一种抗高温耐腐蚀高发射率陶瓷涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种抗高温耐腐蚀高发射率陶瓷涂料及其制备方法。

背景技术

各种工业炉窑和热力设备等在运行过程中，炉体及管道和热力设备受热面均处于高温环境中，且高温气体中含有的高温硫化物、氯化物及硫酸盐等会对炉体及管道和热力设备等造成严重腐蚀，为了减少对炉体及管道和热力设备的磨损、腐蚀，通过在受热面上涂覆耐高温、耐腐蚀的涂料作为保护层，可以大大减轻高温气流对受热面的磨损，降低高温腐蚀速率，延长炉体及管道和热力设备的使用寿命。

高发射率涂料是一类有着良好热辐射性能的涂料，其作为一种新型功能材料，具有增大热辐射、强化传热的作用。高发射率涂料可以直接喷涂或者涂刷在各种工业炉窑和热力设备等的受热面或炉体内壁，能够强化热源与受热面或受热体之间的辐射热交换，以达到提高炉窑和热力设备热利用率以及节约能源的目的，在工业锅炉及窑炉和热力设备中的应用上收到了很好的节能效果。

但是由于上述涂料使用在高温、高压、腐蚀性的恶劣环境中，由于涂层材料与基体材料的粘结强度较低，涂层材料的耐磨性和耐腐蚀性较差，使得在使用过程中容易引起涂层龟裂脱落或者腐蚀破坏，从而影响了使用效果和使用寿命。另一方面，受热面管道材料和耐火材料的物理和化学特性，尤其是换热效率直接影响石化、电力等行业各种工业炉运行的安全、节能、生产能力和环保性能，受热面沾污结渣会使表面发射率下降、导热热阻增大，造成炉热效率下降、负荷能力不足、炉膛温度水平过高、受热面局部超温、氮氧化物排放增加等一系列安全、节能、产能和环保等方面的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种抗高温耐腐蚀高发射率陶瓷涂料，兼有金属和陶瓷复合材料的综合优点，具有高耐腐蚀性、硬度高、耐磨损，高抗热震能力，以及高发射率、高热导率，能够与基材紧密结合形成致密的化学惰性保护，最高可承受高达3300度的高温，更适合于各种工业炉窑和热力设备受热面的恶劣环境，对各种工业炉窑和热力设备运行的安全、节能、生产能力和环保性能起到重要的保障作用。

本发明的另一目的在于提供一种抗高温耐腐蚀高发射率陶瓷涂料的制备方法，工艺简单、制备成本较低。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种抗高温耐腐蚀高发射率陶瓷涂料，由以下重量份的组分组成：

填料 5-12%；

稀土发射剂 20-38%；

陶瓷添加剂 1-3%；

金属氧化物 2-5%；

粘结剂 15-25%；

助剂 0.5-1.5%；

水 18-35%；

其中，所述填料包含煅烧高岭土、二氧化硅、无机黑色颜料；所述陶瓷添加剂为硅或硼的氮化物或硅的碳化物；所述粘结剂为苯丙乳液、硅溶胶中一种或两种；所述助剂包含分散剂、消泡剂。

作为优选的，所述抗高温耐腐蚀高发射率陶瓷涂料，由以下重量份的组分组成：填料5-10.5%、稀土发射剂20-33%、陶瓷添加剂1.5-3%、金属氧化物4-5%、粘结剂17-25%、助剂0.5-1%、水25-34%。

