一种用于焚烧炉的以凹凸棒粘土为基料的耐高温氯腐蚀涂层的制备方法
文献发布时间：2023-06-19 16:04:54
技术领域
本发明涉及高温防护涂层技术领域，具体涉及一种耐高温氯腐蚀的涂层材料及其制备方法。
背景技术
在垃圾焚烧炉的运行过程中，会发生较为严重的高温腐蚀和积灰结焦等问题，锅炉受热面金属表面发生高温氯腐蚀导致管壁厚度减薄，产生的腐蚀结焦层热阻很高，会严重影响垃圾焚烧锅炉的热效率，从而导致锅炉水冷壁和过热器的效能降低和严重的爆管停机问题。
在被防护基体上涂覆一层耐蚀性强的防护涂层是锅炉腐蚀防护领域普遍采用的方法，例如：一种等离子技术制备耐腐蚀涂层，但等离子防护涂层存在大量的孔洞和裂纹，腐蚀介质穿透孔洞裂纹而直接对基体进行腐蚀，耐高温氯腐蚀效果差。另一种应用于垃圾焚烧炉的防腐用镍基合金涂层，当热喷涂镍基合金材料时通过添加碳化钛或调整热喷涂材料成分可提高硬度，但热喷涂涂层致密度较差与基体结合强度低。
凹凸棒粘土是一种棒状纳米晶体结构的含水富镁铝硅酸盐无机类矿物材料，凹凸棒黏土可以有效防止涂层的沉淀、分层和缩孔的形成，从而提高涂层的耐高温氯腐蚀性能。
发明内容
为了实现垃圾焚烧炉受热面的耐高温氯腐蚀、耐氧化、抗热震性良好、化学稳定性好，本发明提供一种用于焚烧炉的凹凸棒粘土基料的耐高温氯腐蚀的涂层的制备方法。
一种用于焚烧炉的以凹凸棒粘土为基料的耐高温氯腐蚀涂层的制备操作步骤如下：
（1）对待喷涂的焚烧炉的金属表面预处理
所述预处理为喷砂处理和喷涂金属底层；
所述喷砂处理为通过喷砂使被处理件的待喷涂部位表面清洁度达到Sa3.0级以上；
所述喷涂金属底层为通过电弧喷涂镍铝丝（Ni95Al5）涂层，金属底层的厚度为150～200μm；
（2）制备耐高温氯腐蚀的热化学反应陶瓷涂层涂料
将粘结剂、骨料和分散剂充分搅拌均匀，得到耐高温氯腐蚀的热化学反应陶瓷涂层涂料；
所述骨料由凹凸棒粘土50～70份、氧化铝20～30份、二氧化钛10～20份和铬绿5～10份混合均匀制成；
所述粘结剂由磷酸75～90份、氢氧化铝6～10.5份、氧化镁3～6份、氧化锌6～9份和水37.5～52.5份混合均匀制成；
所述分散剂为聚丙烯酸1～5份；
（3）制备耐高温氯腐蚀的热化学反应陶瓷涂层
在所述金属底层上刷涂所述耐高温氯腐蚀的热化学反应陶瓷涂层涂料，每次刷涂的厚度为50～100μm，阴干；再次刷涂一遍，阴干；升温固化，以1～2℃/min升温速率加温固化，最终固化温度450℃～750℃，保温时间2～3小时，得到耐高温氯腐蚀热化学反应的陶瓷涂层；
所述耐高温氯腐蚀的热化学反应陶瓷涂层的厚度为150～200μm、结合强度27～33.3Mpa、耐高温腐蚀性能指数为0.147～0.238 mg/mm
进一步限定的技术方案如下：
步骤（3）中，在所述金属底层上喷涂所述耐高温氯腐蚀的热化学反应陶瓷涂层涂料，每次喷涂的厚度为50～100μm，阴干；再次喷涂一遍，阴干；升温固化，以1～2℃/min升温速率加温固化，最终固化温度450℃～750℃，保温时间2～3小时，得到耐高温氯腐蚀热化学反应的陶瓷涂层。
