CN115029060A - 锅炉水冷壁电弧喷涂涂层的高温封孔剂、制备及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锅炉水冷壁防磨抗腐蚀电弧喷涂涂层的高温封孔剂、制备及使用方法，封孔剂包括甲基三甲氧基硅烷、云母粉、硝酸铝、正戊烷、二乙烯三胺、丙酮和去离子水，按照比例将甲基三甲氧基硅烷充分溶于正戊烷、丙酮中，并充分搅拌混合，然后加入云母粉、硝酸铝作为附加填料，二乙烯三胺作为固化剂，并加入去离子水调节混合溶液的粘度，从而得封孔剂；然后使用刮涂、刷涂或喷雾将封孔剂均匀的涂覆在涂层表面，其充分渗透进入涂层的孔隙和裂纹，确保涂层表面残存一薄层封孔剂；在常温下干燥固化处理后，即可得到封孔效果良好的涂层产品；本发明制得的封孔剂粘度适当、流动性好，易于渗透涂层的孔隙和裂纹；封孔过程无需加热，产品不会发生变形。
Description
技术领域
本发明属于电弧喷涂涂层的封孔技术领域，涉及一种锅炉水冷壁电弧喷涂涂层的高温封孔剂、制备及使用方法。
背景技术
燃煤锅炉水冷壁管为锅炉水汽系统的重要承压部件，水冷壁管内的高压给水被炉膛内煤粉燃烧产生的热量加热变为饱和蒸汽，进入过热器进一步加热为过热蒸汽，最后进入汽轮机。水冷壁管的服役环境较恶劣，高温气氛、煤粉中腐蚀性介质以及煤粉中硬质颗粒的冲刷等易引发管壁的磨损和腐蚀，因此，磨损和腐蚀成为了火电机组电站锅炉水冷壁管最主要的两个失效形式。因此，为了阻止或减缓管子的高温腐蚀及横向裂纹的发生，国内外多采用电弧喷涂技术在锅炉水冷壁管的表面制备防磨、抗腐蚀涂层。
然而，电弧喷涂涂层中存在孔隙、裂纹等缺陷，腐蚀介质将通过这些缺陷渗透到涂层内部，甚至到基体的表面，与基体发生反应从而造成腐蚀，涂层也可能发生龟裂、脱落，这将导致涂层的防护作用和基体的使用寿命大幅度降低。因此，为了提高涂层的防磨、耐腐蚀性能并扩大其在特殊环境下的应用范围，需要对涂层进行封孔处理。
常用的封孔剂有硅酸钠水玻璃、磷酸盐、氧化物等，虽然硅酸钠水玻璃操作简单、成本低，但是在使用过程中封孔介质容易发生脆化，在外部颗粒冲刷时封孔涂层易发生块状破坏。磷酸盐类封孔剂如Al(OH)3-H3PO4在封孔时需要进行200-400度的加热，使其分解为AlPO3和/或AlPO4从而填充涂层孔隙，使用效果良好。但是由于封孔过程中需要加热，喷涂涂层产品易发生变形，从而形成次品甚至报废。同时封孔工艺能耗大、生产周期长、加工成本高。对于氧化物封孔剂，如Al2O3、Cr2O3微粒溶解于磷酸溶液中，并均匀涂覆于涂层表面并渗入涂层的孔隙、裂纹中，然后在500度以上中高温条件下脱水并分解为磷酸铝、磷酸铬产物，将涂层孔隙充填封闭，提高涂层的使用效果。这种工艺由于加热，与磷酸盐类封孔剂具有同样的缺点。
因此，为了提高封孔后涂层的防磨和耐腐蚀性能，防止涂层产品因封孔加热发生变形，同时提高生产效率，降低成本，开发常温下固化的高温封孔剂成为该领域急需解决的难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有良好渗透性和稳定性，并且在室温条件下即可固化的高温封孔剂、制备方法和封孔处理工艺的使用方法，从而解决涂层产品易变形、能耗大、生产效率低等问题，从而满足应用于500-700℃服役条件下的锅炉水冷壁上防磨、抗高温氧化腐蚀涂层的要求。
