一種水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料及其制備和固化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及防腐涂料領(lǐng)域，尤其涉及一種以磷酸鹽作為粘結(jié)劑，鋁粉作為填料的水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料及其制備和固化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著金屬材料越來越多的應(yīng)用到工程裝備中，應(yīng)用在高溫、高濕、高腐蝕的環(huán)境中的金屬工件往往會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕，影響著整個(gè)工程裝備的運(yùn)轉(zhuǎn)與使用。相比于常溫環(huán)境，高溫氧化環(huán)境會(huì)造成金屬更為快速的氧化腐蝕，使金屬工件的綜合力學(xué)性能快速下降，因而對(duì)于應(yīng)用于特殊領(lǐng)域的金屬工件需要對(duì)其進(jìn)行從常溫環(huán)境腐蝕環(huán)境到高溫氧化腐蝕環(huán)境中全面的腐蝕防護(hù)。
[0003]目前大多數(shù)防腐涂料是應(yīng)用于常溫環(huán)境下的腐蝕防護(hù)，難以在超過300°C以上的高溫環(huán)境中為金屬材料提供腐蝕防護(hù)。針對(duì)金屬高溫氧化防護(hù)的表面防護(hù)處理技術(shù)主要包括等離子表面冶金、氣相沉積、磁控濺射、搪瓷等，處理工藝較為復(fù)雜，處理溫度往往在1000°c以上，限制了其大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。目前能夠全面地對(duì)金屬工件進(jìn)行腐蝕防護(hù)的涂料是含鋁磷酸鹽防腐涂料。涂料以磷酸鹽為粘結(jié)劑，以鋁粉為填料，可在常溫含鹽環(huán)境與高溫氧化環(huán)境中對(duì)鋼材提供良好腐蝕防護(hù)，但是含鋁磷酸鹽涂料缺少商業(yè)化的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供了一種水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料及其制備和固化方法，利用該涂層能夠?qū)饘僭诔睾}環(huán)境中與高溫氧化環(huán)境中提供腐蝕防護(hù)。
[0005]本發(fā)明提供的涂層原料按重量份包括以下組份:磷酸鹽粘結(jié)劑1000-1200份，蒸餾水1000-1500份，固化劑16-20份，涂料助劑20-60份，鈍化劑24-40份，功能填料45-55份。
[0006]所述的磷酸鹽粘結(jié)劑為含量為30%的磷酸二氫鋁水溶液，純度為分析純。
[0007]所述的固化劑為氧化鋅和氧化鎂，其中氧化鋅的用量占固化劑總重量的40%—60%，氧化鎂的用量占固化劑總重量的40%—60%。
[0008]所述的涂料助劑為正硅酸四乙酯。
[0009]所述的功能填料為亞微米球狀鋁粉，純度為99%，平均粒徑為800nm。
[0010]所述的鈍化劑為鉻酸鎂。
[0011]本發(fā)明還提供了一種水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料的制備方法，包括以下步驟:
1)將1000-1200份磷酸二氫鋁與1000-1500份蒸餾水混合均勻，形成澄清溶液；
2)將20-60份正硅酸四乙酯加入到溶液中，在密封條件下采用磁力攪拌的方式攪拌，直至形成澄清溶液；
3)將8-10份氧化鋅加入到溶液中，采用玻璃棒不斷攪拌直至完全溶解，然后加入8-10份氧化鎂，采用玻璃棒不斷攪拌，去除氣泡直至完全溶解，形成半透明溶液；
4)將24-40份鉻酸鎂加入到混合溶液中，不斷攪拌形成均勻混合溶液； 5)將45-55份微納米球型鋁粉加入到混合溶液中，并攪拌均勻。
[0012]本發(fā)明還提供了一種水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料的固化方法，涂料進(jìn)行空氣噴涂或刷涂涂覆后，采用烘箱于120°C烘干2h后升溫至200°C烘干17h。
[0013]本發(fā)明有益效果在于:提供了一種可同時(shí)在常溫與高溫環(huán)境中提供腐蝕及表面防護(hù)的無機(jī)涂料，由涂料制備出的涂層能夠耐中性鹽霧實(shí)驗(yàn)1000h以及在600°C的高溫條件下為完全抗氧化性，能夠?qū)饘倩w進(jìn)行常溫含鹽環(huán)境腐蝕防護(hù)以及高溫氧化腐蝕防護(hù)。
