一种耐磨纳米陶瓷涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐磨纳米陶瓷涂层及其制备方法，以纳米氧化铝、纳米氧化锆为原料，创新性的加入了有机铁盐作为纳米氧化铁源，采用等离子热喷涂技术配以纳米原料和有机铁盐使涂层本身生成锆复合铁铝尖晶石结构，从而让基体表面具有更优良的体积密度、机械强度及更高的耐磨性、耐侵蚀性。本发明专利技术所涉及生产设备简单，工艺流程短，对环境的污染程度较小甚至零污染，解决水泥行业所用设备磨损和腐蚀严重致使其使用寿命缩短的问题，具有广阔的市场前景和巨大的经济效益与社会效益。和巨大的经济效益与社会效益。

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨纳米陶瓷涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于水泥行业用耐火材料
，具体涉及一种耐磨纳米陶瓷涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来随着技术的发展，水泥回转窑不仅仅只用于生产水泥，也常用来处理城市生活垃圾，同时也将垃圾作为水泥工业的部分能源用来代替燃料，取得了明显的经济和社会效益。但是，这些生活垃圾中不乏加剧侵蚀了窑衬耐火材料的有害物质如氯化物、硫化物及碱性物质等。而且新型干法水泥生产使用设备如回转窑正朝着大型化发展，体积大、转速快，这也对耐火材料性能提出了更高要求，如耐磨性、低热导率等。如今水泥行业所用耐火材料如水泥回转窑过渡带等常用高铝碳化硅耐火材料，此材料对水泥工业的技术进步和发展具有巨大作用。然而，当前高铝碳化硅耐火材料因磨损高侵蚀严重导致其使用寿命面临严峻挑战。
[0003]现有耐磨陶瓷涂层的制备方法、工艺流程相对复杂，所用原料较多，且会产生多余难处理的副产物、残余物和排放物，对环境的污染程度较大；耐磨陶瓷涂料的物理化学性能还不够优良，产品适用性和柔韧性差，造成生产设备的使用寿命低，影响生产效率和生产成本。
[0004]耐磨陶瓷涂料在水泥行业生产中使用量大，研制出成本更低、使用寿命更长以及性能更优良的耐磨陶瓷涂料是当前急需解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决上述技术问题，提供一种耐磨纳米陶瓷涂层及其制备方法，其所用原料较少，制备方法和工艺流程相对简单，无多余难处理副产物、残余物、排放物，对环境的污染程度较小且可生产出性能更加优良的耐磨涂层，提高水泥企业中设备的性能、使用寿命、设备的运行效率，降低损耗、节约材料和能源。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是：一种耐磨纳米陶瓷涂层，将纳米原料与有机铁盐混合或直接以颗粒状，经过等离子热喷涂加热到熔融或半熔融状态，并以高速喷向经过预处理的材料表面，快速凝固形成附着牢固的耐磨涂层。
[0007]本专利技术所采用的技术方案：原料是由以下按照质量百分比(wt%)的纳米金属氧化物与有机铁盐组成：纳米氧化铝(Al2O3)40
‑
60wt%，纳米氧化锆(ZrO2)5
‑
10wt%，其余为有机铁盐。
[0008]其中氧化铝粒度为10
‑
20nm。
[0009]其中氧化锆粒度为10
‑
20nm。
[0010]其中有机铁盐，最优为草酸铁(Fe2(C2O4)3·
5H2O)。
[0011]其中有机铁盐粒度为0.1μm—10μm。
[0012]一种耐磨纳米陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、原料混合：将粒度为10
‑
20nm的纳米氧化铝、纳米氧化锆与有机铁盐微粉放入高速混合机中均匀混料360min,得到混和均匀后的纳米氧化铝、纳米氧化锆与有机铁盐粉末；步骤二、参数调整及基体预处理：进行等离子热喷涂相关设备的参数调整，包括整流主电源的供电参数、控制柜的供电参数与频率参数、水冷系统与气体供给系统相关参数、喷枪与送粉器送粉量，根据所用粉末粒度范围进行调整；同时，需涂覆基体部位要准备的预处理工作；步骤三、等离子热喷涂：将混合均匀的纳米粉末贮存在送粉器中,采用电弧或等离子弧为热源，将原料加热到熔融或半熔融状态，并以高速喷向经过预处理的材料表面，快速凝固形成附着牢固的耐磨涂层；步骤四、复查：喷涂后，经过一段时间后检查涂层状态或取部分样品进行检测，测定其相关性能是否符合使用要求。
[0013]纳米原料采用粒度为10
‑
