方法，包括如下步骤：
(1)将经过除油、表面喷砂处理的紧固件用底漆在温度20～25℃、湿度40～60％下涂敷，涂敷方式为大气喷涂、刷涂或浸渍；
(2)将步骤(1)所得紧固件在80～100℃下烘30～60min；
(3)将步骤(2)所得紧固件在300～350℃下固化30～60min，随炉冷却至室温；
(4)将步骤(3)所得紧固件采用200#玻璃丸，喷丸压力0.1～0.3MPa进行导电处理；
(5)步骤(4)所得紧固件采用面漆涂敷，涂敷方式为大气喷涂、刷涂或浸渍；
(6)将步骤(5)所得紧固件在80～100℃下烘30～60min；
(7)将步骤(6)所得紧固件在300～350℃下固化30～60min，随炉冷却至室温即可。
在本发明无机陶瓷涂料的使用方法中，底漆和面漆涂敷在紧固件上烘干后进行固化，控制固化的温度为300～350℃，使功能溶胶与磷酸根离子有效地固化交联，强化了磷酸盐体系成膜剂的粘结强度、成膜硬度和涂层致密性。
下面将通过具体的实施例对本发明作进一步地详细阐述。
实施例1
实施例1无机陶瓷涂料的制备：
a、将300g磷酸、80gAl(OH)3、10gB2O3、200g氧化镁和410g水混合，反应得1000g无机成膜剂；
b、取100gAl溶胶、100gZr溶胶、50gTiO2溶胶混合搅拌均匀得功能溶胶溶液；
c、取25g磷酸镧溶胶、25g磷酸钇溶胶混合均匀得稀土溶胶溶液；
d、将功能溶胶溶液、稀土溶胶溶液缓慢加入无机成膜剂中，加入25g铬酐，搅拌至溶液分散均匀得基础溶液，调节基础溶液的pH值为3；
e、取500g基础溶液，加入600g片状铝粉，得底漆；取500g基础溶液，加入600g立方氮化硼，得面漆。
实施例1制得无机陶瓷涂料的使用方法：
(1)将经过除油、表面喷砂处理的紧固件用底漆在20℃、湿度50％下涂敷，涂敷方式为大气喷涂、刷涂或浸渍；
(2)将步骤(1)所得紧固件在80℃下烘60min；
(3)将步骤(2)所得紧固件在350℃下固化60min，随炉冷却至室温；
(4)将步骤(3)所得紧固件采用200#玻璃丸，喷丸压力0.1～0.3MPa进行底漆导电处理；
(5)步骤(4)所得紧固件采用面漆涂敷，涂敷方式为大气喷涂、刷涂或浸渍；
(6)将步骤(5)所得紧固件在80℃下烘60min；
(7)将步骤(6)所得紧固件在350℃下固化60min，随炉冷却至室温，即得防腐效果优异、耐高温的防腐涂层。
实施例2
实施例2无机陶瓷涂料的制备：
a、将300g磷酸、80gAl(OH)3、10gB2O3、200g氧化镁和410g水混合，反应得1000g无机成膜剂；
b、取150gAl溶胶、50gZr溶胶、50gTiO2溶胶混合搅拌均匀得功能溶胶溶液；
c、取30g磷酸镧溶胶、30g磷酸钇溶胶混合均匀得稀土溶胶溶液；
d、将功能溶胶溶液、稀土溶胶溶液缓慢加入无机成膜剂中，加入25g铬酸钠，搅拌至溶液分散均匀得基础溶液，调节基础溶液的pH值为5；
e、取500g基础溶液，加入650g球形铝粉，得底漆；取500g基础溶液，加入640g立方氮化硼，得面漆。
按照实施例1的使用方法制备得到实施例2涂层。
实施例3
实施例3无机陶瓷涂料的制备：
a、将300g磷酸、80gAl(OH)3、10gB2O3、200g氧化镁和410g水混合，反应得1000g无机成膜剂；
b、取100gAl溶胶、50gZr溶胶、100gTiO2溶胶混合搅拌均匀得功能溶胶溶液；
c、取20g磷酸镧溶胶、20g磷酸钇溶胶混合均匀得稀土溶胶溶液；
d、将功能溶胶溶液、稀土溶胶溶液缓慢加入无机成膜剂中，加入25g锰酸镁，搅拌至溶液分散均匀得基础溶液，调节基础溶液的pH值为4；
e、取500g基础溶液，加入700g球形铝粉，得底漆；取500g基础溶液，加入700g立方氮化硼，得面漆。
按照实施例1的使用方法制备得到实施例3涂层。
对比例
对比例无机陶瓷涂料的制备：不添加功能溶胶、稀土溶胶
a、将300g磷酸、80gAl(OH)3、10gB2O3、200g氧化镁和410g水混合，反应得1000g无机成膜剂；
b、加入25g铬酐，搅拌至溶液分散均匀得基础溶液；
c、取500g基础溶液，加入300g球形铝粉，得底漆；取500g基础溶液，加入100g立方氮化硼，得面漆。
采用对比例1无机涂料制备涂层：
