一种耐高温腐蚀的搪瓷涂料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种耐高温腐蚀的搪瓷涂料及其制备方法，以二氧化硅和氧化铝为基体剂，添加硼砂、石英砂、纳米氧化锆等制备搪瓷熔块，进一步添加硅溶胶和改性POSS、金属包覆空心SiC微球和改性累托石制备得到上述耐高温腐蚀的搪瓷涂料，并通过对搪瓷涂料的制备方法和烧结工艺进行调整，对烧结温度、烧结时间、涂层厚度进行调整，获得了低气孔率、优异的耐高温氧化、耐热腐蚀、抗热冲击和抗热震韧性的搪瓷涂层，能够满足垃圾焚烧发电锅炉的使用，具有极大的工业应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温腐蚀的搪瓷涂料及其制备方法
本专利技术属于耐高温防腐涂料
，特别涉及一种耐高温腐蚀的搪瓷涂料及其制备方法。
技术介绍
垃圾焚烧发电具有减量化、无害化、资源化等优势是公认的垃圾处理最好方式，具有占地小、场地选择易、处理时间短、减量化显著、无害化彻底、可回收垃圾焚烧余热等优点，是我国在大力推行的垃圾处理方式。然而，垃圾种类复杂，焚烧形成的烟气中含有大量的腐蚀性气体(如：SO2、SO3、Cl2等)，对焚烧锅炉内部产生严重的腐蚀，导致经常需要停机维护，造成重大的经济损失。因而，垃圾焚烧过程中严重的材料高温腐蚀问题无疑成为限制垃圾焚烧炉有效运行的关键问题。目前，通常以施加耐高温腐蚀的涂层的方法提高焚烧锅炉内部的耐高温腐蚀性能。搪瓷涂层是涂覆与金属表面的搪瓷釉料经700-850℃高温烧结后形成的无机涂层，具有耐高温抗冲击、耐腐蚀抗氧化、耐摩擦抗划伤等诸多优异性能，一种广泛应用的耐高温腐蚀涂层。其中，由于在烧结过程中与合金基体发生反应从而形成界面的化学结合，搪瓷涂层在热循环条件下的抗界面剥落能力优于传统的陶瓷涂层，且由于优异的阻氧扩散能力，搪瓷涂层的抗高温氧化性能又优于传统的金属涂层。搪瓷涂层主要是由硅氧四面体结构组成，通过在硅氧四面体的间隙中添加其他四价、三价等离子形成玻璃网状结构，然而，目前搪瓷涂层还存在以下问题：(1)在高温环境下，含有的大量低熔点组分易于基体中Cr发生反应，并进一步氧化生成大量的铬酸盐尖晶石类腐蚀产物，大幅度降低搪瓷涂层抗氧化性能；(2)大量低熔点组分易打断硅氧四面体中的硅氧键，加速硫以及氯离子渗透搪瓷涂层直至基体，严重影响搪瓷涂层的耐热腐蚀能力；(3)搪瓷涂层中的玻璃相不稳定，与基体的热膨胀系数不匹配，产生较大的内应力，易造成搪瓷涂层的剥落；(4)搪瓷涂层具有低的断裂韧性易发生脆性断裂，且表面高的气孔率可增加磨损时的裂纹形核率，造成腐蚀因子渗透至基体，影响搪瓷涂层的耐热腐蚀性能等。与此同时，搪瓷涂层的生产基本延续了传统制备技术，基本过程是：基材预处理-涂搪釉浆-烘干釉浆-窑炉中烧成瓷釉。但是由于搪瓷涂层和金属基体的热膨胀系数并不完全匹配，涂层和基体的结合不是很牢固，长期使用会出现裂纹，开裂严重甚至发生瓷釉成块地从金属基体上脱落的现象。因此，如何通过配方和制备工艺提高搪瓷涂层的抗高温氧化、耐热腐蚀、抗热冲击和抗热震韧性等性能已成为行业内的技术研究重点，各种研究成果在公开出版物上屡见报到，但是，迄今未见有与本专利技术的
技术实现思路
