一种高发射率耐高温腐蚀抗沾污结渣的纳米陶瓷涂料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高发射率耐高温腐蚀抗沾污结渣的纳米陶瓷涂料及其制备方法和应用，包括按质量百分含量计的以下组分：填料15～41％，粘结剂40～65％，助剂0.1～3％和余量的水；其中所述的粘结剂包括产品总质量15～55％的硅酸钠，1～25％的硅酮乳液和1～20％的硅丙乳液。该涂料可以涂覆于锅炉及加热炉炉管外表面，形成纳米陶瓷涂层。该涂层具有工作温度范围大，最高使用温度可达1400度，适用于各种基材，对基材的附着力强，抗热震性好，表面黑度高(0.94)，抗沾污结渣，并耐高温氧化性和还原性腐蚀等特点。

A High Emissivity, High Temperature Corrosion Resistance, Contamination Resistance and Slagging Resistance Nano-Ceramic Coating and Its Preparation Method and Application

The invention discloses a nano ceramic coating with high emissivity, high temperature resistance, corrosion resistance and slagging, and its preparation method and application, including the following components according to the mass percent content: filler 15 to 41%, binder 40 to 65%, auxiliary 0.1 to 3% and surplus water; the binder comprises sodium silicate of 15 to 55% of total product, 1 to 25% silicone emulsion and 1 to 1. Silicone acrylic emulsion. The coating can be coated on the outer surface of boiler and heating furnace tube to form nano-ceramic coating. The coating has a wide range of working temperature, the maximum service temperature can reach 1400 degrees. It is suitable for all kinds of substrates. It has strong adhesion to the substrates, good thermal shock resistance, high surface blackness (0.94), anti-fouling and slagging, high temperature oxidation resistance and reductive corrosion resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种高发射率耐高温腐蚀抗沾污结渣的纳米陶瓷涂料及其制备方法和应用
本专利技术属于特殊涂料
，具体涉及一种高发射率耐高温腐蚀抗沾污结渣的纳米陶瓷涂料及其制备方法和应用。
技术介绍
