納米陶瓷基耐高溫耐磨蝕自潔復(fù)合涂層的制作方法
【專利摘要】一種納米陶瓷基耐高溫耐磨蝕自潔復(fù)合涂層，屬于表面工程中的噴涂領(lǐng)域，該發(fā)明主要應(yīng)用于高效燃煤鍋爐、燃煤熱風(fēng)爐、沸騰煅燒爐、石油化工、冶金行業(yè)余熱鍋爐及水冷高溫?zé)煹?、火力電力、石油化工、冶金行業(yè)、煤炭焦化脫硫、除塵裝置等的耐高溫腐蝕、磨損防護(hù)及高溫粉塵的粘結(jié)、燒結(jié)。本發(fā)明所述的納米陶瓷基耐溫腐蝕自潔復(fù)合涂層，所要解決的問題是克服傳統(tǒng)鍋爐表面防護(hù)材料不能現(xiàn)場燒結(jié)，工作溫度低的問題，提供一種施工簡便，耐高溫耐磨蝕的鍋爐表面防護(hù)材料。其特征在于，所述的涂層質(zhì)量百分含量范圍如下：氮化鈦：1~5%，氮化硅：1~5%，氧化鋁：28~40%，氧化硅：10~20%，氧化鉻：30~60%。
【專利說明】納米陶瓷基耐高溫耐磨蝕自潔復(fù)合涂層
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]屬于表面工程中的噴涂領(lǐng)域，該發(fā)明主要應(yīng)用于高效燃煤鍋爐、燃煤熱風(fēng)爐、沸騰煅燒爐、石油化工、冶金行業(yè)余熱鍋爐及水冷高溫?zé)煹?、火力電力、石油化工、冶金行業(yè)、煤炭焦化脫硫、除塵裝置等的耐高溫腐蝕、磨損防護(hù)及高溫粉塵的粘結(jié)、燒結(jié)。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]工業(yè)熱交換器由于存在高溫磨損和腐蝕，致使換熱器壁厚減薄造成設(shè)備過早失效；高溫?zé)煔庵械姆蹓m粘結(jié)在換熱器表面，降低換熱器熱交換效率。目前對于上述問題還沒有完全有效的方法進(jìn)行防護(hù)，少量的鍋爐采用噴涂鎳基涂層或其他金屬涂層的進(jìn)行解決，雖有一定防腐耐磨的效果，但無法解決高溫粉塵的粘結(jié)和燒結(jié)造成熱交換效率降低的缺陷且成本聞昂。
[0004]目前的噴涂防護(hù)工藝，多采用熱噴涂(超音速火焰噴涂、等離子噴涂)氧化鋯涂層、氧化鋁涂層雖具有優(yōu)異的耐高溫磨蝕性能，但其施工難度及噴涂成本高無法應(yīng)用于各種工業(yè)熱交換器的表面的高溫防護(hù)。市場上存在的富鋅無機(jī)涂層，一般只能耐溫400度以內(nèi)，一般滿足大氣腐蝕，不能滿足工業(yè)鍋爐內(nèi)嚴(yán)重的高溫磨蝕及抗高溫粉塵粘結(jié)。
[0005]陶瓷被公認(rèn)為是一種穩(wěn)定的耐高溫、抗氧化、抗腐蝕、抗磨損的材料。目前常用的冷噴涂的陶瓷涂層由于燒結(jié)溫度高，不具備現(xiàn)場燒結(jié)可行性，結(jié)合力低，熱膨脹系數(shù)不匹配，涂層易剝落。
[0006]納米陶瓷基耐高溫腐蝕自潔復(fù)合涂層屬于噴涂工藝中的新興防護(hù)工藝，耐高溫屏蔽、犧牲保護(hù)型涂層，利 用陶瓷優(yōu)異的高溫性能，屏蔽、隔絕了金屬界面與腐蝕介質(zhì)的反應(yīng)及高溫氣流中的粉塵對金屬表面的沖刷、沖蝕，同時(shí)有效避免由于金屬表面的腐蝕產(chǎn)物與高溫粉塵在高溫條件下發(fā)生礦化燒結(jié)反應(yīng)，造成熱交換器表面粘灰、掛渣，降低熱交換效率。納米陶瓷基耐高溫腐蝕自潔復(fù)合涂層在一定壽命周期內(nèi)能有效保護(hù)熱交換器金屬表面免于腐蝕、磨損，延長設(shè)備使用壽命；減少熱交換器表面粘灰、掛渣，保持高的熱交換效率，從而達(dá)到節(jié)能減排的作用；且該陶瓷涂層的制備工藝簡單，成本較低，具有重要的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
