本发明专利技术提供了一种耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料及其制备方法和应用，属于特殊涂料技术领域。该陶瓷涂料包括按质量百分含量计的组分：填料15~30%，粘结剂40~65%和余量的水；其中填料包括氧化锆3~5%、碳化硅3~5%、氮化硅3~5%、二氧化钛1~3%、高岭土2~4%和稀土氧化物3~8%。其制备方法是将粘结剂加水混合得粘结剂液体，然后将细化处理至粒度达50~900nm的填料加入到粘结剂液体中，再加入助剂搅拌均匀，过滤封装。该涂料可以涂覆于锅炉炉管及加热炉炉管外表面形成陶瓷涂层，制备高性能的锅炉炉管及加热炉炉管。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于特殊涂料
，具体涉及一种耐高温抗沾污结渣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，煤粉锅炉(包括燃油气加热炉炉管)沾污给锅炉的安全运行造成极大隐患，同时影响锅炉以及加热炉效率，高温烟气作用下，粘结在水冷壁或高温过热器上以及加热炉炉管的灰渣会与管壁发生复杂的化学反应，形成高温腐蚀。沾污、结渣一般被认为是高温腐蚀的前奏，高温腐蚀原因包括硫酸盐腐蚀、硫化物腐蚀、氯化物腐蚀以及还原性气氛腐蚀等，其中高温硫酸盐腐蚀又包括焦硫酸盐腐蚀、硫酸盐腐蚀等。高温换热表面沾污结渣直接导致锅炉以及加热炉换热能力下降，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，沾污结渣加剧换热表面腐蚀，这些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。陶瓷涂料作为一种新型功能材料，可起到耐高温腐蚀和提高发射率的作用，但现有技术的陶瓷涂料无法解决高沾污和高温腐蚀特别是还原性腐蚀问题，因此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耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料。本专利技术的另一目的是提供上述耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料的制备方法。本专利技术的又一目的是提供上述耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料的应用。本专利技术通过以下技术方案实现上述目的：一种耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料，包括按质量百分含量计的以下组分：填料15~30%，粘结剂40~65%和余量的水；其中填料包括氧化锆3~5%、碳化硅3~5%、氮化硅3~5%、二氧化钛1~3%、高岭土2~4%和稀土氧化物3~8%。无机涂层在高温下有良好导热性、耐磨损、耐酸碱腐蚀等特性。作为优选方案，上述耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料中，所述粘结剂为磷酸二氢铝和硅溶胶，这两种成分自身熔点较高，高温下键合能较高，不易熔化，提高了粘结剂的耐热性。采用无机粘结剂不仅耐高温，而且在高温下干燥后与基体粘结力强，还可提高强度和光洁度，以增强抗污能力。这两种粘结剂共用产生的效果明显优于采用单一粘结剂，在高温下具有良好的粘结性能，涂层膨胀率小，与基体间结合能力强。作为优选方案，上述耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料中，所述磷酸二氢铝的质量百分含量为35~45%，硅溶胶的质量百分含量为5~20%。作为优选方案，上述耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料中，所述稀土氧化物为氧化钇、氧化铈和氧化铕。通过添加稀土氧化物可以提高机械强度，特别是与高岭土以及磷酸二氢铝共用烧结时形成稀土铝酸盐抑制晶粒长大，提高致密性，进而增加强度和抗污能力。而三种稀土氧化物共用时，其相互促进作用，进一步改善产品性能。作为优选方案，上述耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料中，所述氧化钇的质量百分含量为1~3%，氧化铈的质量百分含量为1~3%，氧化铕的质量百分含量为1~2%。作为优选方案，上述耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料中，还包括分散剂、润湿剂和消泡剂中的一种以上的助剂，助剂质量百分含量不超过3%。助剂主要用来提高分散性、润湿性和避免涂膜时产生气泡造成的局部缺陷。分散剂、消泡剂和润湿剂均可以选用本领域常规市售商品，例如分散剂可选择CF-10，Hensic H-4200等，消泡剂可以选择DF104，Hensic H-210，Hensic H-231等。较佳地，上述耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料中，包括按质量百分含量计的分散剂0.5~1%，润湿剂0.5~0.8%和消泡剂0.3~0.5%。作为优选方案，上述耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料中，所述填料中还包括质量百分含量不超过5%的铜铬黑以提高耐高温和耐腐蚀能力、不超过3%的氮化硼以提高硬度和降低表面自由能减少粘污，同时可与稀土相结合降低烧结温度，提高材料韧性以提高抗龟裂和粉化性能，和不超过3%的膨润土以提高附着力，可以含有上述材料中的一种或几种的混合物。