一种具有核壳结构填料的耐高温防腐水性磷酸盐陶瓷涂料制造技术

本发明专利技术提供了一种具有核壳结构填料的耐高温防腐水性磷酸盐陶瓷涂料，包括核壳结构填料，所述核壳结构填料为具有Cr2O3@Al结构的微球颗粒；所述Cr2O3@Al结构为Cr2O3包覆铝粉的核壳结构，其中，Cr2O3为壳层，Al为核层，通过原位生长法将Cr2O3包覆在铝粉表面原位生长而成。通过采用本发明专利技术技术方案提供的耐高温防腐水性磷酸盐陶瓷涂料，Cr2O3@Al结构将铝粉作为核层包裹其中，在长时间高温盐雾环境下铝粉暴露后，能够发挥其牺牲阳极的功能，当涂层发生破损时，核层会对裸露的金属基底形成集中的电流保护，弥补涂层防护的不足，从而进一步减缓涂层的腐蚀，延长磷酸盐陶瓷涂层的使用寿命。延长磷酸盐陶瓷涂层的使用寿命。延长磷酸盐陶瓷涂层的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种具有核壳结构填料的耐高温防腐水性磷酸盐陶瓷涂料


[0001]本专利技术涉及功能涂料
，具体地，涉及一种具有核壳结构填料的耐高温防腐水性磷酸盐陶瓷涂料及其制备和应用。

技术介绍

[0002]常规有机防腐涂层对海洋腐蚀环境中运行设备(燃气轮机、焚烧炉、热交换器等)防护性能较差。特别是在高温和海洋腐蚀耦合作用下，有机涂层短时间内就失去防护功能。通过涂层防护实现海洋环境下金属高温保护仍是一个挑战。
[0003]通过磷酸盐化学键合可形成磷酸盐陶瓷涂层。磷酸盐在加热时发生缩聚反应，在基材上形成高硬度、高耐热、高附着力的陶瓷涂层，是实现金属高温防腐的一种重要手段。研究表明磷酸盐陶瓷涂层在高温下具有良好的抗氧化性能。但磷酸盐陶瓷涂层在加热和固化过程中的缩聚反应会产生微孔缺陷，导致漆膜致密性降低。石墨烯纳米片作为一种典型的二维层状材料，添加少量高长径比的石墨烯可以显著增强防腐涂层的阻隔效果。但石墨烯在高温下容易被氧化，导致结构损坏甚至热解，因此石墨烯在耐高温腐蚀保护领域的应用仍然面临着技术挑战。
[0004]在防腐涂层中使用具有牺牲阳极作用的活性金属如锌、镁、铝作为填料，可以通过锌、镁、铝的活性腐蚀产生阴极电流实现对金属基体的保护。然而在高温或高盐雾环境中，活性金属填料本身存在反应活性强的缺点。当漆膜中的锌、镁、铝等金属填料快速消耗后，容易导致涂层局部失效，进而诱导基体发生高温腐蚀。
[0005]因此，针对磷酸盐陶瓷涂层，有必要寻求一种有效的改性方法，提高陶瓷涂层中锌、镁、铝金属颗粒的稳定性和牺牲阳极性能，以提高陶瓷涂层高温防护性能。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种具有核壳结构填料耐高温防腐水性磷酸盐陶瓷涂料，具有优异的耐高温和耐腐蚀的性能。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案，一种具有核壳结构填料耐高温防腐水性磷酸盐陶瓷涂料，包括核壳结构填料，所述核壳结构填料为具有Cr2O3@Al结构的微球颗粒；所述Cr2O3@Al结构为Cr2O3包覆铝粉的核壳结构，其中，Cr2O3为壳层，Al为核层，通过将CrO3包覆在铝粉表面经水热反应原位生长而成。
[0008]优选地，按质量份计，耐高温防腐水性磷酸盐陶瓷涂料包括磷酸二氢盐20～50份、固化剂10～20份、所述核壳结构填料40～60份、还原氧化石墨烯0.1～0.5份、水20～50份和助剂0.5～1份。
[0009]优选地，所述的磷酸二氢盐为磷酸二氢铝、磷酸二氢镁、磷酸二氢钙的一种或两种以上的组合。
[0010]优选地，所述固化剂为氧化镁、氧化锌、氧化铁的一种或两种以上的组合。
[0011]优选地，所述的助剂为分散剂BYK391、消泡剂TEGO
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FOMAX
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N中的一种或两种以上
的组合。
[0012]优选地，所述核壳结构填料的制备方法包括：将CrO3溶解在去离子水中形成铬酸溶液；将铝粉颗粒加入至铬酸溶液中，并超声分散，CrO3逐步吸附在铝粉表面，并在150～200℃条件下进行水热氧化反应产生Cr2O3，并同时缓慢氧化铝粉，最终形成具有Cr2O3@Al结构的所述核壳结构填料。
[0013]优选地，所述铝粉颗粒为球形铝粉，纯度为99％，平均粒径为0.5微米。
[0014]为进一步实现本专利技术的技术目的，本专利技术还公开了上述水性耐高温防腐磷酸盐陶瓷涂料的制备方法，包括以下具体步骤：
[0015]S1.制核壳结构填料；
[0016]S2.制备水性磷酸盐陶瓷涂料：将还原氧化石墨烯分散在水溶液中，加入助剂后超声分散；再加入磷酸二氢盐和S1制备的所述核壳结构填料充分搅拌；最后加入固化剂并在室温下搅拌至均匀混合后得到混合物，即为所述水性耐高温防腐水性磷酸盐陶瓷涂料。
[0017]采用上述技术方案提供的水性耐高温防腐磷酸盐陶瓷涂料制备的陶瓷涂层，具有优异的耐高温和防腐性能。
[0018]具体地，耐高温防腐水性磷酸盐陶瓷涂层的制备方法包括将所述耐高温防腐水性磷酸盐陶瓷涂料在喷砂预处理后的金属基材表面，随后将涂覆涂料后的金属基材于60～80℃下加热1～2h，然后在350～550℃温度条件下加热1～2h以完全固化，即得到具有核壳结构填料的所述耐高温防腐水性磷酸盐陶瓷涂层；优选地，涂覆的方法包括浸渍、喷涂或旋涂。
