CN116376329A - 一种高平滑度耐高温涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种高平滑度耐高温涂料及其制备方法属于表面处理技术领域。本发明由有机硅乳液、聚醚改性聚硅氧烷、陶瓷粉、助溶剂和水组成，有机硅乳液占混合物重量的2％～5％，聚醚改性聚硅氧烷占混合物重量的0.5％～1.0％，陶瓷粉占混合物重量的75％～85％、助溶剂占混合物重量的3％～5％，余量为水。本发明的制备步骤是：制备陶瓷粉；配料；分散。本发明提出了一种高平滑度耐高温涂料配方及其制备方法，以便提高涂层高温下的平滑性，降低涂层的空气阻力，强化设备的热效率。
Description
技术领域
本发明一种高平滑度耐高温涂料及其制备方法属于表面处理技术领域。
背景技术
发动机和燃气轮机的压气机中高压叶片最高需耐受高达600℃的高温，为了保护叶片基体常常需要涂覆防护涂层以保证寿命。常规的耐高温涂料往往表面较为粗糙，尤其在长期高温下产生分解反应致使表面微结构变化，粗糙度进一步加大，对吸入发动机的气流产生较大的阻力，设备的热效率因此受到制约。如有机硅系涂层一般在300℃～350℃发生分解，涂层粗糙度由低温状态的Ra0.6劣化至Ra1.5以上，而无机磷酸盐系涂层的粗糙度一般难以达到Ra1.0以下，高温下产生微裂纹后粗糙度进一步上升。本发明针对上述关键问题，提出了创新性的耐高温涂层材料，该涂层可在高温下维持Ra0.4的高平滑度。
发明内容
本发明的目的是：提出一种高平滑度耐高温涂料配方及其制备方法，以便提高涂层高温下的平滑性，降低涂层的空气阻力，强化设备的热效率。
本发明的技术方案是：一种高平滑度耐高温涂料，所述涂料是由有机硅乳液、聚醚改性聚硅氧烷、陶瓷粉、助溶剂和水组成的混合物，其中所述有机硅乳液占混合物重量的2％～5％，所述聚醚改性聚硅氧烷占混合物重量的0.5％～1.0％，所述陶瓷粉占混合物重量的75％～85％，所述陶瓷粉由铋-锌-硼玻璃粉、钇稳定氧化锆、硼-硅玻璃粉和硅化锆按质量比(35～37):(25～27):(5～8):(2～4)混合高温烧结而成，所述助溶剂占混合物重量的3％～5％，余量为水；所述助溶剂为丙二醇甲醚乙酸酯、丙二醇二乙酸酯、乙二醇二乙酸酯中的一种或几种。
所述有机硅乳液采用甲基硅烷预聚体乳液、苯基硅烷预聚体乳液中的一种或几种。
所述聚醚改性聚硅氧烷采用聚氧化丙烯醚改性聚甲基硅氧烷、聚四亚甲基醚改性聚甲基硅氧烷或聚环乙烷醚改性聚甲基硅氧烷中的一种或几种。
所述陶瓷粉的制备方法是将铋-锌-硼玻璃粉、钇稳定氧化锆、硼-硅玻璃粉和硅化锆的混合物，在充氩气氛中于750℃～850℃下煅烧2h～4h，然后球磨至平均粒径低于10μm，烘干后即可得到陶瓷粉。
所述助溶剂采用丙二醇甲醚乙酸酯。
所述助溶剂采用丙二醇甲醚乙酸酯、丙二醇二乙酸酯、乙二醇二乙酸酯的混合物。
所述助溶剂采用丙二醇甲醚乙酸酯、乙二醇二乙酸酯的混合物。
高平滑度耐高温涂料的制备方法，所述方法采取如下步骤：
(1)制备陶瓷粉：按质量比(35～37):(25～27):(5～8):(2～4)称取铋-锌-硼玻璃粉、钇稳定氧化锆、硼-硅玻璃粉和硅化锆，在充氩气氛中于750℃～850℃下煅烧2h～4h，然后球磨至平均粒径低于10μm，烘干即可得到陶瓷粉；