相同和相近的技术被披露。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种耐高温腐蚀的搪瓷涂料及其制备方法，所述耐高温腐蚀搪瓷涂层能够应用于垃圾焚烧发电用锅炉内壁，具有优异的耐高温氧化、耐热腐蚀、抗热冲击和抗热震韧性等性能。为了实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的，一种耐高温腐蚀的搪瓷涂料，包括以下重量份数的原料：搪瓷熔块100份、硅溶胶30-40份、改性POSS5-10份、氨基改性累托石2-6份、金属包覆空心SiC微球10-15份；所述搪瓷熔块由以下重量份的原料组成：二氧化硅42-58份、氧化铝3-6份、硼砂5-10份、纳米氧化锆0.5-1.5份，石英砂4-8份、钛白粉2-5份、硝酸钠1-3、氧化锌2-4份，氧化钙4-6份。所述搪瓷熔块由以下方法制备而成：将全部原料置入坩埚中熔炼，熔炼温度1350-1550℃，时间为2-3h，水淬后研磨，制备粒径为50-100μm的搪瓷熔块；所述改性POSS为金属掺杂型POSS，所述金属选自Al、Cr、Mo、W、Cu、Zn或Ca的一种或多种；所述氨基改性累托石由以下方法制备而成：将累托石与含有氨基的硅烷偶联剂按照重量比100∶5-10混合均匀，加入累托石10倍重量的水搅拌均匀后，升温至50-70℃反应8-10h，过滤即可；所述金属包覆空心SiC微球的粒径小于20μm，优选5-10μm，所述金属选自铜、镍或钴的一种，其中金属含量为5-10wt％。本专利技术的另一个目的在于提供一种耐高温腐蚀的搪瓷涂料的制备方法，包括以下步骤：(1)搪瓷熔块的制备将搪瓷熔块配方中全部原料置入坩埚中熔炼，熔炼温度1350-1550℃，时间为2-3h，水淬后研磨，制备粒径为50-100μm的搪瓷熔块；(2)将步骤(1)制备得到的搪瓷熔块，与改性POSS、氨基改性累托石和金属包覆空心SiC微球混合均匀，加入混合粉末重量1/5的水进行研磨，研磨后加入硅溶胶搅拌均匀，静置陈化12-16h后，添加适量水制备得到固含量为60-65％的耐高温腐蚀的搪瓷涂料。本专利技术的另一个目的在于提供一种耐高温腐蚀的搪瓷涂料的施工方法，包括以下步骤：(1)基材预处理将基材浸入质量百分比为3-5％的氢氧化钠碱液中进行脱脂处理5-10min，取出后用清水洗涤，接着浸入质量百分比为3-5％的盐酸溶液中进行酸处理5-10min，取出后用清水洗涤，于80-100℃下干燥；(2)基材渗氮处理将步骤(1)处理的基材继续加热至550-600℃，通入氨气保温5-10h，在基材表面制备渗氮层；(3)涂覆将上述搪瓷涂料均匀的涂覆在步骤(2)处理的基材表面，在200℃-220℃温度下干燥15-20min，继续升高温度至700-750℃保温10-20min后，继续升高温度至860-920℃保温30-50min，即得到致密的耐高温腐蚀的搪瓷涂层。其中，所述基材选自低碳钢、中碳钢的一种，优选Q235；所述渗氮层的厚度大于80μm，表面硬度大于860HV；所述涂覆选自浸涂、刮涂、辊涂、喷涂的一种，所述搪瓷涂层的厚度为150-300μm。本专利技术的另一个目的在于提供一种耐高温腐蚀的搪瓷涂料的应用，将涂覆有搪瓷涂层的基材用于制备垃圾焚烧发电用锅炉。与现有技术相比，本专利技术具有以下的有益效果：(1)本专利技术为了制备一种耐高温腐蚀的搪瓷涂料，以二氧化硅和氧化铝为基体剂，添加硼砂降低搪瓷涂料的烧结温度，以及添加石英砂提高高温烧结时的粘度，阻碍气体迁移，降低涂层气孔率；以及添加硅溶胶和改性POSS，避免二氧化硅的结构键的断裂，降低烧结温度及提高涂层的致密度；添加金属包覆空心SiC微球，利用空心SiC微球的高硬度提高搪瓷涂层的硬度和韧性，进而提高其抗热冲击性能；同时，在搪瓷涂层工作中出现裂纹时，在高温条件下，SiC暴露在空气中会变成二氧化硅填充裂纹并修复损坏，且包覆金属也会迅速氧化导致体积膨胀，减小了区域裂纹两侧间的距离，使得搪瓷涂层具有一定的自愈和性能。