CN114921124A - 热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂及其制备方法和封孔方法 - Google Patents

热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂及其制备方法和封孔方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂及其制备方法和封孔方法。热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂的制备方法，包括：将包括正硅酸乙酯、乙醇、水、甲基三甲氧基硅烷、酸和钼酸铈铵在内的原料混合，陈化得到所述热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂。热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂，使用所述的热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂的制备方法制得。封孔方法，包括：将所述的热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂涂覆在目标热喷涂涂层表面，静置后加热干燥。本申请提供的热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂，可有效提高热喷涂涂层在酸性环境下的耐腐蚀性能，提高稀硫酸环境下耐腐蚀性能2倍以上，稀盐酸耐腐蚀性能提高3倍以上。

Description

热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂及其制备方法和封孔方法
技术领域
本申请涉及热喷涂领域，尤其涉及一种热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂及其制备方法和封孔方法。
背景技术
热喷涂技术是利用热源将喷涂材料加热至熔化或半熔化状态，并以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法。热喷涂涂层是无数个扁平粒子堆积形成的，变形颗粒之间存在一定的孔隙。电弧喷涂涂层孔隙率一般在15%左右，等离子喷涂孔隙率一般为3~5%，超音速火焰喷涂孔隙率可以控制在1%左右或更低。涂层中存在的孔隙会影响涂层的耐腐蚀性能。在腐蚀环境中，腐蚀介质可通过孔隙(尤其是通孔)到达基体表面，从而与涂层以及基体发生化学或者电化学反应从而使涂层结合力降低甚至导致涂层失效。因此为了提高涂层的耐腐蚀性，很多工况下需要对涂层进行封孔处理。
目前国内许多封孔剂分为有机封孔剂和无机封孔剂，有机封孔剂应用于常温或中低温，主要包括石蜡系列、乙烯树脂、环氧树脂、聚四氟乙烯树脂、有机硅等；无机封孔剂主要针对高温环境下的腐蚀，很少应用于常温工作环境，目前以磷酸盐、氧化硅等为主。有机封孔剂封孔主要原理是有机物封堵孔隙，减小腐蚀液的渗入，但很多酸性环境腐蚀条件下，酸根离子、氢离子渗透力强，封孔剂起到的效果有限。
现有中低温有机封孔剂在酸性环境下耐腐蚀性能不足，亟需研发一种在酸性环境下耐腐蚀性能强的封孔剂，以有效提高热喷涂涂层的耐酸性腐蚀性能。
发明内容
本申请的目的在于提供一种热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂及其制备方法和封孔方法，以解决上述问题。
为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：
一种热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂的制备方法，包括：
将包括正硅酸乙酯、乙醇、水、甲基三甲氧基硅烷、酸和钼酸铈铵在内的原料混合，陈化得到所述热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂。
优选地，所述混合包括：将正硅酸乙酯加入乙醇和水的混合液中，然后加入所述甲基三甲氧基硅烷，再加入所述酸得到混合溶液，控制溶液温度为40℃，搅拌时间20分钟以上；将所述混合溶液与所述钼酸铈铵混合，搅拌。
优选地，所述钼酸铈铵的用量占所述混合溶液总质量的1%-5%。
优选地，所述甲基三甲氧基硅烷的用量为所述混合液的体积的20%-40%。
优选地，所述混合溶液的pH值为3-5。
优选地，所述正硅酸乙酯、所述乙醇和所述水的体积比为1：（2-4）：（1-1.5）。
优选地，所述陈化的时间为2 h-5h；
所述酸包括盐酸和/或硫酸。
本申请还提供一种热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂，使用所述的热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂的制备方法制得。
本申请还提供一种封孔方法，包括：
将所述的热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂涂覆在目标热喷涂涂层表面，静置后加热干燥。
优选地，所述静置的时间为1h-2h；
所述加热干燥的温度为80℃-120℃，时间为2h-4h；
所述加热干燥之后还包括：再涂覆一遍所述热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂，然后自然干燥8h-24h。
与现有技术相比，本申请的有益效果包括：
本申请提供的热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂的制备方法，正硅酸乙酯在水、醇、酸催化剂的作用下形成酸性的二氧化硅溶胶，甲基三甲氧基硅烷在40℃的水醇溶液中完全溶解，水解产生有机硅膜起到对涂层起到的防护作用，水解产生的硅醇可以稳定存在，该硅羟基基团可以与酸性硅溶胶的羟基发生缩合脱水反应，从而使酸性硅溶胶接枝上具有憎水性的甲基，提高了有机膜的耐酸溶液腐蚀性能，加入的钼酸铈铵可以进一步提高有机膜的耐腐蚀性能。