(2)配料：所述有机硅乳液占混合物重量的2％～5％，所述聚醚改性聚硅氧烷占混合物重量的0.5％～1.0％，所述陶瓷粉占混合物重量的75％～85％，按上述比例分别称取有机硅乳液、聚醚改性聚硅氧烷、陶瓷粉、助溶剂和水；
(3)分散：向助溶剂中加入有机硅乳液、聚醚改性聚硅氧烷、陶瓷粉和水，在1000rpm～2000rpm下搅拌至细度低于20μm后出料，得到高平滑度耐高温涂料。
本发明的优点是：提出了一种高平滑度耐高温涂料配方及其制备方法，该涂料形成的涂层可在高温下稳定、平滑，有效降低空气阻力，在气流通过高温漆膜时减少装备不必要的振动，从而强化设备的热效率。传统的无机体系或有机体系的耐温涂料表面粗糙度一般均在Ra1.0以上，并且在高温下由于成膜物的不断降解变化粗糙度还会进一步上升，涂层的高温下气体阻力会进一步劣化，成为航空发动机、燃气轮机等特种装备高温部分的瓶颈材料技术，本发明有效的解决了这一问题，将高温涂层的粗糙度降低至Ra0.4以下，并且由于涂层成分的高温稳定性其粗糙度可长期保持。
具体实施方式
发明原理：以特定比例的耐高温陶瓷和玻璃粉进行复配烧结形成陶瓷粉核心原料，在高温下借助有机硅乳液辅助形成微液相，并在聚醚改性聚硅氧烷的液相中进一步流平为高平滑度漆膜，这种高温下稳定的平滑涂层可有效降低空气阻力。
一种高平滑度耐高温涂料，所述涂料是由有机硅乳液、聚醚改性聚硅氧烷、陶瓷粉、助溶剂和水组成的混合物，其中所述有机硅乳液为辅助成膜物，占混合物重量的2％～5％，所述聚醚改性聚硅氧烷为流平助剂，占混合物重量的0.5％～1.0％，所述陶瓷粉为高温成膜材料，占混合物重量的75％～85％，所述陶瓷粉由铋-锌-硼玻璃粉、钇稳定氧化锆、硼-硅玻璃粉和硅化锆按质量比(35～37):(25～27):(5～8):(2～4)混合高温烧结而成，该比例为优选比例，有助于高温平滑液膜的成相和稳定，所述助溶剂为成膜辅助溶剂，占混合物重量的3％～5％，余量为水；所述助溶剂为丙二醇甲醚乙酸酯、丙二醇二乙酸酯、乙二醇二乙酸酯中的一种或几种，均为低气味、低毒性的高通用性工业溶剂。
所述有机硅乳液采用甲基硅烷预聚体乳液、苯基硅烷预聚体乳液中的一种或几种。
所述聚醚改性聚硅氧烷采用聚氧化丙烯醚改性聚甲基硅氧烷、聚四亚甲基醚改性聚甲基硅氧烷或聚环乙烷醚改性聚甲基硅氧烷中的一种或几种。
所述陶瓷粉的制备方法是将铋-锌-硼玻璃粉、钇稳定氧化锆、硼-硅玻璃粉和硅化锆的混合物，在充氩气氛中于750℃～850℃下煅烧2h～4h，然后球磨至平均粒径低于10μm，较低的粒径有助于涂料制备分散和喷涂，烘干后即可得到陶瓷粉。
所述助溶剂采用丙二醇甲醚乙酸酯。
所述助溶剂采用丙二醇甲醚乙酸酯、丙二醇二乙酸酯、乙二醇二乙酸酯的混合物。
所述助溶剂采用丙二醇甲醚乙酸酯、乙二醇二乙酸酯的混合物。
高平滑度耐高温涂料的制备方法，所述方法采取如下步骤：
(1)制备陶瓷粉：按质量比(35～37):(25～27):(5～8):(2～4)称取铋-锌-硼玻璃粉、钇稳定氧化锆、硼-硅玻璃粉和硅化锆，在充氩气氛中于750℃～850℃下煅烧2h～4h，然后球磨至平均粒径低于10μm，烘干即可得到陶瓷粉；
(2)配料：所述有机硅乳液占混合物重量的2％～5％，所述聚醚改性聚硅氧烷占混合物重量的0.5％～1.0％，所述陶瓷粉占混合物重量的75％～85％，按上述比例分别称取有机硅乳液、聚醚改性聚硅氧烷、陶瓷粉、助溶剂和水；
