納米陶瓷基耐高溫耐磨蝕自潔復合涂層的制作方法
【專利摘要】一種納米陶瓷基耐高溫耐磨蝕自潔復合涂層，屬于表面工程中的噴涂領域，該發明主要應用于高效燃煤鍋爐、燃煤熱風爐、沸騰煅燒爐、石油化工、冶金行業余熱鍋爐及水冷高溫煙道、火力電力、石油化工、冶金行業、煤炭焦化脫硫、除塵裝置等的耐高溫腐蝕、磨損防護及高溫粉塵的粘結、燒結。本發明所述的納米陶瓷基耐溫腐蝕自潔復合涂層，所要解決的問題是克服傳統鍋爐表面防護材料不能現場燒結，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材料。其特征在于，所述的涂層質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合涂層
【技術領域】
[0001]屬于表面工程中的噴涂領域，該發明主要應用于高效燃煤鍋爐、燃煤熱風爐、沸騰煅燒爐、石油化工、冶金行業余熱鍋爐及水冷高溫煙道、火力電力、石油化工、冶金行業、煤炭焦化脫硫、除塵裝置等的耐高溫腐蝕、磨損防護及高溫粉塵的粘結、燒結。
[0002]
【背景技術】
[0003]工業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備過早失效；高溫煙氣中的粉塵粘結在換熱器表面，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行防護，少量的鍋爐采用噴涂鎳基涂層或其他金屬涂層的進行解決，雖有一定防腐耐磨的效果，但無法解決高溫粉塵的粘結和燒結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異的耐高溫磨蝕性能，但其施工難度及噴涂成本高無法應用于各種工業熱交換器的表面的高溫防護。市場上存在的富鋅無機涂層，一般只能耐溫400度以內，一般滿足大氣腐蝕，不能滿足工業鍋爐內嚴重的高溫磨蝕及抗高溫粉塵粘結。
[0005]陶瓷被公認為是一種穩定的耐高溫、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溫度高，不具備現場燒結可行性，結合力低，熱膨脹系數不匹配，涂層易剝落。
[0006]納米陶瓷基耐高溫腐蝕自潔復合涂層屬于噴涂工藝中的新興防護工藝，耐高溫屏蔽、犧牲保護型涂層，利 用陶瓷優異的高溫性能，屏蔽、隔絕了金屬界面與腐蝕介質的反應及高溫氣流中的粉塵對金屬表面的沖刷、沖蝕，同時有效避免由于金屬表面的腐蝕產物與高溫粉塵在高溫條件下發生礦化燒結反應，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合涂層在一定壽命周期內能有效保護熱交換器金屬表面免于腐蝕、磨損，延長設備使用壽命；減少熱交換器表面粘灰、掛渣，保持高的熱交換效率，從而達到節能減排的作用；且該陶瓷涂層的制備工藝簡單，成本較低，具有重要的工業應用價值。
[0007]本發明所述的納米陶瓷基耐高溫腐蝕自潔復合涂層，由于在關鍵成分中添加了低溫粘結劑，對陶瓷顆粒超細化并三級四級級配，實現400度以內的低溫燒結形成致密的涂層，工程施工簡便和易行。
[0008]本發明所要解決的問題是克服傳統鍋爐表面防護材料不能現場燒結，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材料。
[0009]
【發明內容】
[0010]本發明所提供的納米陶瓷基耐溫耐磨蝕自潔復合涂層，其特征在于，所述的涂層質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):涂層耐磨增強相；防粘陶瓷相 氮化鈦(Ti3N4):涂層耐磨增強相；防粘陶瓷相 氮化硅(Si3N4):涂層耐磨增強相；防粘陶瓷相 氧化鋁(A1203):涂層陶瓷相；固相燒結相 氧化硅(Si02):涂層陶瓷相；固相燒結相 氧化鉻(Cr203):涂層耐磨增強相；固相燒結相 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)結合強度高陶瓷涂層。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，最優為5 μ m至10 μ m ;
氮化硅(Si3N4):1%至20%，粒徑為:1μπι至20μπι，最優為5μπι至ΙΟμ--;
氮化鈦(Ti3N4): 1%至20%,粒徑為:I μ m至20 μ m，最優為5 μ m至10 μ m ;
涂層厚度為80 μ m至200 μ m,最優為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%
有機溶劑:汽油、或柴油、或二甲苯、或丙酮、或酒精，最優為汽油: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小時至72小時后，即可投入使用，在使用過程中隨爐 本發明所述涂層采取以下步驟實施:
1.將上述粉末(平均粒度為5微米)及低溫粘結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凈化處理的工件(鋼基)表面，噴涂厚度為0.08~0.1mm，再經200-400?，30-60π?η燒結，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凈化處理的工件(鋼基)表面，噴涂厚度為0.08~0.1mm,再經20(T400°C，3(T60min燒結，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凈化處理的工件(鋼基)表面，噴涂厚度為0.08、.1mm，再經20(T400°C，3(T60min燒結，得到最終涂層。
[0011]
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明專利提供的納米陶瓷基耐高溫耐磨蝕自潔復合涂層示意圖。
[0013]【具體實施方式】
[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200°C，30分鐘燒結，得到一次涂層，再將一次涂層表面刷涂特制納米溶膠，進行2(KTC，30分鐘燒結，得到最終涂層。將涂層進行24小時50%硫酸浸泡試驗，以及700°C、25°C水冷循環試驗，所得結果見表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250°C，40分鐘燒結，得到一次涂層，再將一次涂層表面刷涂特制納米溶膠，進行250°C，40分鐘燒結，得到最終涂層。將涂層進行24小時50%硫酸浸泡試驗，以及700°C、25°C水冷循環試驗，所得結果見表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300°C，50分鐘燒結，得到一次涂層，再將一次涂層表面刷涂特制納米溶膠，進行3(KTC，50分鐘燒結，得到最終涂層。將涂層進行24小時50`%硫酸浸泡試驗，以及700°C、25°C水冷循環試驗，所得結果見表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400°C，60分鐘燒結，得到一次涂層，再將一次涂層表面刷涂特制納米溶膠，進行4(KTC，60分鐘燒結，得到最終涂層。將涂層進行24小時50%硫酸浸泡試驗，以及700°C -25°C>20次水冷循環試驗，所得結果見表1。
[0018]表1
I硫酸浸泡(有無剝落、開裂)I水冷循環(有無剝落、開裂)
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2_ ^^_
3_ ^_
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【權利要求】
1.一種納米陶瓷基耐高溫耐磨蝕自潔復合涂層，屬于表面工程中的噴涂領域，其特征在于，所述的涂層質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 優先權日:2012年7月26日
【發明者】胡為峰, 黃齊文 申請人:北京賽億科技股份有限公司