本发明的技术方案：
锅炉水冷壁电弧喷涂涂层的高温封孔剂，包括甲基三甲氧基硅烷、云母粉、硝酸铝、正戊烷、二乙烯三胺、丙酮和去离子水，各成分的重量份比为：甲基三甲氧基硅烷30-60份、云母粉20-40份、硝酸铝10-30份、正戊烷10-20份、二乙烯三胺10-20份、丙酮10-20份和去离子水10-30份。
进一步，甲基三甲氧基硅烷作为基料。
进一步，云母粉、硝酸铝作为附加填料。
进一步，正戊烷、丙酮作为溶剂和反应剂。
进一步，二乙烯三胺作为固化剂。
进一步，去离子水作为粘度调节剂。
所述高温封孔剂的制备方法，按照比例将甲基三甲氧基硅烷充分溶于正戊烷、丙酮中，并充分搅拌混合，然后加入云母粉、硝酸铝、二乙烯三胺继续搅拌，最后加入去离子水调节混合溶液的粘度。
所述高温封孔剂的使用方法，应用于500-700℃温度的电站锅炉水冷壁电弧喷涂涂层，包括以下步骤：
第一步：电弧喷涂涂层预处理；
第二步：在第一步预处理完成的电弧喷涂涂层表面涂覆封孔剂；
第三步：干燥固化。
进一步，第一步具体是将有抗高温腐蚀的电弧涂层的工件进行清洗，去除涂层表面的油污和杂质，保持涂层表面干燥、清洁。
进一步，第二步具体是使用刮涂、刷涂或喷雾的方法将封孔剂均匀的涂覆在电弧喷涂涂层表面，使封孔剂充分渗透进入电弧喷涂涂层的孔隙和裂纹中，并确保电弧喷涂涂层表面残存一薄层封孔剂层。
进一步，第三步具体是将涂覆了封孔剂的电弧喷涂涂层在常温下进行24-48小时的干燥固化处理，即可得到封孔效果良好的涂层产品。
本发明的有益效果：
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明方法制得的封孔剂粘度适当、流动性好，易于渗透进入涂层的孔隙和裂纹中；封孔操作简便，封孔过程中无需加热，产品不会发生变形；封孔剂的防磨、耐高温腐蚀性好，对电弧喷涂涂层具有较好的防护效果；另外，本发明还提出了并且在室温条件下即可固化的封孔剂的制备方法和封孔处理工艺使用方法，从而解决涂层产品易变形、能耗大、生产效率低等问题，从而满足应用于500-700℃服役条件下的锅炉水冷壁上防磨、抗高温氧化腐蚀涂层的要求。
附图说明
图1为实施例1的涂层封孔后的断面微观形貌示意图；
图2为实施例2的涂层封孔后的断面微观形貌示意图；
图3为实施例3的涂层封孔后的断面微观形貌示意图；
图4为实施例4的涂层封孔后的断面微观形貌示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的数值不限制本发明的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
以下实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定；若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、或相关企业提出的标准要求进行。除非另有说明，否则所有的份数为重量份。
实施例1