(3)分散：向助溶剂中加入有机硅乳液、聚醚改性聚硅氧烷、陶瓷粉和水，在1000rpm～2000rpm下搅拌至细度低于20μm后出料，得到高平滑度耐高温涂料。
高平滑度耐高温涂料使用的步骤如下：
(1)基底预处理：用120目的氧化铝砂对待涂覆基底表面进行吹砂，之后用汽油或丙酮清洗待涂覆基底表面并晾干；
(2)涂覆：向基底表面使用喷枪喷涂高平滑度耐高温涂料，涂覆厚度一般控制为0.01mm～0.1mm；
(3)固化：将涂覆的高平滑度耐高温涂料在200℃下放置0.5h，然后在600℃下放置1h，涂层即可完全固化，得到粗糙度≤Ra0.4的高平滑度耐高温涂层。
实施例1
1、制备陶瓷粉：称取370g铋-锌-硼玻璃粉、270g钇稳定氧化锆、80g硼-硅玻璃粉和40g硅化锆，在充氩气氛中于850℃下煅烧4h，然后球磨至平均粒径低于10μm，烘干即可得到陶瓷粉；
2、配料：称取5g甲基硅烷预聚体乳液、1g聚氧化丙烯醚改性聚甲基硅氧烷、85g陶瓷粉、5g乙二醇二乙酸酯和4g水；
3、分散：向乙二醇二乙酸酯中加入甲基硅烷预聚体乳液、聚氧化丙烯醚改性聚甲基硅氧烷、陶瓷粉和水，在2000rpm下搅拌至细度低于20μm后出料，得到高平滑度耐高温涂料。
高平滑度耐高温涂料使用的步骤如下：
1、基底预处理：用120目的氧化铝砂对待涂覆基底表面进行吹砂，之后用汽油或丙酮清洗待涂覆基底表面并晾干；
2、涂覆：向基底表面使用喷枪喷涂高平滑度耐高温涂料，涂覆厚度为0.01mm；
3、固化：将涂覆的高平滑度耐高温涂料在200℃下放置0.5h，然后在600℃下放置1h，涂层即可完全固化。
该涂层表面粗糙度为Ra0.4，可耐受600℃长达1000h不破坏。
实施例2
1、制备陶瓷粉：称取350g铋-锌-硼玻璃粉、250g钇稳定氧化锆、50g硼-硅玻璃粉和20g硅化锆，在充氩气氛中于750℃下煅烧2h，然后球磨至平均粒径低于10μm，烘干即可得到陶瓷粉；
2、配料：称取2g苯基硅烷预聚体乳液、0.5g聚四亚甲基醚改性聚甲基硅氧烷、75g陶瓷粉、3g丙二醇二乙酸酯和19.5g水；
3、分散：向丙二醇二乙酸酯中加入苯基硅烷预聚体乳液、聚四亚甲基醚改性聚甲基硅氧烷、陶瓷粉和水，在1000rpm下搅拌至细度低于20μm后出料，得到高平滑度耐高温涂料。
高平滑度耐高温涂料使用的步骤如下：
1、基底预处理：用120目的氧化铝砂对待涂覆基底表面进行吹砂，之后用汽油或丙酮清洗待涂覆基底表面并晾干；
2、涂覆：向基底表面使用喷枪喷涂高平滑度耐高温涂料，涂覆厚度为0.02mm；
3、固化：将涂覆的高平滑度耐高温涂料在200℃下放置0.5h，然后在600℃下放置1h，涂层即可完全固化。
该涂层表面粗糙度为Ra0.3，可耐受600℃长达1000h不破坏。
实施例3
1、制备陶瓷粉：称取360g铋-锌-硼玻璃粉、260g钇稳定氧化锆、70g硼-硅玻璃粉和30g硅化锆，在充氩气氛中于800℃下煅烧3h，然后球磨至平均粒径低于10μm，烘干即可得到陶瓷粉；
2、配料：称取2g苯基硅烷预聚体乳液、2g甲基硅烷预聚体乳液、0.8g聚环乙烷醚改性聚甲基硅氧烷、80g陶瓷粉、4g丙二醇甲醚乙酸酯和11.2g水；
3、分散：向丙二醇甲醚乙酸酯中加入苯基硅烷预聚体乳液、甲基硅烷预聚体乳液、聚环乙烷醚改性聚甲基硅氧烷、陶瓷粉和水，在1500rpm下搅拌至细度低于20μm后出料，得到高平滑度耐高温涂料。
