一种氧化锆尺寸呈正态分布的耐磨抗冲击防腐涂层、其制备方法和用途技术

本发明专利技术公开了一种氧化锆尺寸呈正态分布的耐磨抗冲击防腐涂层，正态分布满足：

【技术实现步骤摘要】
一种氧化锆尺寸呈正态分布的耐磨抗冲击防腐涂层、其制备方法和用途
本专利技术属于金属材料技术，尤其涉及一种氧化锆尺寸呈正态分布的耐磨抗冲击防腐涂层、其制备工艺和用途。
技术介绍
钢筋混凝土中钢筋的腐蚀，是影响钢筋服役年限的主要原因之一。在一些极端的条件下，如极地、海洋环境中，钢筋的腐蚀现象十分严重。腐蚀会对桥梁、大坝、海上港口等设施造成不可挽回的损害。据中国2004年资料统计，中国国内近40万座桥梁中有1万多座已受到损害，其中4000多座已经成为危桥，每年因腐蚀问题造成的损失达几十亿元。海洋环境中钢筋混凝土桥梁结构腐蚀的主要原因有：钢筋腐蚀、碳化侵蚀、镁盐、硫酸盐侵蚀、酸性气体侵蚀、碱骨料反应等。其中钢筋锈蚀是主因，它所造成的破坏和损失最为严重。目前，陶瓷涂层技术作为另一种有效且经济的钢筋涂层技术，研究时间较长，技术成熟度较高，已被广泛应用于金属基材的防腐蚀领域。众所周知，耐磨性和抗冲击性能是陶瓷涂层应用的一个重要评价指标。如果耐磨性和抗冲击性能较低的话，那么涂层在遇到磕碰时就会出现裂缝，从而影响涂层的耐腐蚀性能。所以提高涂层的耐磨性和抗冲击性能可以大幅度的提高涂层的完整性，从而间接的提高涂层的耐腐蚀性能。但是现有的陶瓷涂层的耐磨性能和抗冲击性能明显较低。同时氧化锆具有耐磨，耐高温，低膨胀系数的优点，但是现有技术难以实现添加氧化锆以提高陶瓷涂层的性能，这是因为氧化锆陶瓷涂层的相变有体积变化，通常出现剪切形变，新相与旧相共用的界面保持严格的位相关系；此外，氧化锆在高温下不稳定，会存在体积增大效应，这种体积增大效应会造成裂纹的形成，所以容易造成陶瓷涂层的碎裂，并且氧化锆陶瓷涂层的烧结十分困难，从而使得涂层的耐磨性、抗冲击性、防腐性能不佳。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点与不足，本专利技术通过引入硅氧化合物，热膨胀系数调节剂，粘结剂，单斜晶相二氧化锆凝胶前驱体，催化剂和分散剂，目的在于提供一种具有优良的耐腐蚀性能的氧化锆尺寸呈正态分布的耐磨抗冲击防腐涂层，大幅度提高了防腐涂层的耐磨性、抗冲击性和防腐性能。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术的第一个目的是提供一种氧化锆尺寸呈正态分布的耐磨抗冲击防腐涂层，所述涂层是一种无机陶瓷涂层，其成分按重量计包括：硅氧化合物45-55份、热膨胀系数调节剂15-30份、粘结剂4-12份、单斜晶相二氧化锆凝胶前驱体5-11份、催化剂1-4份和分散剂1-2份；所述单斜晶相二氧化锆凝胶前驱体选自正丙醇锆、正丁醇锆、硝酸氧锆、氯氧化锆的任意一种或多种；所述涂层中存在尺寸呈正态分布的氧化锆，所述的正态分布满足：f(x)代表氧化锆尺寸的分布率，无单位；x代表氧化锆尺寸，单位为米(m)；位置参数μ代表氧化锆尺寸的平均值，范围是0.000005-0.000020，单位为米(m)；尺度参数σ代表氧化锆尺寸分布的幅度，范围是0.00001-0.00002，无单位。即氧化锆尺寸的分布服从正态分布。进一步地、硅氧化合物选自石英砂、硅藻土、石英、鳞石英、方石英、粉石英、黄沙、脉石英的任意一种或多种。