CN116285447A - 一种高温防磨抗蚀微晶陶瓷涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温防磨抗蚀微晶陶瓷涂料及其制备方法，具体涉及一种用于超超临界锅炉过热器高温防磨抗蚀微晶陶瓷涂料及其制备方法。涂料包括胶体、粉料及外加助剂；所述胶体与粉料重量比范围为4：6~5：5；所述外加助剂的重量小于涂料总质量的3%；所述胶体成分包括：钠水玻璃、加改性剂0.5~2wt%乙二醇和2~4wt%硅烷偶联剂KH560；本发明能够有效解决过热器其因快速磨损腐蚀减薄及穿透爆管等问题。

Description

一种高温防磨抗蚀微晶陶瓷涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高温防磨抗蚀微晶陶瓷涂料及其制备方法，具体涉及一种用于超超临界锅炉过热器高温防磨抗蚀微晶陶瓷涂料及其制备方法。

背景技术

过热器(superheater)是锅炉中将蒸汽从饱和温度进一步加热至过热温度的部件。随着锅炉行业技术的发展，世界先进水平的超临界和超超临界机成为市场主流。因此对过热器的要求越来越高。过热器在锅炉受压部件中承受的温度最高，约为700~800℃。高温气体中夹有30%的8-16目的固体颗粒，最大流速8m/s。对高温过热器有一定冲刷作用。同时高温硫腐蚀和水蒸气氧化腐蚀是过热器管腐蚀的两种主要形式。高温积灰生成的碱金属的硫酸盐复合物附在管壁上形成高温氧化腐蚀，管壁逐渐蚕食，当被侵蚀的金属厚度小于管壁在当时压力下的极限厚度时，就会发生泄漏。为防止高温过热器管壁高温氧化磨损的协同作用，目前普遍的措施：采用各种表面技术的方法对金属件进行防磨，如炉管的渗氮或渗铬、电镀和热浸镀、防护瓦、热喷涂、喷焊、堆焊等。该项技术是一种有效的防磨方法。但此方法成本高，施工复杂。因此，针对锅炉高温过热器开发一种防磨抗蚀的微晶陶瓷涂料，主要由非金属化合物及氧化物构成，属化学惰性材料，陶瓷涂料膜致密，与管壁金属基体结合紧密。致密的陶瓷基复合材料膜有效屏蔽了还原气氛的高温硫腐蚀。此涂料能长时间在700~850℃高温腐蚀。为有效解决过热器其因快速磨损腐蚀减薄及穿透爆管等问题，提供一种新的技术解决方法。

发明内容

本发明的目的在于有效解决过热器其因快速磨损腐蚀减薄及穿透爆管等问题，提供一种高温防磨抗蚀微晶陶瓷涂料及其制备方法。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种高温防磨抗蚀微晶陶瓷涂料，该涂料包括胶体、粉料及外加助剂；

所述胶体与粉料重量比范围为4：6~5：5；

所述外加助剂的重量小于涂料总质量的3%；

所述胶体成分包括：钠水玻璃、加改性剂0.5~2wt%乙二醇和2~4wt%硅烷偶联剂KH560；

所述粉料成分为：无铅低熔点玻璃粉15~30wt%、铬铁矿粉12~20wt%、氧化铝粉10~15wt%、氧化铝微粉7~14%、磷钼酸锌粉5~10wt%、长石粉10~15wt%、镁橄榄石粉5~10wt%、钠基膨润土5~7wt%、凹凸棒土3~5wt%、高岭土6~15wt%、硅微粉3-5wt%氧化铬绿2~5wt%、活性氧化镁1~2wt%；