高平滑度耐高温涂料使用的步骤如下：
1、基底预处理：用120目的氧化铝砂对待涂覆基底表面进行吹砂，之后用汽油或丙酮清洗待涂覆基底表面并晾干；
2、涂覆：向基底表面使用喷枪喷涂高平滑度耐高温涂料，涂覆厚度为0.01mm；
3、固化：将涂覆的高平滑度耐高温涂料在200℃下放置0.5h，然后在600℃下放置1h，涂层即可完全固化。
该涂层表面粗糙度为Ra0.4，可耐受600℃长达1000h不破坏。
Claims (8)
1.一种高平滑度耐高温涂料，其特征在于：所述涂料是由有机硅乳液、聚醚改性聚硅氧烷、陶瓷粉、助溶剂和水组成的混合物，其中所述有机硅乳液占混合物重量的2％～5％，所述聚醚改性聚硅氧烷占混合物重量的0.5％～1.0％，所述陶瓷粉占混合物重量的75％～85％，所述陶瓷粉由铋-锌-硼玻璃粉、钇稳定氧化锆、硼-硅玻璃粉和硅化锆按质量比(35～37):(25～27):(5～8):(2～4)混合高温烧结而成，所述助溶剂占混合物重量的3％～5％，余量为水；所述助溶剂为丙二醇甲醚乙酸酯、丙二醇二乙酸酯、乙二醇二乙酸酯中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种高平滑度耐高温涂料，其特征在于：所述有机硅乳液采用甲基硅烷预聚体乳液、苯基硅烷预聚体乳液中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种高平滑度耐高温涂料，其特征在于：所述聚醚改性聚硅氧烷采用聚氧化丙烯醚改性聚甲基硅氧烷、聚四亚甲基醚改性聚甲基硅氧烷或聚环乙烷醚改性聚甲基硅氧烷中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种高平滑度耐高温涂料，其特征在于：所述陶瓷粉的制备方法是将铋-锌-硼玻璃粉、钇稳定氧化锆、硼-硅玻璃粉和硅化锆的混合物，在充氩气氛中于750℃～850℃下煅烧2h～4h，然后球磨至平均粒径低于10μm，烘干后即可得到陶瓷粉。
5.根据权利要求1所述的一种高平滑度耐高温涂料，其特征在于：所述助溶剂采用丙二醇甲醚乙酸酯。
6.根据权利要求1所述的一种高平滑度耐高温涂料，其特征在于：所述助溶剂采用丙二醇甲醚乙酸酯、丙二醇二乙酸酯、乙二醇二乙酸酯的混合物。
7.根据权利要求1所述的一种高平滑度耐高温涂料，其特征在于：所述助溶剂采用丙二醇甲醚乙酸酯、乙二醇二乙酸酯的混合物。
8.根据权利要求1所述的一种高平滑度耐高温涂料的制备方法，其特征在于，所述方法采取如下步骤：
(1)制备陶瓷粉：按质量比(35～37):(25～27):(5～8):(2～4)称取铋-锌-硼玻璃粉、钇稳定氧化锆、硼-硅玻璃粉和硅化锆，在充氩气氛中于750℃～850℃下煅烧2h～4h，然后球磨至平均粒径低于10μm，烘干即可得到陶瓷粉；
(2)配料：所述有机硅乳液占混合物重量的2％～5％，所述聚醚改性聚硅氧烷占混合物重量的0.5％～1.0％，所述陶瓷粉占混合物重量的75％～85％，按上述比例分别称取有机硅乳液、聚醚改性聚硅氧烷、陶瓷粉、助溶剂和水；
(3)分散：向助溶剂中加入有机硅乳液、聚醚改性聚硅氧烷、陶瓷粉和水，在1000rpm～2000rpm下搅拌至细度低于20μm后出料，得到高平滑度耐高温涂料。
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