步骤（3）中，在所述金属底层上辊涂所述耐高温氯腐蚀的热化学反应陶瓷涂层涂料，每次辊涂的厚度为50～100μm，阴干；再次辊涂一遍，阴干；升温固化，以1～2℃/min升温速率加温固化，最终固化温度450℃～750℃，保温时间2～3小时，得到耐高温氯腐蚀热化学反应的陶瓷涂层。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果体现在以下方面：
1.本发明以添加凹凸棒粘土多组元陶瓷骨料和复合磷酸盐粘结剂，提高涂层的系统的混乱程度，降低系统的自由能，从而提高涂层的高温稳定性；凹凸棒粘土的晶体结构为针状或纤维状，表面具有大量的-OH键，在溶液中会分散成单体纤维或较小的纤维束，阻止涂层材料的沉淀、分层和缩孔提高涂层的致密度，从而显著提高热化学反应陶瓷涂料的耐高温氯腐蚀性能。
2.本发明的热化学反应法陶瓷涂层适用于常温涂覆条件涂装施工简单，耐高温腐蚀性好、与基体结合强度高、抗热震性好、不易积灰结焦等，该热化学反应法陶瓷涂层的耐高温腐蚀性能是火焰喷涂镍基合金涂层的3倍以上，可有效延长锅炉受热面材料的使用寿命。
附图说明
图1为实施例1制备的耐高温氯腐蚀热化学反应陶瓷涂层的显微形貌图。
图2为实施例2制备的耐高温氯腐蚀热化学反应陶瓷涂层的显微形貌图。
图3为实施例3制备的耐高温氯腐蚀热化学反应陶瓷涂层的显微形貌图。
图4为实施例4制备的耐高温氯腐蚀热化学反应陶瓷涂层的显微形貌图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种用于焚烧炉的以凹凸棒粘土为基料的耐高温氯腐蚀的涂层的制备操作步骤如下：
（1）对待喷涂的焚烧炉的金属表面预处理
对垃圾焚烧炉的待喷涂部位进行喷砂处理，直至喷砂表面清洁度达到Sa3.0级或以上；接着立即电弧喷涂镍铝丝（Ni95Al5）涂层做为金属底层，厚度为150μm。
（2）制备耐高温氯腐蚀的热化学反应陶瓷涂层涂料
将6g氢氧化铝、3g氧化镁、6g氧化锌和52.5g去离子水，依次缓慢加入75g浓度85%的磷酸溶液中，搅拌混合均匀，得到粘结剂。
将70g凹凸棒粘土、30g氧化铝、20g二氧化钛和10g铬绿充分混合均匀，得到骨料。
将上述粘结剂、骨料和5g分散剂聚丙烯酸充分搅拌均匀，得到耐高温氯腐蚀热化学反应的陶瓷涂层涂料。
（3）制备耐高温氯腐蚀热化学反应的陶瓷涂层
在垃圾焚烧炉的金属底层上进行刷涂耐高温氯腐蚀的热化学反应陶瓷涂层涂料，每次刷涂的厚度为50～100μm，阴干；再次刷涂一遍，阴干；升温固化，升温速率为2℃/min，保温温度为650℃，保温时间为2小时，得到耐高温氯腐蚀热化学反应的陶瓷涂层。
本实施例1的耐高温氯腐蚀热化学反应的陶瓷涂层显微表面见图1；通过GB/T8642-2002检测复合陶瓷涂层结合强度为33.3 Mpa；通过650℃下3mg/cm
实施例2
一种用于焚烧炉的以凹凸棒粘土为基料的耐高温氯腐蚀的涂层的制备操作步骤如下：
（1）对待喷涂的焚烧炉的金属表面预处理
对垃圾焚烧炉的待喷涂部位进行喷砂处理，直至喷砂表面清洁度达到Sa3.0级以上；接着立即电弧喷涂镍铝丝（Ni95Al5）涂层做为金属底层，厚度为175μm。
（2）制备耐高温氯腐蚀的热化学反应陶瓷涂层涂料
将7.5g氢氧化铝、3g氧化镁、6g氧化锌和52.5g去离子水，依次缓慢加入82.5g浓度85%的磷酸溶液中，搅拌混合均匀，得到粘结剂。
将65g凹凸棒粘土、27g氧化铝、18g二氧化钛和7g铬绿充分混合均匀，得到骨料。