20nm的纳米氧化铝、纳米氧化锆，所用原料均为本身性能优良的纳米级氧化铝与氧化锆材料，纳米级的粒度进一步加强了其性能，从优化原料的性能和配比来提升耐磨陶瓷涂层的性能。
[0014]本专利技术创新性的引入了有机铁盐类材料，加入有机铁盐，不仅具有增大了流动性、均匀性，加快反应速率的优点，而且可在高温下热分解得到纳米级氧化铁，反应得到的氧化铁，相较于直接引入的活性更高，更容易进行反应或者复合。草酸铁等有机铁盐，可在等离子喷涂过程产生的高温条件下进行热分解产生纯度高、活性强的纳米氧化铁，与原料中的纳米氧化锆与纳米氧化铝复合反应生成锆复合铁铝尖晶石。复合铁铝尖晶石具有非均态显微结构和多相组合的特点，该结构组成不仅具有尖晶石材料的传统优良特性如耐高温、耐腐蚀、抗冲击、热导率低、硬度高和耐磨损等，还具有很好的柔韧性，在水泥回转窑上应用既能挂窑皮，又能适应窑壳的变形，具有优良物理化学性能的氧化铝、氧化铁与氧化锆等形成的尖晶石更是其中的佼佼者，将其使用在涂覆设备上将大幅度延长其使用寿命。同时此制备方法工艺流程相对简单,对环境的污染程度较小且可生产出的产品性能更加优良,为经济和社会发展做出贡献。
[0015]本专利技术的有益效果为：本专利技术提供一种耐磨纳米陶瓷涂层及其制备方法，采用性能优良的纳米材料及有机铁盐作为纳米氧化铁源，所得纳米氧化铁活性更高；采用等离子热喷涂技术配以纳米原料和有机铁盐使涂层本身生成锆复合铁铝尖晶石结构，从而让基体表面具有更优良的体积密度、机械强度及更高的耐磨性、耐侵蚀性。本专利技术所涉及生产设备简单，工艺流程短，对环境的污染程度较小甚至零污染，解决水泥行业所用设备磨损和腐蚀严重导致其使用寿命缩短的问题，具有广阔的市场前景和巨大的社会与经济效益。
具体实施方式
[0016]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细地说明。本专利技术实施例提供的一种水泥行业用耐磨纳米陶瓷涂层，具体是一种主要结构组成为锆铁铝尖晶石的高温耐磨涂层，
适用于水泥行业所用耐火材料，可以是高铝质耐火材料，也可以是镁碳砖，还可以是干式浇注料，都在本专利技术应用范围内。
[0017]实施例1、一种耐磨纳米陶瓷涂层的制备，包括以下步骤：步骤一、原料混合：将粒度为10
‑
20nm的纳米氧化铝、纳米氧化锆与草酸铁粉末(按照质量百分比(wt%)，纳米氧化铝(Al2O3)40wt%，纳米氧化锆(ZrO2)10wt%，其余为草酸铁(Fe2(C2O4)3·
5H2O)。放入高速混合机中均匀混料360min,得到混和均匀后的纳米氧化铝、纳米氧化锆与草酸铁粉末。
[0018]步骤二、参数调整及基体预处理：进行等离子热喷涂相关设备的参数调整，如整流主电源的供电参数、控制柜的供电参数与频率参数、水冷系统与气体供给系统相关参数、喷枪与送粉器送粉量等也需根据所用粉末粒度范围进行一定的调整。同时，需涂覆基体部位要准备相应的预处理工作。
[0019]步骤三、等离子热喷涂：将混合均匀的纳米粉末贮存在送粉器中,采用电弧或等离子弧为热源，将原料加热到熔融或半熔融状态，并以高速喷向经过预处理的材料表面，快速凝固形成附着牢固的耐磨涂层。
[0020]步骤四、复查：喷涂后，经过一段时间后检查涂层状态或取部分样品进行检测，测定其相关性能是否符合使用要求。
[0021]实施例2与实施例1相比,除了按照质量百分比(wt%),纳米氧化铝(Al2O3)50wt本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐磨纳米陶瓷涂层，其特征在于：原料是由以下按照质量百分比的纳米金属氧化物与有机铁盐组成：纳米氧化铝40
‑
60wt%，纳米氧化锆5
‑
10wt%，其余为有机铁盐。2.根据权利要求1所述的一种耐磨纳米陶瓷涂层，其特征在于：氧化铝粒度为10
‑
20nm。3.根据权利要求1所述的一种耐磨纳米陶瓷涂层，其特征在于：氧化锆粒度为10
‑
20nm。4.根据权利要求1所述的一种耐磨纳米陶瓷涂层，其特征在于：有机铁盐为草酸铁。5.根据权利要求1所述的一种耐磨纳米陶瓷涂层，其特征在于：有机铁盐粒度为0.1μm—10μm。6.根据权利要求1所述的一种耐磨纳米陶瓷涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、原料混合：将粒度为10
‑
20nm的纳米氧化铝、纳米氧化锆与有机铁盐微粉放入高速混合机中均匀混料360min,得到混和均匀后的纳米氧化铝、...

【专利技术属性】
技术研发人员：王黎，闵永超，李一波，张奇，李珂辰，王笑笑，施余博，
申请(专利权)人：洛阳理工学院，
类型：发明
国别省市：