甲基三甲氧基硅烷生成的有机硅膜起到隔绝腐蚀性物质的作用，钼酸铈铵分解得到钼酸根和氧化铈，钼酸根吸附腐蚀性物质中的氢离子，起到提高涂层在酸性环境下的耐腐蚀性能的作用；氧化铈起到进一步封堵孔隙，进而提高耐腐蚀性能的作用。
本申请提供的热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂，孔剂后可有效提高热喷涂涂层在酸性环境下的耐腐蚀性能，提高稀硫酸环境下耐腐蚀性能2倍以上，稀盐酸耐腐蚀性能提高3倍以上。
本申请提供的封孔方法，操作简单，封孔效果好，在酸性环境下的耐腐蚀性能强。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请范围的限定。
图1为实施例1得到的热喷涂WC-12Co涂层的表面腐蚀状况照片；
图2为未封孔的热喷涂WC-12Co涂层的表面腐蚀状况的照片；
图3为实施例2得到的等离子喷涂氧化锆涂层的表面腐蚀状况的照片；
图4为对比例1得到的热喷涂WC-12Co涂层的表面腐蚀状况照片；
图5为对比例2得到的等离子喷涂氧化锆涂层的表面腐蚀状况的照片。
具体实施方式
如本文所用之术语：
“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。
“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK（K为任意数，表示倍数因子）。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。
“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)。
一种热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂的制备方法，包括：
将包括正硅酸乙酯、乙醇、水、甲基三甲氧基硅烷、酸和钼酸铈铵在内的原料混合，陈化得到所述热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂。
在一个可选的实施方式中，所述混合包括：将正硅酸乙酯加入乙醇和水的混合液中，然后加入所述甲基三甲氧基硅烷，再加入所述酸得到混合溶液；将所述混合溶液与所述钼酸铈铵混合，搅拌。
乙醇和水作为溶剂存在，通常情况下，水选择使用去离子水。
在一个可选的实施方式中，所述钼酸铈铵的用量占所述混合溶液总质量的1%-5%。
可选的，所述钼酸铈铵的用量占所述混合溶液总质量的比例可以为1%、2%、3%、4%、5%或者1%-5%之间的任一值。
在一个可选的实施方式中，所述甲基三甲氧基硅烷的用量为所述混合液的体积的20%-40%。
可选的，所述甲基三甲氧基硅烷的用量可以为所述混合液的体积的20%、25%、30%、35%、40%或者20%-40%之间的任一值。
在一个可选的实施方式中，所述混合溶液的pH值为3-5。
pH值的控制是为了保障甲基三甲氧基硅烷和正硅酸乙酯的水解反应。
可选的，所述混合溶液的pH值可以为3、4、5或者3-5之间的任一值。
在一个可选的实施方式中，所述正硅酸乙酯、所述乙醇和所述水的体积比为1：（2-4）：（1-1.5）。
可选的，所述正硅酸乙酯、所述乙醇和所述水的体积比可以为1：2：1、1：2：1.2、1：2：1.5、1：3：1、1：3：1.2、1：3：1.5、1：4：1、1：4：1.3、1：4：1.5或者1：（2-4）：（1-1.5）之间的任一值。
在一个可选的实施方式中，所述陈化的时间为2 h-5h；
所述酸包括盐酸和/或硫酸。
可选的，所述陈化的时间可以为2h、3h、4h、5h或者2h-5h之间的任一值。
本申请还提供一种热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂，使用所述的热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂的制备方法制得。
本申请还提供一种封孔方法，包括：
将所述的热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂涂覆在目标热喷涂涂层表面，静置后加热干燥。
在一个可选的实施方式中，所述静置的时间为1h-2h；
所述加热干燥的温度为80℃-120℃，时间为2h-4h；
所述加热干燥之后还包括：再涂覆一遍所述热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂，然后自然干燥8h-24h。
二次涂覆的目的在于：1.保证涂覆的全面性，避免留下未涂覆区域，从而保证封孔效果；2.第一次涂覆和加热干燥之后，部分封孔剂进入孔隙内，在涂层表明易形成微小的凹坑，可以通过二次涂覆对其进行填平，保证涂层表面的平整度。
可选的，所述静置的时间可以为1h、1.5h、2h或者1h-2h之间的任一值；所述加热干燥的温度可以为80℃、90℃、100℃、110℃、120℃或者80℃-120℃之间的任一值，时间可以为2h、3h、4h或者2h-4h之间的任一值；所述自然干燥的时间可以为8h、10h、12h、14h、16h、18h、20h、22h、24h或者8h-24h之间的任一值。
下面将结合具体实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
本实施例提供一种热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂，其制备方法如下：
量取正硅酸乙酯500ml，乙醇1000ml，去离子水500ml，500ml甲基三甲氧基硅烷；
将上述溶液混合均匀，加入盐酸调整pH值至4；
称取钼酸铈铵22g，加入上述溶液，搅拌溶解后陈化2小时，获得热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂。
所得热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂的照片如图1所示。
本实施例还提供一种封孔方法，具体步骤如下：
将上述热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂涂于表面清洁处理后的超音速火焰喷涂的WC-12Co涂层上，静置1小时后，放入80℃烘箱中烘干2小时后取出，涂层再次刷涂封孔剂，自然干燥10小时。