硅氧化合物是涂层的主要基体材料。硅氧化合物表面将被催化后的氧化锆凝胶紧紧吸附，经过反应和烧结后形成三维网状结构，有效提高了涂层致密度和耐腐蚀性能。进一步地，所述硅氧化合物为超细粉末，粉末粒径为1000-2000目，优选为1100-1400目。进一步地，热膨胀系数调节剂选自四硼酸钾、四硼酸锂、四硼酸钙、四硼酸钠、硼酸镁中的任意一种或多种。进一步地，粘结剂选自氧化镁、一氧化钴、三氧化二钴、一氧化镍、三氧化二镍中的任意一种或多种，能够有效增强涂层的粘结能力。进一步地，催化剂选自环氧丙烷、硝酸、盐酸、硫酸、氢氧化钠、氨水中的任意一种或多种。进一步地，分散剂选自聚丙烯酸、聚苯乙烯中的任意一种或多种。分散剂可以改变凝胶化机理，使金属氢氧化物或氧化物在分散剂的羧基官能团上成核，从而促进相互连接而形成凝胶。进一步地，所述涂层耐磨性能是无涂层保护的金属的8倍以上，抗冲击性能是无涂层保护的金属的6倍以上，其极限拉应变为1400-2200微应变，并可提高金属耐腐蚀能力达10倍以上。进一步地，所述的防腐涂层的烧结温度为570-630℃。本专利技术的第二个目的是提供一种金属防腐涂层和带有金属防腐涂层的金属制品的制备方法，包括如下步骤：1)第一次研磨：将硅氧化合物45-55份、热膨胀系数调节剂15-30份、粘结剂4-12份研磨成粉末；2)制备混料：将上述原料加入单斜晶相二氧化锆凝胶前驱体5-11份、催化剂1-4份、分散剂1-2份和水混合搅拌得到混料；3)干燥：将步骤2)得到的混料干燥；4)第二次研磨：将步骤3)得到的混料再次研磨成粉末；5)涂覆：将步骤4)得到粉末涂覆在基体金属上；6)烧结：将步骤5)得到的涂覆有粉末的基体金属高温烧结，得到一种氧化锆尺寸呈正态分布的耐磨抗冲击防腐涂层和带有一种氧化锆尺寸呈正态分布的耐磨抗冲击防腐涂层的金属制品。所述涂层是一种无机陶瓷涂层，加入的成分按重量计包括：硅氧化合物45-55份、热膨胀系数调节剂15-30份、粘结剂4-12份、单斜晶相二氧化锆凝胶前驱体5-11份、催化剂1-4份和分散剂1-2份。所述单斜晶相二氧化锆凝胶前驱体选自正丙醇锆、正丁醇锆、硝酸氧锆、氯氧化锆的任意一种或多种所述涂层中存在尺寸呈正态分布的氧化锆，所述的正态分布满足：f(x)代表氧化锆尺寸的分布率，无单位；x代表氧化锆尺寸，单位为米(m)；位置参数μ代表氧化锆尺寸的平均值，范围是0.000005-0.000020，单位为米(m)；尺度参数σ代表氧化锆尺寸分布的幅度，范围是0.00001-0.00002，无单位。即氧化锆尺寸的分布服从正态分布。本专利技术通过控制引入了单斜晶相二氧化锆凝胶前驱体，当其与特定比例的催化剂、分散剂发生水化和缩聚反应，并且与特定比例的硅氧化合物，热膨胀系数调节剂和粘结剂发生高温反应，实现了涂层中的氧化锆尺寸呈正态分布，从而解决了氧化锆在高温下不稳定以及体积变化的问题，使得涂层的耐磨性能，抗冲击性能以及耐腐蚀性能得到大幅度提升，所述涂层耐磨性能是无涂层保护的金属的8倍以上，抗冲击性能是无涂层保护的金属的6倍以上，其极限拉应变为1400-2200微应变，并可提高金属耐腐蚀能力达10倍以上。单斜晶相二氧化锆凝胶前驱体在催化剂以及分散剂进行一系列的水化和缩聚反应，从而快速形成氧化锆水凝胶。水凝胶在涂层烧结前吸附于活化的硅氧化合物表面。单斜晶相二氧化锆凝胶前驱体的水解和聚合释放出水合锆离子和质子，水合锆离子在涂层分散过程中，能吸附在硅氧化合物表面。