CN116355447B - 无铬稀土硅酸盐无机铝涂料、涂层和制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高温防护涂层制备技术领域，具体涉及无铬稀土硅酸盐无机铝涂料、涂层和制备方法。为了开发一种更环保的、耐腐蚀性能优异的无机Al涂层，以满足市场需求。本发明提供了一种无铬稀土硅酸盐无机铝涂料，其原料组成按重量百分比计，包括：稀土增强无机硅酸盐粘结剂50～60％，Al粉40～50％；其中，所述的稀土增强无机硅酸盐粘结剂按占整个无机铝涂料重量百分比计，包括：硅酸钠10～20％、稀土增强剂5～10％，余量为水；所述的稀土增强剂选自钇或铈的化合物中至少一种。本发明的涂层不需要特殊导电处理也能有好的导电性能，具有重要的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于高温防护涂层制备技术领域，具体涉及无铬稀土硅酸盐无机铝涂料、涂层和制备方法。
背景技术
随着航空、燃气轮机技术进步，对涂层性能也提出了更高要求，不仅需要涂层具有优异的防腐性能，也要求涂层具有更好的耐磨抗冲蚀性能。美国US3248251专利中首次公开了无机Al涂层，具有良好的导电性和粘接强度，能够耐500℃高温，还具有抗氧化、耐盐雾等特性，因此被广泛应用于航空航天、汽轮机等部件防腐领域。然而由于涂层中含有重金属六价Cr，对环境、人体影响较大。
因此，从安全环保的角度出发，急需开发一种更环保的、耐腐蚀性能优异的无机Al涂层，以满足市场需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题为：开发一种不含六价Cr、环保的、耐腐蚀性能优异的无机Al涂料及涂层。
本发明解决上述技术问题的技术方案为：
本发明首先提供了一种无铬稀土硅酸盐无机铝涂料，其原料组成按重量百分比计，包括：稀土增强无机硅酸盐粘结剂50～60％，Al粉40～50％；其中，所述的稀土增强无机硅酸盐粘结剂按占整个无机铝涂料重量百分比计，包括：硅酸钠10～20％、稀土增强剂5～10％，余量为水；所述的稀土增强剂选自钇或铈的化合物中至少一种。
其中，所述无铬稀土硅酸盐无机铝涂料，其原料组成按重量百分比计，包括：稀土增强无机硅酸盐粘结剂55％，Al粉45％；其中，所述的稀土增强无机硅酸盐粘结剂按占整个无机铝涂料重量百分比计，包括：硅酸钠10％、稀土增强剂6～9％，余量为水；所述的稀土增强剂选自钇或铈的化合物中至少一种。
其中，所述的稀土增强剂选自钇的氧化物和铈的氧化物。
其中，所述的Al粉为球形或片状。
其中，所述的粘结中的水为去离子水。
本发明还提供了上述无铬稀土硅酸盐无机铝涂料的制备方法，包括以下步骤：
按上述重量百分比计称取硅酸钠溶于水中，再加入稀土增强剂，搅拌至完全溶解，随后加入铝粉，搅拌分散30min以上，即可。
本发明还提供了无铬稀土硅酸盐无机铝涂层的制备方法，包括以下步骤：将上述无铬稀土硅酸盐无机铝涂料涂覆到基材上，经热处理，即得。
其中，所述的基材为碳钢、不锈钢、钛或铝。
其中，所述的涂覆包括：浸涂、刷涂或喷涂方式。优选为喷涂方式。
其中，涂覆厚度为5～100微米。优选为60～80微米。
其中，所述的热处理依次经过低温热处理和高温热处理两个阶段，低温段温度80～150℃，保温＞30min；高温段260～400℃，保温＞30min。
本发明还提供了采用上述制备方法制备的无铬稀土硅酸盐无机铝涂层。
本发明还提供了上述无铬稀土硅酸盐无机铝涂料或涂层在航空、燃气轮机上的应用。