一种锅炉水冷壁防磨抗腐蚀电弧喷涂涂层的高温封孔剂，包括甲基三甲氧基硅烷、云母粉、硝酸铝、正戊烷、二乙烯三胺、丙酮和去离子水。各成分的重量份比为：甲基三甲氧基硅烷40份、云母粉10份、硝酸铝10份、正戊烷10份、二乙烯三胺10份、丙酮10份、去离子水10份。
其中，甲基三甲氧基硅烷作为基料，云母粉、硝酸铝作为附加填料，正戊烷、丙酮作为溶剂和反应剂，二乙烯三胺作为固化剂，去离子水作为粘度调节剂。
锅炉水冷壁防磨抗腐蚀电弧喷涂涂层的高温封孔剂的制备方法是，按照比例将甲基三甲氧基硅烷充分溶于正戊烷、丙酮中，并搅拌1小时使其混合，然后加入云母粉、硝酸铝、二乙烯三胺再次搅拌1小时充分混合，最后加入去离子水调节混合溶液的粘度，从而得到具有一定粘度、良好流动性和稳定性的封孔剂。
锅炉水冷壁防磨抗腐蚀电弧喷涂涂层的高温封孔剂的使用方法，应用于500-700℃温度的电站锅炉水冷壁电弧喷涂涂层，步骤如下：
第一步：电弧喷涂涂层的预处理
将有抗高温腐蚀的电弧涂层的工件进行清洗，去除涂层表面的油污和杂质，保持涂层表面干燥、清洁。
第二步：涂覆封孔剂
将本发明得到的封孔剂，使用刮涂、刷涂或喷雾方法将其均匀的涂覆在涂层表面，使其充分渗透进入涂层的孔隙和裂纹中，并确保涂层表面残存一薄层封孔剂。
第三步：干燥固化
在常温下进行24小时的干燥固化处理，即可得到封孔效果良好的涂层产品。
用显微镜观察封孔后涂层的形貌，如图1所示。并采用图像分析法计算封孔前后涂层的孔隙率，所得数据如表1所示。
表1实施例1的涂层封孔前后的孔隙率
| 封孔后涂层的微观形貌 | 封孔前涂层的孔隙率 | 封孔后涂层的孔隙率 |
| 涂层均匀致密，封孔效果良好 | 22.7％ | 0.5％ |
实施例2
一种锅炉水冷壁防磨抗腐蚀电弧喷涂涂层的高温封孔剂，包括甲基三甲氧基硅烷、云母粉、硝酸铝、正戊烷、二乙烯三胺、丙酮和去离子水。各成分的重量份比为：甲基三甲氧基硅烷30份、云母粉20份、硝酸铝10份、正戊烷10份、二乙烯三胺10份、丙酮10份、去离子水10份。
其中，甲基三甲氧基硅烷作为基料，云母粉、硝酸铝作为附加填料，正戊烷、丙酮作为溶剂和反应剂，二乙烯三胺作为固化剂，去离子水作为粘度调节剂。
一种锅炉水冷壁防磨抗腐蚀电弧喷涂涂层的高温封孔剂的制备方法是，按照比例将甲基三甲氧基硅烷充分溶于正戊烷、丙酮中，并搅拌0.5小时使其混合，然后加入云母粉、硝酸铝、二乙烯三胺再次搅拌2小时充分混合，最后加入去离子水调节混合溶液的粘度，从而得到具有一定粘度、良好流动性和稳定性的封孔剂。
一种锅炉水冷壁防磨抗腐蚀电弧喷涂涂层的高温封孔剂的使用方法，应用于500-700℃温度的电站锅炉水冷壁电弧喷涂涂层，步骤如下：
第一步：电弧喷涂涂层的预处理
将有抗高温腐蚀的电弧涂层的工件进行清洗，去除涂层表面的油污和杂质，保持涂层表面干燥、清洁。
第二步：涂覆封孔剂
将本发明得到的封孔剂，使用刮涂、刷涂或喷雾方法将其均匀的涂覆在涂层表面，使其充分渗透进入涂层的孔隙和裂纹中，并确保涂层表面残存一薄层封孔剂。
第三步：干燥固化
在常温下进行36小时的干燥固化处理，即可得到封孔效果良好的涂层产品。
用显微镜观察封孔后涂层的形貌，如图2所示。并采用图像分析法计算封孔前后涂层的孔隙率，所得数据如表2所示。