[0007]本發(fā)明所述的納米陶瓷基耐高溫腐蝕自潔復(fù)合涂層，由于在關(guān)鍵成分中添加了低溫粘結(jié)劑，對陶瓷顆粒超細(xì)化并三級四級級配，實(shí)現(xiàn)400度以內(nèi)的低溫?zé)Y(jié)形成致密的涂層，工程施工簡便和易行。
[0008]本發(fā)明所要解決的問題是克服傳統(tǒng)鍋爐表面防護(hù)材料不能現(xiàn)場燒結(jié)，工作溫度低的問題，提供一種施工簡便，耐高溫耐磨蝕的鍋爐表面防護(hù)材料。
[0009]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所提供的納米陶瓷基耐溫耐磨蝕自潔復(fù)合涂層，其特征在于，所述的涂層質(zhì)量百分含量范圍如下:
氮化鈦:1~5%，氮化硅:1~5%，氧化鋁:28~40%，氧化硅:10~20%，氧化鉻:30~60%
其中各成分作用如下:
硼化鈦(TiB2):涂層耐磨增強(qiáng)相；防粘陶瓷相 氮化鈦(Ti3N4):涂層耐磨增強(qiáng)相；防粘陶瓷相 氮化硅(Si3N4):涂層耐磨增強(qiáng)相；防粘陶瓷相 氧化鋁(A1203):涂層陶瓷相；固相燒結(jié)相 氧化硅(Si02):涂層陶瓷相；固相燒結(jié)相 氧化鉻(Cr203):涂層耐磨增強(qiáng)相；固相燒結(jié)相 本陶瓷涂層(5)為三層陶瓷涂層
1、底層陶瓷涂層(I):
與熱交換器表面(4)結(jié)合強(qiáng)度高陶瓷涂層。其成分為:
氧化鉻(Cr2O3) 5%至35%，粒徑為50nm至300nm ；
氧化硅(SiO2):65%至75%,粒徑為50nm至300nm ；
氧化鋁(Al2O3):5%至8%，粒徑為50nm至300nm ；
堿金屬氧化物Na20、K2O, CaO、MgO:總量為2%至4%
涂層厚度為80 μ m至200 μ m,最優(yōu)為120 μ m至140 μ m· 2、耐磨防粘陶瓷涂層(2):
上述底層陶瓷涂層(I)配方:50%至80% ；
硼化鈦(TiB2): 1%至20%，粒徑為:I μ m至20 μ m，最優(yōu)為5 μ m至10 μ m ;
氮化硅(Si3N4):1%至20%，粒徑為:1μπι至20μπι，最優(yōu)為5μπι至ΙΟμ--;
氮化鈦(Ti3N4): 1%至20%,粒徑為:I μ m至20 μ m，最優(yōu)為5 μ m至10 μ m ;
涂層厚度為80 μ m至200 μ m,最優(yōu)為120 μ m至140 μ m
3、防粘陶瓷涂層(3):
硼化鈦(TiB2):1%至45%，粒徑為50nm至300nm ；
氮化硅(Si3N4): 1%至45%，粒徑為50nm至300nm ；
氮化鈦(Ti3N4): 1%至45%，粒徑為50nm至300nm ；
表面活性劑:2%至5%
分散劑:0.5%至1.5%
有機(jī)溶劑:汽油、或柴油、或二甲苯、或丙酮、或酒精，最優(yōu)為汽油:50%至70%
噴涂至完全覆蓋耐磨防粘陶瓷涂層
陶瓷涂層噴涂完畢后自然干燥24小時(shí)至72小時(shí)后，即可投入使用，在使用過程中隨爐 本發(fā)明所述涂層采取以下步驟實(shí)施:
1.將上述粉末(平均粒度為5微米)及低溫粘結(jié)劑以一定比例混合均勻，然后將粉末與水以1:0.5的比例充分混合，得到水性陶瓷涂層原料；
2.將得到的底層陶瓷涂層(I)水性陶瓷涂層原料用無氣噴槍噴涂到經(jīng)凈化處理的工件(鋼基)表面，噴涂厚度為0.08~0.1mm，再經(jīng)200-400?，30-60π?η燒結(jié)，得到一次涂層；
3.耐磨防粘陶瓷涂層(2)水性陶瓷涂層原料用無氣噴槍噴涂到經(jīng)凈化處理的工件(鋼基)表面，噴涂厚度為0.08~0.1mm,再經(jīng)20(T400°C，3(T60min燒結(jié)，得到二次涂層；