本发明的有益效果：本发明提供了一种无铬稀土硅酸盐无机铝涂料及涂层，将改性无机硅酸盐和Al粉混合均匀后涂覆到基材上，然后经过热处理、制备出成分容易精确控制的涂层。所制备的涂料或涂层不含重金属六价Cr，安全环保，涂料制备工艺简单、易于操作，且涂层具有很好的抗高温防腐性能，耐中性盐雾＞2000h，抗500℃高温氧化性能良好，且成本较低、施工效率高。本发明的涂层不需要特殊导电处理也能有好的导电性能，具有重要的应用价值。
具体实施方式
本发明首先提供了一种无铬稀土硅酸盐无机铝涂料，其原料组成按重量百分比计，包括：稀土增强无机硅酸盐粘结剂50～60％，Al粉40～50％；其中，所述的稀土增强无机硅酸盐粘结剂按占整个无机铝涂料重量百分比计，包括：硅酸钠10～20％、稀土增强剂5～10％，余量为水；所述的稀土增强剂选自钇或铈的化合物中至少一种。
在本发明的一种实施方式中，所述无铬稀土硅酸盐无机铝涂料，其原料组成按重量百分比计，包括：稀土增强无机硅酸盐粘结剂55％，Al粉45％；其中，所述的稀土增强无机硅酸盐粘结剂按占整个无机铝涂料重量百分比计，包括：硅酸钠10％、稀土增强剂6～9％，余量为水；所述的稀土增强剂选自钇或铈的化合物中至少一种。
在本发明的一种实施方式中，所述的稀土增强剂选自钇的氧化物和铈的氧化物。
在本发明的一种实施方式中，所述的Al粉为球形或片状。
在本发明的一种实施方式中，所述的粘结中的水为去离子水。
其中钇的作用为在硅酸盐涂层固化时，钇原子取代部分硅原子，从而最终增强涂层的导电性能，而铈的作用为利用其4价铈的强氧化性，对Al粉表面形成钝化，从而解决传统Al粉在酸、碱介质中容易发生反应，不稳定的缺点。
其中硅酸钠作为涂层成膜剂，Al粉作为功能填料，决定了涂层最终的导电、耐腐蚀性能。
本发明还提供了上述无铬稀土硅酸盐无机铝涂料的制备方法，包括以下步骤：
按上述重量百分比计称取硅酸钠溶于水中，再加入稀土增强剂，搅拌至完全溶解，随后加入铝粉，搅拌分散30min以上，即可。
本发明还提供了无铬稀土硅酸盐无机铝涂层的制备方法，包括以下步骤：将上述无铬稀土硅酸盐无机铝涂料涂覆到基材上，经热处理，即得。
在本发明的一种实施方式中，所述的基材为碳钢、不锈钢、钛或铝。
在本发明的一种实施方式中，所述的涂覆包括：浸涂、刷涂或喷涂方式。优选为喷涂方式。
在本发明的一种实施方式中，涂覆厚度为5～100微米。优选为60～80微米。
在本发明的一种实施方式中，所述的热处理依次经过低温热处理和高温热处理两个阶段，低温段温度80～150℃，保温＞30min；高温段260～400℃，保温＞30min。
本发明还提供了采用上述制备方法制备的无铬稀土硅酸盐无机铝涂层。
本发明还提供了上述无铬稀土硅酸盐无机铝涂料或涂层在航空、燃气轮机上的应用。
下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
首先制备无铬稀土硅酸盐无机铝涂料，如实施例1～3和对比例1～2所示。
实施例1
首先按重量百分比计称取100g硅酸钠、溶于350g的水溶液，再加入稀土增强剂50g氧化钇、50g氧化铈，搅拌至完全溶解；随后加入450g铝粉，搅拌分散30min以上。
实施例2
按重量百分比计称取100g硅酸钠、溶于360g的水溶液，再加入稀土增强剂50g氧化钇、40g氧化铈，搅拌至完全溶解；随后加入450g铝粉，搅拌分散30min以上。
实施例3
按重量百分比计称取100g硅酸钠、溶于390g的水溶液，再加入稀土增强剂30g氧化钇、30g氧化铈，搅拌至完全溶解；随后加入450g铝粉，搅拌分散30min以上。
对比例1