表2实施例2的涂层封孔前后的孔隙率
| 封孔后涂层的微观形貌 | 封孔前涂层的孔隙率 | 封孔后涂层的孔隙率 |
| 涂层均匀致密，封孔效果良好 | 21.8％ | 0.8％ |
实施例3
一种锅炉水冷壁防磨抗腐蚀电弧喷涂涂层的高温封孔剂，包括甲基三甲氧基硅烷、云母粉、硝酸铝、正戊烷、二乙烯三胺、丙酮和去离子水。各成分的重量份比为：甲基三甲氧基硅烷60份、云母粉40份、硝酸铝10份、正戊烷20份、二乙烯三胺10份、丙酮20份、去离子水30份。
其中，甲基三甲氧基硅烷作为基料，云母粉、硝酸铝作为附加填料，正戊烷、丙酮作为溶剂和反应剂，二乙烯三胺作为固化剂，去离子水作为粘度调节剂。
一种锅炉水冷壁防磨抗腐蚀电弧喷涂涂层的高温封孔剂的制备方法是，按照比例将甲基三甲氧基硅烷充分溶于正戊烷、丙酮中，并搅拌2小时使其混合，然后加入云母粉、硝酸铝、二乙烯三胺再次搅拌0.5小时充分混合，最后加入去离子水调节混合溶液的粘度，从而得到具有一定粘度、良好流动性和稳定性的封孔剂。
一种锅炉水冷壁防磨抗腐蚀电弧喷涂涂层的高温封孔剂的使用方法，应用于500-700℃温度的电站锅炉水冷壁电弧喷涂涂层，步骤如下：
第一步：电弧喷涂涂层的预处理
将有抗高温腐蚀的电弧涂层的工件进行清洗，去除涂层表面的油污和杂质，保持涂层表面干燥、清洁。
第二步：涂覆封孔剂
将本发明得到的封孔剂，使用刮涂、刷涂或喷雾方法将其均匀的涂覆在涂层表面，使其充分渗透进入涂层的孔隙和裂纹中，并确保涂层表面残存一薄层封孔剂。
第三步：干燥固化温度和时间
在常温下进行48小时的干燥固化处理，即可得到封孔效果良好的涂层产品。
用显微镜观察封孔后涂层的形貌，如图3所示。并采用图像分析法计算封孔前后涂层的孔隙率，所得数据如表3所示。
表3实施例3的涂层封孔前后的孔隙率
| 封孔后涂层的微观形貌 | 封孔前涂层的孔隙率 | 封孔后涂层的孔隙率 |
| 涂层均匀致密，封孔效果良好 | 23.2％ | 0.9％ |
实施例4
一种锅炉水冷壁防磨抗腐蚀电弧喷涂涂层的高温封孔剂，包括甲基三甲氧基硅烷、云母粉、硝酸铝、正戊烷、二乙烯三胺、丙酮和去离子水。各成分的重量份比为：甲基三甲氧基硅烷50份、云母粉40份、硝酸铝20份、正戊烷20份、二乙烯三胺20份、丙酮15份、去离子水15份。
其中，甲基三甲氧基硅烷作为基料，云母粉、硝酸铝作为附加填料，正戊烷、丙酮作为溶剂和反应剂，二乙烯三胺作为固化剂，去离子水作为粘度调节剂。
一种锅炉水冷壁防磨抗腐蚀电弧喷涂涂层的高温封孔剂的制备方法是，按照比例将甲基三甲氧基硅烷充分溶于正戊烷、丙酮中，并搅拌2小时使其混合，然后加入云母粉、硝酸铝、二乙烯三胺再次搅拌2小时充分混合，最后加入去离子水调节混合溶液的粘度，从而得到具有一定粘度、良好流动性和稳定性的封孔剂。
一种锅炉水冷壁防磨抗腐蚀电弧喷涂涂层的高温封孔剂的使用方法，应用于500-700℃温度的电站锅炉水冷壁电弧喷涂涂层，步骤如下：
第一步：电弧喷涂涂层的预处理
将有抗高温腐蚀的电弧涂层的工件进行清洗，去除涂层表面的油污和杂质，保持涂层表面干燥、清洁。
第二步：涂覆封孔剂
将本发明得到的封孔剂，使用刮涂、刷涂或喷雾方法将其均匀的涂覆在涂层表面，使其充分渗透进入涂层的孔隙和裂纹中，并确保涂层表面残存一薄层封孔剂。