在将20%浓度的盐酸喷洒在涂层表面，48小时后涂层表面腐蚀状况如图1所示，未用实施例1制得的封孔剂封孔的涂层表面照片如图2所示。
实施例2
本实施例提供一种热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂，其制备方法如下：
量取正硅酸乙酯100ml，乙醇4000ml，去离子水150ml，250ml甲基三甲氧基硅烷；
将上述溶液混合均匀，加入盐酸调整pH值至3；
称取钼酸铈铵38g，加入上述溶液，搅拌溶解后陈化5小时，获得热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂。
本实施例还提供一种封孔方法，具体步骤如下：
将上述热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂涂于表面清洁处理后的等离子喷涂氧化锆涂层上，静置2小时后，放入120℃烘箱中烘干4小时后取出，涂层再次刷涂封孔剂，自然干燥9小时。
在将10%浓度的盐酸喷洒在涂层表面，48小时后涂层表面腐蚀状况如图3所示。
实施例3
本实施例提供一种热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂，其制备方法如下：
量取正硅酸乙酯80ml，乙醇240ml，去离子水100ml，130ml甲基三甲氧基硅烷；
将上述溶液混合均匀，加入盐酸调整pH值至5；
称取钼酸铈铵12g，加入上述溶液，搅拌溶解后陈化3.5小时，获得热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂。
本实施例还提供一种封孔方法，具体步骤如下：
将上述热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂涂于表面清洁处理后的镍铬涂层上，静置1.5小时后，放入100℃烘箱中烘干3小时后取出，涂层再次刷涂封孔剂，自然干燥12小时。
对比例1
本对比例提供一种热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂，其制备方法如下：
量取正硅酸乙酯500ml，乙醇1000ml，去离子水500ml，500ml甲基三甲氧基硅烷；
将上述溶液混合均匀，加入盐酸调整pH值至4；将溶液陈化2小时后获得封孔剂。
将上述热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂涂于表面清洁处理后的超音速火焰喷涂的WC-12Co涂层上，静置1小时后，放入80℃烘箱中烘干2小时后取出，涂层再次刷涂封孔剂，自然干燥10小时。
在将20%浓度的盐酸喷洒在涂层表面，48小时后涂层表面腐蚀状况如图4所示。
对比例2
本对比例提供一种热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂，其制备方法如下：
量取正硅酸乙酯100ml，乙醇4000ml，去离子水150ml，250ml甲基三甲氧基硅烷；
将上述溶液混合均匀，加入盐酸调整pH值至6；
称取钼酸铈铵38g，加入上述溶液，搅拌溶解后陈化5小时，获得热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂。
本实施例还提供一种封孔方法，具体步骤如下：
将上述热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂涂于表面清洁处理后的等离子喷涂氧化锆涂层上，静置2小时后，放入120℃烘箱中烘干4小时后取出，涂层再次刷涂封孔剂，自然干燥9小时。
在将10%浓度的盐酸喷洒在涂层表面，48小时后涂层表面腐蚀状况如图5所示。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂的制备方法，其特征在于，包括：
将包括正硅酸乙酯、乙醇、水、甲基三甲氧基硅烷、酸和钼酸铈铵在内的原料混合，陈化得到所述热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合包括：将正硅酸乙酯加入乙醇和水的混合液中，然后加入所述甲基三甲氧基硅烷，再加入所述酸得到混合溶液；将所述混合溶液与所述钼酸铈铵混合，搅拌。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述钼酸铈铵的用量占所述混合溶液总质量的1%-5%。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述甲基三甲氧基硅烷的用量为所述混合液的体积的20%-40%。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述混合溶液的pH值为3-5。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述正硅酸乙酯、所述乙醇和所述水的体积比为1：（2-4）：（1-1.5）。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述陈化的时间为2 h-5h；
所述酸包括盐酸和/或硫酸。
8.一种热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂，其特征在于，使用权利要求1-7任一项所述的热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂的制备方法制得。
9.一种封孔方法，其特征在于，包括：
将权利要求8所述的热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂涂覆在目标热喷涂涂层表面，静置后加热干燥。
10.根据权利要求9所述的封孔方法，其特征在于，所述静置的时间为1h-2h；
所述加热干燥的温度为80℃-120℃，时间为2h-4h；
所述加热干燥之后还包括：再涂覆一遍所述热喷涂涂层用耐酸性腐蚀封孔剂，然后自然干燥8h-24h。
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