作为优选的，所述陶瓷添加剂包含碳化硅、氮化硅、氮化硼中的一种或两种以上的混合物。

作为优选的，所述金属氧化物包含氧化镍、氧化铝、氧化锆中的一种或两种以上的混合物。

作为优选的，所述稀土发射剂包含氧化铈、氧化钇、氧化镧中至少一种。

作为优选的，所述无机黑色颜料为铜铬黒、钴黑中的一种或两种。

作为优选的，所述粘结剂由25-26wt%苯丙乳液，以及74-75wt%硅溶胶组成。

作为优选的，所述助剂由50wt%分散剂、以及50wt%消泡剂组成。

作为优选的，所述填料和稀土发射剂的粒度均为200-400纳米。

一种抗高温耐腐蚀高发射率陶瓷涂料的制备方法，包括以下步骤：

1）按照重量份称取填料、稀土发射剂，并利用球磨机将填料和稀土发射剂研磨至粒度为200-400纳米，制得纳米混合物A；

2）将粘结剂与水混合，并在常温搅拌状态下加入助剂并搅拌均匀；

3）在常温搅拌状态下，继续依次加入纳米混合物A、陶瓷添加剂、金属氧化物，搅拌均匀。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的抗高温耐腐蚀高发射率陶瓷涂料兼有金属和陶瓷复合材料的综合优点：a）高传热能力：高发射率、高热导率，抗沾污结渣积灰；b）高耐腐蚀性：高化学稳定性，结构致密，耐高温腐蚀；c）高可靠性：硬度高、耐磨损，结合紧密、高抗热震能力。

2、本发明的抗高温耐腐蚀高发射率陶瓷涂料，能够与基材以机械、物理和高温固相反应化学键方式紧密结合，在炉体及管道和热力设备受热面形成保护层，大大提高了涂料与基材的结合牢固程度，不易开裂、脱落，可以大大减轻高温气流对受热面的磨损，降低高温腐蚀速率，延长炉体及管道的使用寿命。

3、本发明的抗高温耐腐蚀高发射率陶瓷涂料，不仅能够承受高腐蚀、耐酸碱，而且发射率及换热效率高，在基材与恶劣的使用环境间，形成致密的化学惰性保护，最高可承受高达3300度的高温，适合于各种工业锅窑和热力设备受热面的恶劣环境，对各种工业炉窑和热力设备运行的安全、节能、生产能力和环保性能起到重要的保障作用。

4、本发明的抗高温耐腐蚀高发射率陶瓷涂料的制备方法，工艺简单、制备成本较低。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明提供一种抗高温耐腐蚀高发射率陶瓷涂料，由以下重量份的组分组成：填料5-12%、稀土发射剂 20-38%、陶瓷添加剂 1-3%、金属氧化物 2-5%、粘结剂 15-25%、助剂0.5-1.5%、水 18-35%；

其中，所述填料包含煅烧高岭土、稀土氧化物二氧化硅、无机黑色颜料；所述陶瓷添加剂为硅或硼的氮化物或硅的碳化物；所述粘结剂为苯丙乳液、硅溶胶中一种或两种，可降低复合粘结剂体系的pH值，使粘结剂系统更加稳定可靠，成膜特性更优；所述助剂包含分散剂、消泡剂。

具体的实施方式中，所述抗高温耐腐蚀高发射率陶瓷涂料，由以下重量份的组分组成：填料5-10.5%、稀土发射剂20-33%、陶瓷添加剂1.5-3%、金属氧化物4-5%、粘结剂17-25%、助剂0.5-1%、水25-34%。

具体的实施方式中，所述陶瓷添加剂包含碳化硅、氮化硅、氮化硼中的一种或两种以上的混合物。

具体的实施方式中，所述金属氧化物包含氧化镍、氧化铝、氧化锆中的一种或两种以上的混合物。

具体的实施方式中，所述稀土氧化物发射剂包含氧化铈、氧化钇、氧化镧中至少一种，稀土发射剂具有钝化、惰性陶瓷材料的效果，提高了原有单一的钝化保护特性，使得陶瓷涂层具有高温还原性气氛下更好的耐高温抗氧化能力，更高的发射率和热稳定性，且不退化衰减，发射率提升至0.95，最高耐温提升至3300°C。

具体的实施方式中，所述无机黑色颜料为铜铬黒、钴黑中的一种或两种。

具体的实施方式中，所述粘结剂由25-26wt%苯丙乳液，以及74-75wt%硅溶胶组成。

具体的实施方式中，所述助剂由50wt%分散剂、以及50wt%消泡剂组成。

具体的实施方式中，所述填料和稀土发射剂的粒度均为200-400纳米，更细的粒度分布，充分发挥纳米材料优势，使得陶瓷涂层更薄，可靠性更好，与基材结合依靠化学键方式、不开裂。

本发明还提供一种抗高温耐腐蚀高发射率陶瓷涂料的制备方法，包括以下步骤：1）按照重量份称取填料、稀土发射剂，并利用球磨机将填料和稀土发射剂研磨至粒度为200-400纳米的纳米混合物A；2）将粘结剂与水混合，并在常温搅拌状态下加入助剂并搅拌均匀；3）在常温搅拌状态下，继续依次加入纳米混合物A、陶瓷添加剂、金属氧化物，搅拌均匀。