[0019]本专利技术通过在水性磷酸盐陶瓷涂料中添加具有防腐和耐高温性能的核壳结构填料，其具有的核壳结构为氧化铬包裹在铝粉，一方面，Cr2O3作为一种颜填料，将其作为核壳结构的壳层，能够继续发挥其颜填料的作用的同时，将铝粉作为核层包裹其中，在经过长时间高温烟雾条件下，铝粉暴露后，能够发挥其牺牲阳极的功能，当涂层发生破损时，核层会对裸露的金属基体进行集中的电流保护，消除具备腐蚀电池，弥补涂层防护的不足，从而进一步减缓了涂层的腐蚀，延迟涂层和金属基体的使用寿命。
[0020]本专利技术技术方案的技术效果：
[0021]1.通过采用本专利技术的技术方案提供的耐高温防腐水性磷酸盐陶瓷涂料，具有优异的耐高温抗氧化性能，其中添加的Cr2O3包覆的核壳结构球形铝粉，不仅具有优异的高温稳定性，同时铝粉在高温下具有牺牲阳极功能，高温盐雾循化试验10次，漆膜不脱落，基材不腐蚀。
[0022]2.通过采用本专利技术的技术方案提供的具有核壳结构填料的耐高温防腐水性磷酸盐陶瓷涂料，还添加还原氧化石墨烯，可提高磷酸盐陶瓷涂层的致密性和阻气性能，提高其高温抗氧化性能。
附图说明
[0023]图1a
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图1d分别为本专利技术实施例1中Cr2O3包覆的核壳结构铝粉的XPS光谱图。
[0024]图2a
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图2b分别为本专利技术实施例1制备的水性磷酸盐陶瓷涂层的表面形貌SEM图和放大图。
[0025]图3为本专利技术实施例1制备的水性磷酸盐陶瓷涂层在模拟高温海洋环境中的腐蚀
性测试的对照图。
[0026]图4a
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图4b分别为本专利技术实施例1制备的水性磷酸盐陶瓷涂层在模拟高温海洋环境中腐蚀后的表面形貌SEM图和放大图。
[0027]图5a
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图5b分别为本专利技术实施例1制备的水性磷酸盐陶瓷涂层在3.5wt％NaCl溶液中浸泡期间的Nyquist图和Bode图。
[0028]图6a
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图6b分别为本专利技术对比例1制备的水性磷酸盐陶瓷涂层的表面形貌SEM图和放大图。
[0029]图7a
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图7b分别为本专利技术对比例2制备的水性磷酸盐陶瓷涂层的表面形貌SEM图和放大图。
[0030]图8为本专利技术对比例2制备的水性磷酸盐陶瓷涂层在模拟高温海洋环境中的腐蚀变化图。
[0031]图9为本专利技术对比例3制备的水性磷酸盐陶瓷涂层在高温盐雾循化1次后的腐蚀照片。
具体实施方式
[0032]使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐高温防腐水性磷酸盐陶瓷涂料，其特征在于，包括核壳结构填料，所述核壳结构填料为具有Cr2O3@Al结构的微球颗粒；所述Cr2O3@Al结构为Cr2O3包覆铝粉的核壳结构，其中，Cr2O3为壳层，Al为核层，通过将CrO3包覆在铝粉表面后经水热反应原位生长而成。2.根据权利要求1所述的耐高温防腐水性磷酸盐陶瓷涂料，其特征在于，按质量份计，包括：磷酸二氢盐20～50份、固化剂10～20份、所述核壳结构填料40～60份、还原氧化石墨烯0.1～0.5份、水20～50份和助剂0.5～1份。3.根据权利要求2所述的耐高温防腐水性磷酸盐陶瓷涂料，其特征在于，所述磷酸二氢盐为磷酸二氢铝、磷酸二氢镁、磷酸二氢钙的一种或两种以上的组合。4.根据权利要求2所述的耐高温防腐水性磷酸盐陶瓷涂料，其特征在于，所述固化剂为氧化镁、氧化锌、氧化铁的一种或两种以上的组合。5.根据权利要求2所述的耐高温防腐水性磷酸盐陶瓷涂料，其特征在于，所述助剂为分散剂BYK391、消泡剂TEGO
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FOMAX
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N中的一种或两种以上的组合。6.根据权利要求1
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5任一项所述的耐高温防腐水性磷酸盐陶瓷涂料，其特征在于，所述核壳结构填料的制备方法包括：将CrO3溶解在去离子水中形成铬酸溶液；将铝粉颗粒加入至铬酸溶液中，并超声分散，CrO3逐步吸附在铝粉表面，并在150～200℃条件下进行水热氧化反应且原位...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘栓，陈志宇，赵宁宁，徐小梅，代金月，郭小平，卢光明，王立平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：