将上述粘结剂、骨料和4g分散剂聚丙烯酸充分搅拌均匀，得到耐高温氯腐蚀热化学反应的陶瓷涂层涂料。
（3）制备耐高温氯腐蚀热化学反应的陶瓷涂层
在垃圾焚烧炉的金属底层上进行喷涂上述陶瓷涂层涂料，每次喷涂阴干，厚度为50～100μm，阴干后再次喷涂一遍；对阴干后的涂层进行升温固化，升温速率为2℃/min，保温温度为650℃，保温时间为2小时，得到耐高温氯腐蚀热化学反应的陶瓷涂层。
本实施例2的耐高温氯腐蚀热化学反应的陶瓷涂层显微表面见图2；通过GB/T8642-2002检测复合陶瓷涂层结合强度为30 Mpa；通过650℃下3mg/cm
实施例3
一种用于焚烧炉的以凹凸棒粘土为基料的耐高温氯腐蚀的涂层的制备操作步骤如下：
（1）对待喷涂的焚烧炉的金属表面预处理
对垃圾焚烧炉的待喷涂部位进行喷砂处理，直至喷砂表面清洁度达到Sa3.0级或以上；接着立即电弧喷涂镍铝丝（Ni95Al5）涂层做为金属底层，厚度为150μm。
（2）制备耐高温氯腐蚀的热化学反应陶瓷涂层涂料
将9g氢氧化铝、4.5g氧化镁、7.5g氧化锌和45g去离子水，依次缓慢加入90g浓度85%的磷酸溶液中，搅拌混合均匀，得到粘结剂。
将60g凹凸棒粘土、23g氧化铝、15g二氧化钛和6g铬绿充分混合均匀，得到骨料。
将上述粘结剂、骨料和2g分散剂聚丙烯酸充分搅拌均匀，得到耐高温氯腐蚀热化学反应的陶瓷涂层涂料。
（3）制备耐高温氯腐蚀热化学反应的陶瓷涂层
在垃圾焚烧炉的金属底层上进行喷涂耐高温氯腐蚀的热化学反应陶瓷涂层涂料，每次喷涂的厚度为50～100μm，阴干；再次喷涂一遍，阴干；升温固化，升温速率为2℃/min，保温温度为650℃，保温时间为2小时，得到耐高温氯腐蚀热化学反应的陶瓷涂层。
本实施例3的耐高温氯腐蚀热化学反应的陶瓷涂层显微表面见图3；通过GB/T8642-2002检测复合陶瓷涂层结合强度为27 Mpa；通过650℃下3mg/cm
实施例4
一种用于焚烧炉的以凹凸棒粘土为基料的耐高温氯腐蚀的涂层的制备操作步骤如下：
（1）对待喷涂的焚烧炉的金属表面预处理
对垃圾焚烧炉的待喷涂部位进行喷砂处理，直至喷砂表面清洁度达到Sa3.0级或以上；接着立即电弧喷涂镍铝丝（Ni95Al5）涂层做为金属底层，厚度为150μm。
（2）制备耐高温氯腐蚀的热化学反应陶瓷涂层涂料
将10.5g氢氧化铝、6g氧化镁、9g氧化锌和37.5g去离子水，依次缓慢加入90g浓度85%的磷酸溶液中，搅拌混合均匀，得到粘结剂。
将50g凹凸棒粘土、20g氧化铝、10g二氧化钛和5g铬绿充分混合均匀，得到骨料。
将上述粘结剂、骨料和1g分散剂聚丙烯酸充分搅拌均匀，得到耐高温氯腐蚀热化学反应的陶瓷涂层涂料。
（3）制备耐高温氯腐蚀热化学反应的陶瓷涂层
在垃圾焚烧炉的金属底层上进行辊涂耐高温氯腐蚀的热化学反应陶瓷涂层涂料，每次辊涂的厚度为50～100μm，阴干；再次辊涂一遍，阴干；升温固化，升温速率为2℃/min，保温温度为650℃，保温时间为2小时，得到耐高温氯腐蚀热化学反应的陶瓷涂层。
本实施例4的耐高温氯腐蚀热化学反应的陶瓷涂层显微表面见图4；通过GB/T8642-2002检测复合陶瓷涂层结合强度为32 Mpa；通过650℃下3mg/cm
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。