所述外加助剂成分为：表面活性剂0.3~0.5wt%、分散剂0.3~0.5wt%、消泡剂0.5~1wt%、固化剂0.4~0.8wt%。

进一步的，所述钠水玻璃模数为2.7模数，玻璃粉始熔温度440℃，细度：1250目，主要功能降低涂料烧结温度，填充涂料烧结过程中的裂缝。

进一步的，所述铬铁矿粉细度600目，里面含有铬酸盐矿物，能增加涂料抗腐蚀性能。

进一步的，所述氧化铝粉细度200目，氧化铝微粉细度1000目；

所述镁橄榄石粉：细度200目，抗侵蚀，容易与金属粘合；

所述钠基膨润土:细度200目，该物质在水物质中具备较好的飘浮性和分散性，使涂料不容易沉积，不容易分层次，色调匀称，进而改进涂料混液的可靠性，并且刷涂性能好。

进一步的，所述磷钼酸锌粉、长石粉、凹凸棒土或高岭土细度为325目。

进一步的，所述硅微粉细度硅灰中细度小于1微米的占80%以上，平均粒径在0.1~0.3微米。

进一步的，所述活性氧化镁：细度：1000目，具有比表面大、表面能高以及结合力强的优点可使涂层烧结后更加致密化。

进一步的，表面活性剂为十二烷磺酸钠、分散剂为羧甲基纤维素钠、消泡剂为硅醚共聚类、固化剂为氟硅酸钠。

一种高温防磨抗蚀微晶陶瓷涂料的制备方法，包括以下步骤

第一步：按重量称取钠水玻璃94~97.5份加0.5~2份乙二醇和2~4份硅烷偶联剂KH560，搅拌5min，得到混合粘结性液体A组份；

第二步：将填料按重量称取，无铅低熔点玻璃粉15~30份，铬铁矿粉12~20份，氧化铝粉10~15份，氧化铝微粉7~14份，磷钼酸锌粉5~10份，长石粉10~15份，镁橄榄石粉5~10份，钠基膨润土5~7份，凹凸棒土3~5份，高岭土6~15份，硅微粉3-5份，氧化铬绿2~5份。活性氧化镁1~2份。放入V型混合机搅拌30~60min，搅拌速率30~50r/min。得到混合粉料B组份；

第三步：按重量比例称取A:B=5:5，外加表面活性剂0.3~0.5wt%，分散剂：0.3~0.5wt%：消泡剂：0.5~1wt%，固化剂0.4~0.8wt%；称取后放入行星式球磨机中研磨10~15min，球磨转速300r/min；得到高温耐磨耐蚀微晶涂料。

本发明的有益效果：

本涂料为胶体和主体填料两部分。通过引入改性钠水玻璃溶胶为结合剂。溶胶的表面由许多硅烷醇基（-SiOH）和羟基（—OH）所覆盖。溶胶与填料微粉混合时，胶体吸附填料颗粒表面，形成单层饱和分布，同时填充填料颗粒间隙。烧结处理后胶体粒子以化学键（Si—O—Si）相结合。形成稳定的空间网络结构，将填料颗粒牢固结合在一起。并在填料颗粒表面形成纳米微晶包覆的微复合结构。通过增加铬铁矿，钼酸盐等缓蚀剂有效阻隔腐蚀介质的扩散，氧化膜型缓蚀剂是通过阻抑腐蚀反应的阳极过程来达到缓蚀的，这些阳极缓蚀剂能在阳极与金属离子作用形成氧化物或氯氧化物。沉积覆盖在阳极上形成保护膜，达到阻抑腐蚀的效果。无机涂料运用的难点就是与金属基材的匹配性，无机涂料高温烧结体积收缩，而金属材料一般会膨胀。本发明通过优选原料配方，增加胶体与基材的渗透能力，达到胶固化烧结后与基材铆钉的结合效果。该发明的涂料有致密陶瓷化，高硬度、超耐磨、耐腐蚀及优异的抗热震性能。600℃高温摩擦系数为0.2~0.3，800℃抗热震（水冷）大于20次。磨耗量小于10mg/1000转（taber磨耗仪）。产品技术达到或超过国外先进水平，为我国高温过热器实现用涂料做防护取得优异效果。

附图说明

图1是采用本发明涂料在实验室管排上800℃*48h烧后外观形貌示意图；

图2是涂料体视显微镜下组织结构示意图。

实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。

一种高温防磨抗蚀微晶陶瓷涂料，该涂料包括胶体、粉料及外加助剂；

所述胶体与粉料重量比范围为4：6~5：5；

所述外加助剂的重量小于涂料总质量的3%；

所述胶体成分包括：钠水玻璃、加改性剂0.5~2wt%乙二醇和2~4wt%硅烷偶联剂KH560；

所述粉料成分为：无铅低熔点玻璃粉15~30wt%、铬铁矿粉12~20wt%、氧化铝粉10~15wt%、氧化铝微粉7~14%、磷钼酸锌粉5~10wt%、长石粉10~15wt%、镁橄榄石粉5~10wt%、钠基膨润土5~7wt%、凹凸棒土3~5wt%、高岭土6~15wt%、硅微粉3-5wt%氧化铬绿2~5wt%、活性氧化镁1~2wt%；