电站锅炉、石油石化加热炉及中小工业锅炉等的生产运行中，高温换热表面沾污结渣直接导致换热能力下降，炉效和出力降低，进而换热表面受热不匀导致炉管热应力不均和被加热工质受热不匀，同时炉膛温度升高导致炉管超温运行、氮氧化物生成及排放加剧和排烟温度过高。燃料中的腐蚀性元素在富氧燃烧时通常会带来氧化气氛腐蚀，反之会带来还原性腐蚀，沾污结渣还会加剧换热表面腐蚀。上述问题直接影响企业的安全生产、节能减排、产品质量与产能，降低设备使用寿命，给企业带来重大损失。针对沾污结渣，传统的解决方法是加强吹灰、调整燃料、投运除焦剂、机械打焦等，这给企业带来持续性的经济损失，安全隐患仍然存在。对高温腐蚀，通常的解决方法是金属热喷涂，而金属热喷涂涂层通常对还原性气氛腐蚀的耐受能力不佳。纳米陶瓷涂料作为一种新型功能材料，可起到抗沾污结渣、耐高温腐蚀和提高发射率的作用，但现有技术不能综合实现上述功能，且使用过程中不同程度存在涂层龟裂、脱落、粉化的情况，严重影响涂层的使用寿命，目前这些问题仍无法有效解决。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术提供了一种高发射率耐高温腐蚀抗沾污结渣的纳米陶瓷涂料。本专利技术的另一目的是提供上述高发射率耐高温腐蚀抗沾污结渣的纳米陶瓷涂料的制备方法。本专利技术的又一目的是提供上述一种高发射率耐高温腐蚀抗沾污结渣的纳米陶瓷涂料的应用。本专利技术通过以下技术方案实现上述目的：本专利技术的一种高发射率耐高温腐蚀抗沾污结渣的纳米陶瓷涂料，包括按质量百分含量计的以下组分：填料15～41％，粘结剂40～65％，助剂0.1～3％和余量的水(水是蒸馏水或是去离子水)；其中所述的粘结剂包括产品总质量15～55％的硅酸钠，1～25％的硅酮乳液(主要成分为聚二甲基硅氧烷，生产厂家为DowCorning道康宁，牌号为XIAMETERMEM-0349EMULSION)和1～20％的硅丙乳液(主要成分为有机硅单体与丙烯酸类单体，生产厂家是国民淀粉，牌号为汉高硅丙乳液1801)。进一步的，本专利技术的高发射率耐高温腐蚀抗沾污结渣的纳米陶瓷涂料，包括按质量百分含量计的以下组分：填料15～41％，粘结剂40～65％，助剂0.1～3％和余量的水；其中所述的粘结剂包括产品总质量20～45％的硅酸钠，3～20％的硅酮乳液和3～17％的硅丙乳液。在本专利技术的高发射率耐高温腐蚀抗沾污结渣的纳米陶瓷涂料中，所述的填料包括产品总质量10～40％Inconel625(主要成分为镍铬合金，生产厂家为南宫肯纳硬质合金有限公司，牌号是镍625微细粉体)，2～15％碳化硅，1～10％氧化钇稳定氧化锆(主要成分为氧化锆和氧化钇，借由添加氧化钇改变二氧化锆的相变态温度范围，产生室温下稳定的立方晶体及四方晶体；生产厂家为圣戈班,牌号为CY3Z。)，1～10％石墨烯(石墨烯采用宁波墨西科技有限公司生产的EPOG-80石墨烯粉体)，0～3％氧化铌，1～5％氧化钛，1～5％高岭土和0～3％膨润土。进一步的，在本专利技术的高发射率耐高温腐蚀抗沾污结渣的纳米陶瓷涂料中，所述的填料包括产品总质量15～35％Inconel625，3～10％碳化硅，2～8％氧化钇稳定氧化锆，2～8％石墨烯，0～2％氧化铌，1～5％氧化钛，1～5％高岭土和0～3％膨润土。在本专利技术的高发射率耐高温腐蚀抗沾污结渣的纳米陶瓷涂料中，所述的助剂为分散剂、润湿剂和消泡剂(分散剂为聚羧酸钠盐类分散剂，选用美国陶氏化学公司的Orotan731A；润湿剂为聚醚多元醇的混合物，选用北京东方澳汉公司提供的METOLAT388水性涂料湿润分散剂；消泡剂为矿物油类消泡剂，选用日本诺普科助剂有限公司的SN-NXZ消泡剂。)，其中分散剂、润湿剂和消泡剂各占产品总质量的0.1～1％。本专利技术的高发射率耐高温腐蚀抗沾污结渣的纳米陶瓷涂料的制备方法是将无机粘结剂和有机粘结剂分别加水混合后再搅拌混合，然后将填料加入到粘结剂液体中，再加入助剂在400～1000rpm高速搅拌下搅拌0.5～1.5小时，再球磨2～4小时，最后搅拌、过滤、封装得到产品，产品固含物粒度为100-500纳米。本专利技术的高发射率耐高温腐蚀抗沾污结渣的纳米陶瓷涂料的制备方法是将无机粘结剂和有机粘结剂分别加水混合后再搅拌混合，然后将填料加入到粘结剂液体中，再加入助剂在400～800rpm高速搅拌下搅拌0.8～1.2小时，再球磨2.5～3.5小时，最后搅拌、过滤、封装得到产品，产品固含物粒度为100-500纳米。本专利技术的高发射率耐高温腐蚀抗沾污结渣的纳米陶瓷涂料在制备锅炉炉管和/或加热炉炉管中的应用，纳米陶瓷涂料涂覆于锅炉炉管和/或加热炉炉管外表面，表干后随炉升温形成陶瓷涂层。