在烧结过程中，水合锆离子逐步分解，并与硅氧键结合形成结晶状态的锆氧键，显著增强了涂层的耐磨性。同时，纳米氧化锆凝胶的活性比较高，可以与硅氧化合物，热膨胀系数调节剂，粘结剂反应，在界面处生成无定型硅酸锆，可以有效提升涂层与钢筋之间的粘结力以及耐腐蚀性能。进一步地，步骤5)的涂覆方法可以采用静电喷涂方法，其中静电电压为30-80千伏，电流为20-50微安，出气量为5-8升每分钟，喷涂距离为20-50厘米；进一步地，步骤6)的烧结参数为：温度为570-630℃，烧结时间为10-20分钟，升温速度为每分钟5-10℃。进一步地，所述硅氧化合物选自石英砂、硅藻土、石英、鳞石英、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化锆尺寸呈正态分布的耐磨抗冲击防腐涂层，其特征在于：所述涂层是一种无机陶瓷涂层，其成分按重量计包括：硅氧化合物45‑55份、热膨胀系数调节剂15‑30份、粘结剂4‑12份、单斜晶相二氧化锆凝胶前驱体5‑11份、催化剂1‑4份和分散剂1‑2份，所述单斜晶相二氧化锆凝胶前驱体选自正丙醇锆、正丁醇锆、硝酸氧锆、氯氧化锆的任意一种或多种；所述涂层中存在尺寸呈正态分布的氧化锆，所述的正态分布满足：

【技术特征摘要】
1.一种氧化锆尺寸呈正态分布的耐磨抗冲击防腐涂层，其特征在于：所述涂层是一种无机陶瓷涂层，其成分按重量计包括：硅氧化合物45-55份、热膨胀系数调节剂15-30份、粘结剂4-12份、单斜晶相二氧化锆凝胶前驱体5-11份、催化剂1-4份和分散剂1-2份，所述单斜晶相二氧化锆凝胶前驱体选自正丙醇锆、正丁醇锆、硝酸氧锆、氯氧化锆的任意一种或多种；所述涂层中存在尺寸呈正态分布的氧化锆，所述的正态分布满足：f(x)代表氧化锆尺寸的分布率，无单位；x代表氧化锆尺寸，单位为米(m)；位置参数μ代表氧化锆尺寸的平均值，范围是0.000005-0.000020，单位为米(m)；尺度参数σ代表氧化锆尺寸分布的幅度，范围是0.00001-0.00002，无单位。2.根据权利要求1所述的一种氧化锆尺寸呈正态分布的耐磨抗冲击防腐涂层，其特征在于，所述硅氧化合物选自石英砂、硅藻土、石英、鳞石英、方石英、粉石英、黄沙、脉石英的任意一种或多种。3.根据权利要求2所述的一种氧化锆尺寸呈正态分布的耐磨抗冲击防腐涂层，其特征在于，所述硅氧化合物为超细粉末，粉末粒径为1000-2000目，优选为1100-1400目。4.根据权利要求1所述的一种氧化锆尺寸呈正态分布的耐磨抗冲击防腐涂层，其特征在于，所述热膨胀系数调节剂选自四硼酸钾、四硼酸锂、四硼酸钙、四硼酸钠、硼酸镁中的任意一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种氧化锆尺寸呈正态分布的耐磨抗冲击防腐涂层，其特征在于，所述粘结剂选自氧化镁、一氧化钴、三氧化二钴、一氧化镍、三氧化二镍中的任意一种或多种。6.根据权利要求1所述的一种氧化锆尺寸呈正态分布的耐磨抗冲击防腐涂层，其特征在于，所述催化剂选自环氧丙烷、硝酸、盐酸、硫酸、氢氧化钠、氨水中的任...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫东明，刘毅，黄之昊，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33