所述外加助剂成分为：表面活性剂0.3~0.5wt%、分散剂0.3~0.5wt%、消泡剂0.5~1wt%、固化剂0.4~0.8wt%。

进一步的，所述钠水玻璃模数为2.7模数，玻璃粉始熔温度440℃，细度：1250目，主要功能降低涂料烧结温度，填充涂料烧结过程中的裂缝。

进一步的，所述铬铁矿粉细度600目，里面含有铬酸盐矿物，能增加涂料抗腐蚀性能。

进一步的，所述氧化铝粉细度200目，氧化铝微粉细度1000目；

所述镁橄榄石粉：细度200目，抗侵蚀，容易与金属粘合；

所述钠基膨润土:细度200目，该物质在水物质中具备较好的飘浮性和分散性，使涂料不容易沉积，不容易分层次，色调匀称，进而改进涂料混液的可靠性，并且刷涂性能好。

进一步的，所述磷钼酸锌粉、长石粉、凹凸棒土或高岭土细度为325目。

进一步的，所述硅微粉细度硅灰中细度小于1微米的占80%以上，平均粒径在0.1~0.3微米。

进一步的，所述活性氧化镁：细度：1000目，具有比表面大、表面能高以及结合力强的优点可使涂层烧结后更加致密化。

进一步的，表面活性剂为十二烷磺酸钠、分散剂为羧甲基纤维素钠、消泡剂为硅醚共聚类、固化剂为氟硅酸钠。

一种高温防磨抗蚀微晶陶瓷涂料的制备方法，包括以下步骤

第一步：按重量称取钠水玻璃94~97.5份加0.5~2份乙二醇和2~4份硅烷偶联剂KH560，搅拌5min，得到混合粘结性液体A组份；

第二步：将填料按重量称取，无铅低熔点玻璃粉15~30份，铬铁矿粉12~20份，氧化铝粉10~15份，氧化铝微粉7~14份，磷钼酸锌粉5~10份，长石粉10~15份，镁橄榄石粉5~10份，钠基膨润土5~7份，凹凸棒土3~5份，高岭土6~15份，硅微粉3-5份，氧化铬绿2~5份。活性氧化镁1~2份。放入V型混合机搅拌30~60min，搅拌速率30~50r/min。得到混合粉料B组份；

第三步：按重量比例称取A:B=5:5，外加表面活性剂0.3~0.5wt%，分散剂：0.3~0.5wt%：消泡剂：0.5~1wt%，固化剂0.4~0.8wt%；称取后放入行星式球磨机中研磨10~15min，球磨转速300r/min；得到高温耐磨耐蚀微晶涂料。

实施例

按质量称取水玻璃96份，乙二醇1份，硅烷偶联剂3份得到粘结剂A组份。

按质量称取无铅低熔点玻璃粉18份，铬铁矿粉15份，氧化铝10份，氧化铝微粉9份，磷钼酸锌粉8份，长石粉12份，镁橄榄石6份，膨润土5份，凹凸棒土3份，高岭土8份，硅微粉4份，氧化铬绿2份，活性氧化镁1份.放入V型混合机搅拌30~60min，得到混合B组份。

将A：B为5：5混合得到C。按C组份的质量比列称取表面活性剂0.4wt%，分散剂0.4wt%消泡剂0.6wt%，固化剂0.6wt%。放入行星式球磨机研磨10-15min，得到涂料。

涂料涂覆过程：采用锅炉常用钢材20G基材，采用喷砂对钢片进行喷砂处理，粗糙度达到Rz40~80μm。采用喷涂法涂覆于经过喷砂处理后的基材表面。喷涂涂料厚度500~800μm。经室温干燥后放入恒温箱中，110℃干燥2h。随后放入马弗炉中进行加热固化，以3~5℃/min升温至800℃。保温24h后随炉冷却。得到涂覆在基材的涂层。该涂层达到致密化陶瓷结构，和基材牢固结合。耐冲击、耐磨性，及耐热震性能优良。

实施例

质量称取水玻璃97份，乙二醇1份，硅烷偶联剂2份得到粘结剂A组份。

按质量称取无铅低熔点玻璃粉15份，铬铁矿粉16份，氧化铝10份，氧化铝微粉12份，磷钼酸锌粉8份，长石粉10份，镁橄榄石8份，膨润土5份，凹凸棒土3份，高岭土8份，硅微粉4份，氧化铬绿2份，活性氧化镁1份，放入V型混合机搅拌30~60min得到混合B组份。

取A:B质量比为4:6混合得到D。按D组份的质量比列称取表面活性剂0.4wt%，分散剂0.4wt%消泡剂0.6wt%，固化剂0.6wt%。放入行星式球磨机研磨10-15min，得到涂料。