4.防粘陶瓷涂層(3):水性陶瓷涂層原料用無氣噴槍噴涂到經(jīng)凈化處理的工件(鋼基)表面，噴涂厚度為0.08、.1mm，再經(jīng)20(T400°C，3(T60min燒結(jié)，得到最終涂層。
[0011]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明專利提供的納米陶瓷基耐高溫耐磨蝕自潔復(fù)合涂層示意圖。
[0013]【具體實(shí)施方式】
[0014]1.取氮化鈦I克,氮化娃I克,氧化招28克,氧化娃10克,氧化鉻60克混合均勻，并與50克水充分混合，將得到的原料用無氣噴槍噴涂到凈化處理的工件表面，經(jīng)200°C，30分鐘燒結(jié)，得到一次涂層，再將一次涂層表面刷涂特制納米溶膠，進(jìn)行2(KTC，30分鐘燒結(jié)，得到最終涂層。將涂層進(jìn)行24小時(shí)50%硫酸浸泡試驗(yàn)，以及700°C、25°C水冷循環(huán)試驗(yàn)，所得結(jié)果見表1。
[0015]2.取氮化鈦2克,氮化娃3克,氧化招35克,氧化娃15克,氧化鉻45克混合均勻，并與50克水充分混合，將得到的原料用無氣噴槍噴涂到凈化處理的工件表面，經(jīng)250°C，40分鐘燒結(jié)，得到一次涂層，再將一次涂層表面刷涂特制納米溶膠，進(jìn)行250°C，40分鐘燒結(jié)，得到最終涂層。將涂層進(jìn)行24小時(shí)50%硫酸浸泡試驗(yàn)，以及700°C、25°C水冷循環(huán)試驗(yàn)，所得結(jié)果見表1。
[0016]3.取氮化鈦3克,氮化娃4克,氧化招33克,氧化娃18克,氧化鉻42克混合均勻，并與50克水充分混合，將得到的原料用無氣噴槍噴涂到凈化處理的工件表面，經(jīng)300°C，50分鐘燒結(jié)，得到一次涂層，再將一次涂層表面刷涂特制納米溶膠，進(jìn)行3(KTC，50分鐘燒結(jié)，得到最終涂層。將涂層進(jìn)行24小時(shí)50`%硫酸浸泡試驗(yàn)，以及700°C、25°C水冷循環(huán)試驗(yàn)，所得結(jié)果見表1。
[0017]4.取氮化鈦5克,氮化娃5克,氧化招40克,氧化娃20克,氧化鉻30克混合均勻，并與50克水充分混合，將得到的原料用無氣噴槍噴涂到凈化處理的工件表面，經(jīng)400°C，60分鐘燒結(jié)，得到一次涂層，再將一次涂層表面刷涂特制納米溶膠，進(jìn)行4(KTC，60分鐘燒結(jié)，得到最終涂層。將涂層進(jìn)行24小時(shí)50%硫酸浸泡試驗(yàn)，以及700°C -25°C>20次水冷循環(huán)試驗(yàn)，所得結(jié)果見表1。
[0018]表1
I硫酸浸泡(有無剝落、開裂)I水冷循環(huán)(有無剝落、開裂)
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2_ ^^_
3_ ^_
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【權(quán)利要求】
1.一種納米陶瓷基耐高溫耐磨蝕自潔復(fù)合涂層，屬于表面工程中的噴涂領(lǐng)域，其特征在于，所述的涂層質(zhì)量百分含量范圍如下: 氮化鈦:1~5%，氮化 硅:1~5%，氧化鋁:28~40%，氧化硅:10~20%，氧化鉻:30~60%。
【文檔編號】C04B35/105GK103572277SQ201210261142
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月26日
【發(fā)明者】胡為峰, 黃齊文 申請人:北京賽億科技股份有限公司