【附圖說明】
[0014]圖1為涂層結(jié)構(gòu)及機(jī)理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明提供的涂料采用了磷酸二氫鋁作為粘結(jié)劑，氧化鎂、氧化鋅作為固化劑，鋁粉作為填料，鉻酸鎂作為鈍化劑，正硅酸四乙酯作為助劑制備而成。涂料防腐原理如圖1所示，涂料噴涂到金屬基體表面并固化后，在金屬基體表面形成由磷酸鹽陶瓷粘接鋁粉形成的涂層，其中鋁粉是涂料固化形成涂層后比重最大的組分，也是涂料實(shí)現(xiàn)常溫下腐蝕防護(hù)與高溫氧化環(huán)境中高溫氧化防護(hù)的最重要的組分。金屬鋁在常溫環(huán)境中保持穩(wěn)定，同時(shí)也具有優(yōu)異的抗高溫氧化性能。
[0016]在常溫下的腐蝕環(huán)境中，磷酸鋁陶瓷粘接劑與鋁粉均保持穩(wěn)定，阻擋腐蝕介質(zhì)與金屬基體接觸，當(dāng)處在600°C左右的高溫環(huán)境中時(shí)，涂層內(nèi)部的鋁粉顆粒會(huì)發(fā)生熔融、擴(kuò)散，在涂層內(nèi)部形成一層鋁阻隔層，鋁阻隔層表面在氧化環(huán)境中生成一層致密的氧化鋁薄層，02一離子在其中極為困難，阻礙了氧化反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，為金屬基體提供抗高溫氧化防護(hù)。
[0017]下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0018]實(shí)例一
將1000份磷酸二氫鋁與1200份蒸餾水混合，形成均勻溶液后添加60份正硅酸四乙酯，在密封條件下采用磁力攪拌的方式攪拌，直至正硅酸四乙酯完全水解，形成澄清溶液。隨后加入8份氧化鋅與10份氧化鎂，不斷攪拌使之完全溶解，添加28份鉻酸鎂，混合均勻后添加45份微納米鋁粉并分散均勻，涂料制備完成。采用空氣噴涂的方式將涂料噴涂到表面經(jīng)打磨處理的鋼板，于120°C的烘箱中烘干2h后升溫至200°C烘干17h制備涂層。
[0019]實(shí)例一配方涂料測(cè)試性能如下:
(1)在中性鹽霧實(shí)驗(yàn)中，涂層在歷經(jīng)1008小時(shí)的中性鹽霧實(shí)驗(yàn)后表面開始出現(xiàn)銹點(diǎn)
(2)在600°C高溫氧化試驗(yàn)條件下，高溫氧化100小時(shí)后，試樣氧化增重8.0517g/m2，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)氧化速度為0.04g/(m2.h)，小于0.1g/(m2.h)，依據(jù)GBT 13303-1991《鋼的抗氧化性能測(cè)定方法》，涂層在600°C條件下的高溫抗氧化性能為完全抗氧化性。
[0020]實(shí)例二
將1300份磷酸二氫鋁與1000份蒸餾水混合，形成均勻溶液后添加40份正硅酸四乙酯，在密封條件下采用磁力攪拌的方式攪拌，直至正硅酸四乙酯完全水解，形成澄清溶液。隨后加入9份氧化鋅與9份氧化鎂，不斷攪拌使之完全溶解，添加24份鉻酸鎂，混合均勻后添加48份微納米鋁粉并分散均勻，涂料制備完成。采用空氣噴涂的方式將涂料噴涂到表面經(jīng)打磨處理的鋼板，于120°C的烘箱中烘干2h后升溫至200°C烘干17h制備涂層。
[0021]實(shí)例二配方涂料測(cè)試性能如下:
(1)在中性鹽霧實(shí)驗(yàn)中，涂層在歷經(jīng)960小時(shí)的中性鹽霧實(shí)驗(yàn)后表面開始出現(xiàn)銹點(diǎn)；
(2)在600°C高溫氧化試驗(yàn)條件下，高溫氧化100小時(shí)后，試樣氧化增重7.3515g/m2，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)氧化速度為0.08g/(m2.h)，小于0.1g/(m2.h)，依據(jù)GBT 13303-1991《鋼的抗氧化性能測(cè)定方法》，涂層在600°C條件下的高溫抗氧化性能為完全抗氧化性。
[0022]實(shí)例三
將1500份磷酸二氫鋁與1100份蒸餾水混合，形成均勻溶液后添加20份正硅酸四乙酯，在密封條件下采用磁力攪拌的方式攪拌，直至正硅酸四乙酯完全水解，形成澄清溶液。隨后加入10份氧化鋅與8份氧化鎂，不斷攪拌使之完全溶解，添加30份鉻酸鎂，混合均勻后添加50份微納米鋁粉并分散均勻，涂料制備完成。采用空氣噴涂的方式將涂料噴涂到表面經(jīng)打磨處理的鋼板，于120°C的烘箱中烘干2h后升溫至200°C烘干17h制備涂層。