涂料涂覆过程：采用锅炉常用钢材20G基材，采用喷砂对钢片进行喷砂处理，粗糙度达到Rz40~80μm。采用喷涂法涂覆于经过喷砂处理后的基材表面。喷涂涂料厚度500~800μm。经室温干燥后放入恒温箱中，110℃干燥2h。随后放入马弗炉中进行加热固化，以3~5℃/min升温至800℃。保温24h后随炉冷却。得到涂覆在基材的涂层。该涂层达到致密化陶瓷结构，和基材牢固结合。耐冲击、耐磨性，及耐热震性能优良。

本发明提供高温防磨抗蚀微晶陶瓷涂料应用于超临界、超超临界循环流化床锅炉过热器、再热器受热面管壁的磨损防护。也适用于其他窑炉工作部位温度在700~850℃的基材表面防护。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种高温防磨抗蚀微晶陶瓷涂料，其特征在于：该涂料包括胶体、粉料及外加助剂；

所述胶体与粉料重量比范围为4：6~5：5；

所述外加助剂的重量小于涂料总质量的3%；

所述胶体成分包括：钠水玻璃、加改性剂0.5~2wt%乙二醇和2~4wt%硅烷偶联剂KH560；

所述粉料成分为：无铅低熔点玻璃粉15~30wt%、铬铁矿粉12~20wt%、氧化铝粉10~15wt%、氧化铝微粉7~14%、磷钼酸锌粉5~10wt%、长石粉10~15wt%、镁橄榄石粉5~10wt%、钠基膨润土5~7wt%、凹凸棒土3~5wt%、高岭土6~15wt%、硅微粉3-5wt%氧化铬绿2~5wt%、活性氧化镁1~2wt%；

所述外加助剂成分为：表面活性剂0.3~0.5wt%、分散剂0.3~0.5wt%、消泡剂0.5~1wt%、固化剂0.4~0.8wt%。

2.根据权利要求1所述的高温防磨抗蚀微晶陶瓷涂料，其特征在于：所述钠水玻璃模数为2.7模数，玻璃粉始熔温度440℃，细度：1250目，主要功能降低涂料烧结温度，填充涂料烧结过程中的裂缝。

3.根据权利要求1所述的高温防磨抗蚀微晶陶瓷涂料，其特征在于：所述铬铁矿粉细度600目，里面含有铬酸盐矿物，能增加涂料抗腐蚀性能。

4.根据权利要求1所述的高温防磨抗蚀微晶陶瓷涂料，其特征在于：所述氧化铝粉细度200目，氧化铝微粉细度1000目；

所述镁橄榄石粉：细度200目，抗侵蚀，容易与金属粘合；

所述钠基膨润土:细度200目，该物质在水物质中具备较好的飘浮性和分散性，使涂料不容易沉积，不容易分层次，色调匀称，进而改进涂料混液的可靠性，并且刷涂性能好。

5.根据权利要求1所述的高温防磨抗蚀微晶陶瓷涂料，其特征在于：所述磷钼酸锌粉、长石粉、凹凸棒土或高岭土细度为325目。

6.根据权利要求1所述的高温防磨抗蚀微晶陶瓷涂料，其特征在于：所述硅微粉细度硅灰中细度小于1微米的占80%以上，平均粒径在0.1~0.3微米。

7.根据权利要求1所述的高温防磨抗蚀微晶陶瓷涂料，其特征在于：所述活性氧化镁：细度：1000目，具有比表面大、表面能高以及结合力强的优点可使涂层烧结后更加致密化。

8.根据权利要求1所述的高温防磨抗蚀微晶陶瓷涂料，其特征在于：表面活性剂为十二烷磺酸钠、分散剂为羧甲基纤维素钠、消泡剂为硅醚共聚类、固化剂为氟硅酸钠。

9.一种高温防磨抗蚀微晶陶瓷涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤

第一步：按重量称取钠水玻璃94~97.5份加0.5~2份乙二醇和2~4份硅烷偶联剂KH560，搅拌5min，得到混合粘结性液体A组份；

第二步：将填料按重量称取，无铅低熔点玻璃粉15~30份，铬铁矿粉12~20份，氧化铝粉10~15份，氧化铝微粉7~14份，磷钼酸锌粉5~10份，长石粉10~15份，镁橄榄石粉5~10份，钠基膨润土5~7份，凹凸棒土3~5份，高岭土6~15份，硅微粉3-5份，氧化铬绿2~5份。活性氧化镁1~2份。放入V型混合机搅拌30~60min，搅拌速率30~50r/min。得到混合粉料B组份；

第三步：按重量比例称取A:B=5:5，外加表面活性剂0.3~0.5wt%，分散剂：0.3~0.5wt%：消泡剂：0.5~1wt%，固化剂0.4~0.8wt%；称取后放入行星式球磨机中研磨10~15min，球磨转速300r/min；得到高温耐磨耐蚀微晶涂料。

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