作为优选方案，上述耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料中，包括按质量百分含量计的以下组分：填料23.5~28.5%，粘结剂53~59%和余量的水；其中填料包括氧化锆3.5~4%、碳化硅2~2.5%、氮化硅3~4%、二氧化钛2~2.5%、高岭土3~4%和稀土氧化物4~5.5%，铜铬黑3~4%，氮化硼1~2%，膨润土2~2.5%。本专利技术提供的上述耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料的制备方法，是将粘结剂加水混合得粘结剂液体，然后将细化处理至粒度达50~900nm的填料加入到粘结剂液体中，再加入助剂搅拌均匀，过滤封装。本专利技术还提供上述耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料在制备锅炉炉管和/或加热炉炉管中的应用，陶瓷涂料涂覆于锅炉炉管和/或加热炉炉管外表面形成陶瓷涂层。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1050℃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，使受热面更加均匀；耐高温腐蚀，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。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，以助于理解本专利技术的内容。将粘结剂加水混合得粘结剂液体，然后将细化处理至粒度达50~900nm的填料加入到粘结剂液体中，再根据需要加入助剂搅拌均匀，过滤封装，即得本专利技术的陶瓷涂料，涂料各原料及其用量如下表1所示。表1 不同组分制备的陶瓷涂料 将实施例1-7中的涂料，涂布于HP-40WM炉管表面，涂膜厚度为30~50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1050℃，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，具体结果见表2。表2 涂料性能检测结果检测项目实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6实施例71050℃高温测试无开裂，无起泡无开裂，无起泡无开裂，无起泡无开裂，无起泡无开裂，无起泡有开裂，微起泡微开裂，微起泡发射率0.920.940.920.930.940.900.91热导率(W/m/K)9139121367实施例1-7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HP-40WM炉管，涂层厚度约为100μm，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1-5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，实施例6和7涂层表面出现的微裂纹为非贯穿性裂纹。涂层的微观本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料，其特征在于，包括按质量百分含量计的以下组分：填料15~30%，粘结剂40~65%和余量的水；其中填料包括氧化锆3~5%、碳化硅3~5%、氮化硅3~5%、二氧化钛1~3%、高岭土2~4%和稀土氧化物3~8%。
【技术特征摘要】
1.一种耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料，其特征在于，包括按质量百分含量计的以下组分：填料15~30%，粘结剂40~65%和余量的水；其中填料包括氧化锆3~5%、碳化硅3~5%、氮化硅3~5%、二氧化钛1~3%、高岭土2~4%和稀土氧化物3~8%。
2.根据权利要求1所述的耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料，其特征在于，所述粘结剂为磷酸二氢铝和硅溶胶。
3.根据权利要求2所述的耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料，其特征在于，所述磷酸二氢铝的质量百分含量为35~45%，硅溶胶的质量百分含量为5~20%。
4.根据权利要求1所述的耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料，其特征在于，所述稀土氧化物为氧化钇、氧化铈和氧化铕。
5.根据权利要求4所述的耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料，其特征在于，所述氧化钇的质量百分含量为1~3%，氧化铈的质量百分含量为1~3%，氧化铕的质量百分含量为1~2%。
6.根据权利要求1所述的耐高温抗沾污结渣陶瓷涂料，其特征在于，还包括分散剂、润湿剂和消泡剂中的一种以上的助剂，助剂质量百分含量...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴建亚，孙荣祥，赵凯，
申请(专利权)人：清大赛思迪新材料科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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