本发明的抗高温耐腐蚀高发射率陶瓷涂料与基材以机械、物理和高温固相反应化学键方式紧密结合，使基材的表面在恶劣的使用环境中能形成致密的化学惰性保护，具有良好的耐磨、耐高温、耐腐蚀、耐酸碱性能，最高可承受高达3300度的高温，更适合于各种锅炉受热面的恶劣环境，在炉体及管道受热面形成保护层，可以大大减轻高温气流对受热面的磨损，降低高温腐蚀速率，延长炉体及管道的使用寿命，并且其发射率及换热效率高，其兼有金属和陶瓷复合材料的综合优点，对各种锅炉运行的安全、节能、生产能力和环保性能起到重要的保障作用，并且制备方法工艺简单、制备成本较低。

以下结合具体实施例予以详细说明

实施例1。

称取3质量份的煅烧高岭土、1质量份的二氧化硅、1质量份的铜铬黑、20质量份的氧化铈、18质量份的氧化钇，利用球磨机将上述所称物料研磨至粒度为200-400纳米，制成纳米混合物A；称取4.25质量份的苯丙乳液、12.75质量份的硅溶胶和34.5质量份的水进行混合，在常温搅拌状态下加入0.25质量份的Hensic H-4200分散剂、0.25质量份的HensicH-210消泡剂搅拌均匀，继续搅拌并加入上述的纳米混合物A、0.5质量份的碳化硅、0.5质量份的氮化硅、2质量份的氧化镍、1质量份的氧化铝、1质量份的氧化锆搅拌均匀即可得到抗高温耐腐蚀高发射率陶瓷涂料。

实施例2。

称取8质量份的煅烧高岭土、2质量份的二氧化硅、1质量份的铜铬黑、1质量份的钴黑、12质量份的氧化铈、4质量份的氧化钇、4质量份的氧化镧，利用球磨机将上述所称物料研磨至粒度为200-400纳米，制成纳米混合物A；称取6.5质量份的苯丙乳液、18.5质量份的硅溶胶和35质量份的水进行混合，在常温搅拌状态下加入0.75质量份的Hensic H-4200分散剂、0.75质量份的Hensic H-210消泡剂搅拌均匀，继续搅拌并加入上述的纳米混合物A、0.5质量份的碳化硅、0.5质量份的氮化硅、0.5质量份的氮化硼、3质量份的氧化镍、2质量份的氧化铝搅拌均匀即可得到抗高温耐腐蚀高发射率陶瓷涂料。

实施例3。

称取7质量份的煅烧高岭土、1.5质量份的二氧化硅、1质量份的铜铬黑、1质量份的钴黑、20质量份的氧化铈、10质量份的氧化钇、8质量份的氧化镧，利用球磨机将上述所称物料研磨至粒度为200-400纳米，制成纳米混合物A；称取6.5质量份的苯丙乳液、18.5质量份的硅溶胶和18质量份的水进行混合，在常温搅拌状态下加入0.25质量份的Hensic H-4200分散剂、0.25质量份的Hensic H-210消泡剂搅拌均匀，继续搅拌并加入上述的纳米混合物A、1.5质量份的碳化硅、1质量份的氮化硅、0.5质量份的氮化硼、3质量份的氧化镍、2质量份的氧化铝搅拌均匀即可得到抗高温耐腐蚀高发射率陶瓷涂料。

实施例4。

称取8质量份的煅烧高岭土、2质量份的二氧化硅、2质量份的钴黑、18质量份的氧化铈、15质量份的氧化镧，利用球磨机将上述所称物料研磨至粒度为200-400纳米，制成纳米混合物A；称取3.8质量份的苯丙乳液、11.2质量份的苯丙乳液和34质量份的水进行混合，在常温搅拌状态下加入0.5质量份的Hensic H-4200分散剂、0.5质量份的Hensic H-210消泡剂搅拌均匀，继续搅拌并加入上述的纳米混合物A、3质量份的碳化硅、2质量份的氧化镍搅拌均匀即可得到抗高温耐腐蚀高发射率陶瓷涂料。

实施例1至实施例4所制得的抗高温耐腐蚀高发射率陶瓷涂料具有良好的耐磨、耐高温、耐腐蚀、耐酸碱性能，可承受高达3300度的高温，发射率不小于0.95。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围（包括权利要求）被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。