本领域公知，累托石是良好的悬浮剂，能够将搪瓷涂料中的各种粉料稳定分散，获得致密的搪瓷涂层。(2)金属基材与无机的搪瓷涂层的结合力不足，且二者的热膨胀系数差异较大，容易导致搪瓷涂层在高温工作时大面积脱落，为此，本专利技术在搪瓷涂料施工过程中，对基材进行碱脱脂，酸刻蚀的步骤，除去基材表面的油污和氧化物，并形成粗糙多孔的表面；进一步通过高温渗氮作用，降低基材表面的碳含量，形成疏松的渗氮层，提高搪瓷涂层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高温腐蚀的搪瓷涂料，其特征在于：包括以下重量份数的原料：/n搪瓷熔块100份、硅溶胶30-40份、改性POSS 5-10份、氨基改性累托石2-6份、金属包覆空心SiC微球10-15份；/n所述搪瓷熔块由以下重量份的原料组成：二氧化硅42-58份、氧化铝3-6份、硼砂5-10份、纳米氧化锆0.5-1.5份，石英砂4-8份、钛白粉2-5份、硝酸钠1-3、氧化锌2-4份，氧化钙4-6份。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐高温腐蚀的搪瓷涂料，其特征在于：包括以下重量份数的原料：
搪瓷熔块100份、硅溶胶30-40份、改性POSS5-10份、氨基改性累托石2-6份、金属包覆空心SiC微球10-15份；
所述搪瓷熔块由以下重量份的原料组成：二氧化硅42-58份、氧化铝3-6份、硼砂5-10份、纳米氧化锆0.5-1.5份，石英砂4-8份、钛白粉2-5份、硝酸钠1-3、氧化锌2-4份，氧化钙4-6份。


2.根据权利要求1所述的一种耐高温腐蚀的搪瓷涂料，其特征在于：所述搪瓷熔块由以下方法制备而成：将全部原料置入坩埚中熔炼，熔炼温度1350-1550℃，时间为2-3h，水淬后研磨，制备粒径为50-100μm的搪瓷熔块。


3.根据权利要求1所述的一种耐高温腐蚀的搪瓷涂料，其特征在于：所述改性POSS为金属掺杂型POSS，所述金属选自Al、Cr、Mo、W、Cu、Zn或Ca的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的一种耐高温腐蚀的搪瓷涂料，其特征在于：所述氨基改性累托石由以下方法制备而成：将累托石与含有氨基的硅烷偶联剂按照重量比100∶5-10混合均匀，加入累托石10倍重量的水搅拌均匀后，升温至50-70℃反应8-10h，过滤即可。


5.根据权利要求1所述的一种耐高温腐蚀的搪瓷涂料，其特征在于：所述金属包覆空心SiC微球的粒径小于20μm，所述金属选自铜、镍或钴的一种，其中金属含量为5-10wt％。


6.权利要求1-5任一项所述的一种耐高温腐蚀的搪瓷涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)搪瓷熔块的制备
将搪瓷熔块配方中全部原料置入坩埚中熔炼，熔炼温度1350-1550℃，时间为2-3h，水...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴雷，
申请(专利权)人：深圳优易材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44