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料可耐1400℃以上高温，且高温下仍保持0.94以上的高发射率，强化换热；表面能低，抗沾污结渣；涂层集化学惰性和钝化保护于一身，具有自清洁作用，有效防止沾污结渣，保护基体，特别是金属材质的基体，提高锅炉的换热效率，使受热面换热更加均匀；并耐高温氧化性和还原性腐蚀，抗热震性好，使用寿命长，施用简便，实际应用效果明显，广泛适用于石油石化加热炉及电站锅炉炉管等。在本专利技术中，如非特指，所有的量、份均为质量单位，所有的原材料、设备均可以从市场购得。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但实施例仅用于说明，并不能限制本专利技术的范围。将无机粘结剂和有机粘结剂分别加水混合后再搅拌混合，然后将填料加入到粘结剂液体中，再加入助剂在400～800rpm高速搅拌下搅拌0.8～1.2小时，再球磨2.5～3.5小时，最后搅拌、过滤、封装得到产品，产品固含物粒度为100-500纳米。表1不同组分制备的陶瓷涂料将实施例1-6中的涂料，涂布于炉管表面，涂膜厚度为50～80微米，待涂层表面平整后烘干固化，进行表面外观检测。烘干后的涂层放置在高温炉中升温至1000℃，保温3h，耐高温测试结果显示涂料层无脱落、开裂、粉化现象。另外进行发射率和导热率的检测。实施例1-6的涂料进行以下项目的检测：1、涂层微观组织结构：涂覆基体为炉管，涂层厚度约为50μm，使用切割机和自动金相制备机对试样进行处理后，用扫描电子显微镜对涂层表面及涂层截面进行观察。结果表明实施例1-6涂层均表面平整，未发现明显裂纹，涂层结合部未发现明显裂纹存在，涂层与基体结合良好。涂层抗热交变能力检测：按GB4653红外辐射涂料通用技术条件进行试验，将试样放入加热炉中，650℃保温30min后取出，强制风冷至室温，循环至涂层出现剥落、裂纹等缺陷，并记录次数。根据试验结果，实施例1-6均满足标准要求。2、抗结焦结渣试验将实施例1-6涂层试样与对比管在试验台中运行，对比涂层与对比管。经过表面处理后的管件较未处理过的管件表面积灰相对较薄，说明抗结渣涂料具有降低沾污结渣的能力，有涂料的受热面陶瓷涂层表面完好，受热面表面没有氧化腐蚀现象，而无陶瓷涂层的受热面结焦结渣及氧化腐化现象明显，说明抗结渣涂料具有保护受热面、抗沾污结渣、强化换热的功能，同时具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高发射率耐高温腐蚀抗沾污结渣的纳米陶瓷涂料，其特征在于：包括按质量百分含量计的以下组分：填料15～41％，粘结剂40～65％，助剂0.1～3％和余量的水；其中所述的粘结剂包括产品总质量15～55％的硅酸钠，1～25％的硅酮乳液和1～20％的硅丙乳液。

【技术特征摘要】
1.一种高发射率耐高温腐蚀抗沾污结渣的纳米陶瓷涂料，其特征在于：包括按质量百分含量计的以下组分：填料15～41％，粘结剂40～65％，助剂0.1～3％和余量的水；其中所述的粘结剂包括产品总质量15～55％的硅酸钠，1～25％的硅酮乳液和1～20％的硅丙乳液。2.根据权利要求1所述的高发射率耐高温腐蚀抗沾污结渣的纳米陶瓷涂料，其特征在于：包括按质量百分含量计的以下组分：填料15～41％，粘结剂40～65％，助剂0.1～3％和余量的水；其中所述的粘结剂包括产品总质量20～45％的硅酸钠，3～20％的硅酮乳液和3～17％的硅丙乳液。3.根据权利要求1或2所述的高发射率耐高温腐蚀抗沾污结渣的纳米陶瓷涂料，其特征在于：其中所述的填料包括产品总质量10～40％Inconel625，2～15％碳化硅，1～10％氧化钇稳定氧化锆，1～10％石墨烯，0～3％氧化铌，1～5％氧化钛，1～5％高岭土和0～3％膨润土。4.根据权利要求1或2所述的高发射率耐高温腐蚀抗沾污结渣的纳米陶瓷涂料，其特征在于：其中所述的填料包括产品总质量15～35％Inconel625，3～10％碳化硅，2～8％氧化钇稳定氧化锆，2～8％石墨烯，0～2％氧化铌，1～5％氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：李轩，张步荣，丁悦雯，
申请(专利权)人：陕西拓新节能环保科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61