第三步：干燥固化
在常温下进行24小时的干燥固化处理，即可得到封孔效果良好的涂层产品。
用显微镜观察封孔后涂层的形貌，如图4所示。并采用图像分析法计算封孔前后涂层的孔隙率，所得数据如表4所示。
表4实施例4的涂层封孔前后的孔隙率
| 封孔后涂层的微观形貌 | 封孔前涂层的孔隙率 | 封孔后涂层的孔隙率 |
| 涂层均匀致密，封孔效果良好 | 25.3％ | 0.6％ |
综上，本发明方法制得的封孔剂流动性好，易于渗透进入涂层的孔隙和裂纹中；采用本发明的封孔剂封孔后，涂层的孔隙率大幅度降低，封孔操作简便，封孔过程中无需加热，产品不会发生变形；封孔剂的防磨、耐高温腐蚀性好，对电弧喷涂涂层具有较好的防护效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.锅炉水冷壁电弧喷涂涂层的高温封孔剂，其特征是，包括甲基三甲氧基硅烷、云母粉、硝酸铝、正戊烷、二乙烯三胺、丙酮和去离子水，各成分的重量份比为：甲基三甲氧基硅烷30-60份、云母粉20-40份、硝酸铝10-30份、正戊烷10-20份、二乙烯三胺10-20份、丙酮10-20份和去离子水10-30份。
2.根据权利要求1所述的锅炉水冷壁电弧喷涂涂层的高温封孔剂，其特征是，甲基三甲氧基硅烷作为基料。
3.根据权利要求1所述的锅炉水冷壁电弧喷涂涂层的高温封孔剂，其特征是，云母粉、硝酸铝作为附加填料。
4.根据权利要求1所述的锅炉水冷壁电弧喷涂涂层的高温封孔剂，其特征是，正戊烷、丙酮作为溶剂和反应剂。
5.根据权利要求1所述的锅炉水冷壁电弧喷涂涂层的高温封孔剂，其特征是，二乙烯三胺作为固化剂。
6.根据权利要求1所述的锅炉水冷壁电弧喷涂涂层的高温封孔剂，其特征是，去离子水作为粘度调节剂。
7.根据权利要求1-6任意一项权利要求所述高温封孔剂的制备方法，其特征在是，按照比例将甲基三甲氧基硅烷充分溶于正戊烷、丙酮中，并充分搅拌混合，然后加入云母粉、硝酸铝、二乙烯三胺继续搅拌，最后加入去离子水调节混合溶液的粘度。
8.根据权利要求1-6任意一项权利要求所述高温封孔剂的使用方法，其特征在是，应用于500-700℃温度的电站锅炉水冷壁电弧喷涂涂层，包括以下步骤：
第一步：电弧喷涂涂层预处理；
第二步：在第一步预处理完成的电弧喷涂涂层表面涂覆封孔剂；
第三步：干燥固化。
9.根据权利要求8所述高温封孔剂的使用方法，其特征在于，第一步具体是将有抗高温腐蚀的电弧涂层的工件进行清洗，去除涂层表面的油污和杂质，保持涂层表面干燥、清洁。
10.根据权利要求8所述高温封孔剂的使用方法，其特征在于，第二步具体是使用刮涂、刷涂或喷雾的方法将封孔剂均匀的涂覆在电弧喷涂涂层表面，使封孔剂充分渗透进入电弧喷涂涂层的孔隙和裂纹中，并确保电弧喷涂涂层表面残存一薄层封孔剂层。
11.根据权利要求8所述高温封孔剂的使用方法，其特征在于，第三步具体是将涂覆了封孔剂的电弧喷涂涂层在常温下进行24-48小时的干燥固化处理，即可得到封孔效果良好的涂层产品。
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