(1)将经过除油、表面喷砂处理的紧固件用底漆在20℃、湿度50％下涂敷，涂敷方式为大气喷涂、刷涂或浸渍；
(2)将步骤(1)所得紧固件在80℃下烘60min；
(3)将步骤(2)所得紧固件在350℃下固化60min，随炉冷却至室温；
(4)将步骤(3)所得紧固件采用200#玻璃丸，喷丸压力0.4MPa进行底漆导电处理；
(5)步骤(4)所得紧固件采用面漆涂敷，涂敷方式为大气喷涂、刷涂或浸渍；
(6)将步骤(5)所得紧固件在80℃下烘60min；
(7)将步骤(6)所得紧固件在350℃下固化60min，随炉冷却至室温，即得对比例涂层。
参照有关国家标准，对实施例和对比例所得涂层进行性能测试，测试结果如表1所示。
表1本发明和现有传统达克罗技术和对比例对涂料的涂层性能测定
Figure BDA0002917767240000061

Claims (10)

1.无机陶瓷涂料，包括底漆和面漆，其特征在于：所述底漆包括以下重量份的原料：无机成膜剂30～50份、功能溶胶10～20份、稀土溶胶1～10份、稳定剂1～5份、底漆填料30～40份；所述面漆包括以下重量份的原料：无机成膜剂30～50份、功能溶胶10～20份、稀土溶胶1～10份、稳定剂1～5份、面漆填料20～40份。
2.根据权利要求1所述的无机陶瓷涂料，其特征在于：所述无机成膜剂由磷酸、Al(OH)3、B2O3、固化剂和水反应制得；其中磷酸根含量与Al离子摩尔比为3～4:1，磷酸和Al(OH)3占无机成膜剂的30～50wt％，B2O3含量为无机成膜剂的1～4wt％，固化剂为氧化镁、氧化锌或氧化铜中的至少一种，含量为无机成膜剂的5～20wt％。
3.根据权利要求1或2所述的无机陶瓷涂料，其特征在于：所述功能溶胶为Al溶胶、Zr溶胶、TiO2溶胶或Si溶胶中的至少一种；功能溶胶的pH值为2～6，粒径为10～100nm。
4.根据权利要求1～3任一项所述的无机陶瓷涂料，其特征在于：所述稀土溶胶为磷酸镧溶胶、磷酸钇溶胶、磷酸铈溶胶或磷酸镨溶胶中的至少一种。
5.根据权利要求1～4任一项所述的无机陶瓷涂料，其特征在于：所述稳定剂为铬酐、铬酸盐、锰酸盐、钼酸盐、钒酸盐中的至少一种。
6.根据权利要求1～5任一项所述的无机陶瓷涂料，其特征在于：所述底漆填料为片状铝粉或球形铝粉，片状铝粉粒径为1～10微米，球形铝粉粒径为3～10微米。
7.根据权利要求1～6任一项所述的无机陶瓷涂料，其特征在于：所述面漆填料为氮化硼；面漆填料优选为六方氮化硼。
8.权利要求1～7任一项所述的无机陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
a、将浓磷酸、Al(OH)3、B2O3、固化剂和水混合反应得无机成膜剂；
b、取Al溶胶、Zr溶胶、TiO2溶胶或Si溶胶中的至少一种混合得功能溶胶；
c、取磷酸镧溶胶、磷酸钇溶胶、磷酸铈溶胶或磷酸镨溶胶中的至少一种混合得稀土溶胶；
d、将功能溶胶、稀土溶胶缓慢加入无机成膜剂中，加入稳定剂，搅拌至溶液分散均匀得基础溶液；
e、取基础溶液，加入底漆填料，得底漆；取基础溶液，加入面漆填料，得面漆。
9.根据权利要求8所述的无机陶瓷涂料的制备方法，其特征在于：步骤d中，调节基础溶液的pH值至2.5～5。
10.权利要求1～7任一项所述的无机陶瓷涂料的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将经过除油、表面喷砂处理的紧固件用底漆在温度20～25℃、湿度40～60％下涂敷，涂敷方式为大气喷涂、刷涂或浸渍；
(2)将步骤(1)所得紧固件在80～100℃下烘30～60min；
(3)将步骤(2)所得紧固件在300～350℃下固化30～60min，随炉冷却至室温；
(4)将步骤(3)所得紧固件采用200#玻璃丸，喷丸压力0.1～0.3MPa进行导电处理；
(5)步骤(4)所得紧固件采用面漆涂敷，涂敷方式为大气喷涂、刷涂或浸渍；
(6)将步骤(5)所得紧固件在80～100℃下烘30～60min；
(7)将步骤(6)所得紧固件在300～350℃下固化30～60min，随炉冷却至室温即可。
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