按重量百分比计称取100g硅酸钠、溶于450g的水溶液，搅拌至完全溶解；随后加入450g铝粉。搅拌分散30min以上。
对比例2
按重量百分比计称取100g硅酸钠、溶于400g的水溶液，搅拌至完全溶解；再加入50g铬酐，搅拌至溶解，随后加入450g铝粉，搅拌分散30min以上。
试验例1
采用实施例1～3和对比例1～2的制备无铬稀土硅酸盐无机铝涂料制备无铬稀土硅酸盐无机铝涂层
原料及重量百分含量如表1所示：
表1无铬稀土硅酸盐无机铝涂料组成
按表1中的比例制备的涂料，采用喷涂的方式，在试片上涂敷上述制备的无铬稀土硅酸盐无机铝涂料，以及对比例1、2涂料，然后低温100℃，保温60分钟；高温320℃，保温60分钟，随炉冷却至室温，得到无铬稀土硅酸盐无机铝涂层。
对实施例制备得到的涂层进行性能测试，结果如下表2所示。
表2不同实施例制备的涂层性能表
由实施例的结果可知，本发明的涂层具有良好的导电性能，优异的防腐性能、良好的结合力性能。且不含重金属Cr，安全环保，使用范围更广阔，具有很好的应用前景。
需要说明的是，本说明书中描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例以及不同实施例的特征进行结合和组合。
Claims (9)
1.无铬稀土硅酸盐无机铝涂料，其特征在于：其原料组成按重量百分比计，组成为：稀土增强无机硅酸盐粘结剂50~60%，Al粉40~50%；其中，所述的稀土增强无机硅酸盐粘结剂按占整个无机铝涂料重量百分比计，包括：硅酸钠10~20%、稀土增强剂6%，余量为水；所述的稀土增强剂选自钇的氧化物和铈的氧化物，氧化钇为3%，氧化铈为3%。
2.根据权利要求1所述的无铬稀土硅酸盐无机铝涂料，其特征在于：其原料组成按重量百分比计，组成为：稀土增强无机硅酸盐粘结剂55%，Al粉45%；其中，所述的稀土增强无机硅酸盐粘结剂按占整个无机铝涂料重量百分比计，包括：硅酸钠10%、稀土增强剂6%，余量为水；所述的稀土增强剂选自钇的氧化物和铈的氧化物，氧化钇为3%，氧化铈为3%。
3.根据权利要求1或2所述的无铬稀土硅酸盐无机铝涂料，其特征在于：所述的Al粉为球形或片状；所述的稀土增强无机硅酸盐粘结剂中的水为去离子水。
4.权利要求1~3任一项所述的无铬稀土硅酸盐无机铝涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
按重量百分比计称取硅酸钠溶于水中，再加入稀土增强剂，搅拌至完全溶解，随后加入铝粉，搅拌分散30min以上，即可。
5.无铬稀土硅酸盐无机铝涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将权利要求1~3任一项所述的无铬稀土硅酸盐无机铝涂料涂覆到基材上，经热处理，即得。
6.根据权利要求5所述的无铬稀土硅酸盐无机铝涂层的制备方法，其特征在于：满足以下至少一项：
所述的基材为碳钢、不锈钢、钛或铝；
所述的涂覆包括：浸涂、刷涂或喷涂方式；
涂覆厚度为5~100微米。
7.根据权利要求5或6所述的无铬稀土硅酸盐无机铝涂层的制备方法，其特征在于：所述的热处理依次经过低温热处理和高温热处理两个阶段，低温段温度80~150℃，保温＞30min；高温段260~400℃，保温＞30min。
8.权利要求5~7任一项所述的无铬稀土硅酸盐无机铝涂层。
9.权利要求1~3任一项所述的无铬稀土硅酸盐无机铝涂料或权利要求8所述涂层在航空燃气轮机上的应用。
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