[0023]實(shí)例三配方涂料測(cè)試性能如下:
(1)在中性鹽霧實(shí)驗(yàn)中，涂層在歷經(jīng)1104小時(shí)的中性鹽霧實(shí)驗(yàn)后表面開始出現(xiàn)較為明顯的銹點(diǎn)；
(2)在600°C高溫氧化試驗(yàn)條件下，高溫氧化100小時(shí)后，試樣氧化增重7.7301g/m2，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)氧化速度為0.05g/(m2.h)，小于0.1g/(m2.h)，依據(jù)GBT 13303-1991《鋼的抗氧化性能測(cè)定方法》，涂層在600°C條件下的高溫抗氧化性能為完全抗氧化性。
[0024]本發(fā)明具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料，其特征在于原料按重量份包括以下組份:磷酸鹽粘結(jié)劑1000-1200份，蒸餾水1000-1500份，固化劑16-20份，涂料助劑20-60份，鈍化劑24-40份，功能填料45-55份。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料，其特征在于:所述的磷酸鹽粘結(jié)劑為含量為30%的磷酸二氫鋁水溶液，純度為分析純。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料，其特征在于:所述的固化劑為氧化鋅和氧化鎂，其中氧化鋅的用量占固化劑總重量的40%—60%，氧化鎂的用量占固化劑總重量的40%—60%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料，其特征在于:所述的涂料助劑為正硅酸四乙酯。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料，其特征在于:所述的功能填料為亞微米球狀鋁粉，純度為99%，平均粒徑為800nm。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料，其特征在于:所述的鈍化劑為絡(luò)酸鎂。7.—種水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)將1000-1200份磷酸二氫鋁與1000-1500份蒸餾水混合均勻，形成澄清溶液； 2)將20-60份正硅酸四乙酯加入到溶液中，在密封條件下采用磁力攪拌的方式攪拌，直至形成澄清溶液； 3)將8-10份氧化鋅加入到溶液中，采用玻璃棒不斷攪拌直至完全溶解，然后加入8-10份氧化鎂，采用玻璃棒不斷攪拌，去除氣泡直至完全溶解，形成半透明溶液； 4)將24-40份鉻酸鎂加入到混合溶液中，不斷攪拌形成均勻混合溶液； 5)將45-55份微納米球型鋁粉加入到混合溶液中，并攪拌均勻。8.一種水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料的固化方法，其特征在于:涂料進(jìn)行表面涂覆后，采用烘箱于120°C烘干2h后升溫至200°C烘干17h。9.根據(jù)權(quán)利要求9所述的水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料的固化方法，其特征在于:所述的表面涂覆包括空氣嗔涂或刷涂。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料及其制備和固化方法。采用磷酸二氫鋁作為粘結(jié)劑，氧化鎂、氧化鋅作為固化劑，鋁粉作為填料，鉻酸鎂作為鈍化劑，正硅酸四乙酯作為助劑，制備出水性含鋁磷酸鹽腐蝕防護(hù)涂料。涂料在金屬基體上制備出金屬陶瓷涂層，涂層能夠耐受1000h的中性鹽霧試驗(yàn)并且保持穩(wěn)定。在600℃的高溫氧化環(huán)境中具有良好的抗高溫氧化性能。涂層能夠同時(shí)在常溫含鹽環(huán)境與高溫氧化環(huán)境中對(duì)金屬提供良好的防護(hù)。
【IPC分類】C09D5/10, C09D1/00
【公開號(hào)】CN105440744
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510807495
【發(fā)明人】李淑琴, 王云鵬, 張平則, 魏東博, 潘儒杰, 陳小虎, 魏祥飛
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)
【公開日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年11月20日