一種用于鋼鐵表面的陶瓷涂料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料學(xué)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種涂料，具體來說是一種用于鋼鐵表面的陶 瓷涂料及其制備方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003] 電站鍋爐的煙氣側(cè)腐蝕是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，通常發(fā)生在水冷壁、過熱器和再 熱器等熱力部件上，煙氣側(cè)的高溫腐蝕的主要原因是煤中的硫、堿金屬等雜質(zhì)，W及管壁溫 度升高和存在還原性氣氛等。隨著劣質(zhì)煤、混煤在電廠燃煤中份額增加，鍋爐受熱面積灰、 腐蝕和磨損日益嚴(yán)重，由此導(dǎo)致的機(jī)組運(yùn)行故障增多。涂層作為一種常見的保護(hù)材料，在電 站中得到了廣泛的應(yīng)用。在金屬表面制備陶瓷涂層，是提高金屬材料的耐高溫氧化、耐高溫 腐蝕、耐磨性能的有效方法。
[0004]目前耐高溫陶瓷涂層已成功地應(yīng)用于航空、國防、化工機(jī)械、電力、電子等工業(yè)領(lǐng) 域。隨著對材料性能要求的不斷提高和金屬表面陶瓷涂層研究的不斷深入，人們對涂層的 作用機(jī)理和使用過程中的失效機(jī)理的認(rèn)識越來越深刻，并不斷地改進(jìn)現(xiàn)有涂層的性能，發(fā) 現(xiàn)新涂層和新工藝。
[0005] 現(xiàn)階段金屬表面陶瓷涂層的主要制備方法有：熱噴涂法、化學(xué)氣相沉積法、物理氣 相沉積法、溶膠凝膠法、高溫自蔓延法等，所得陶瓷涂層雖然具有一定耐熱、耐磨、耐腐蝕性 能，但是和金屬基體的結(jié)合力低，不能滿足電廠鍋爐受熱面的防腐蝕要求。
[0006] 大容量、高參數(shù)的超(超）臨界發(fā)電機(jī)組已成為我國火力發(fā)電廠的主力機(jī)組，隨著 鍋爐蒸汽參數(shù)的提高和燃煤品質(zhì)的下降，鍋爐煙氣側(cè)發(fā)生了嚴(yán)重的高溫腐蝕現(xiàn)象。近年來， 新型抗高溫腐蝕涂層材料設(shè)計(jì)和制備引起了人們的廣泛關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于鋼鐵表面的陶瓷涂料及 其制備方法，所述的運(yùn)種用于鋼鐵表面的陶瓷涂料及其制備方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中的陶瓷 涂層和金屬基體的結(jié)合力低，不能滿足電廠鍋爐受熱面的防腐蝕要求的技術(shù)問題。
[0008] 本發(fā)明提供了一種用于鋼鐵表面的陶瓷涂料，由陶瓷骨料、碳化物耐磨增強(qiáng)相和 粘結(jié)劑組成，在所述的涂料中，所述的陶瓷骨料的質(zhì)量百分比為20-50%，所述的碳化物耐磨 增強(qiáng)相的質(zhì)量百分比為2-10%，所述的粘結(jié)劑的質(zhì)量百分比為20-40%，余量為水。
[0009] 進(jìn)一步的，所述的陶瓷骨料由二氧化娃、氧化侶、二氧化鐵和高嶺±組成，在所述 的陶瓷骨料中，二氧化娃的質(zhì)量百分比為10-30%、所述的氧化侶的質(zhì)量百分比為10-30%、 所述的二氧化鐵的質(zhì)量百分比為5-20%、所述的高嶺±的質(zhì)量百分比為20-40%。
[0010] 進(jìn)一步的，所述的碳化物耐磨增強(qiáng)相為碳化鶴、或者碳化娃的一種W上的組合。
[0011] 進(jìn)一步的，所述的粘結(jié)劑為娃酸鋼。
[0012] 進(jìn)一步的，還添加有增稠劑，所述的增稠劑為徑甲基纖維素鋼，在所述的涂料中， 所述的增稠劑的質(zhì)量百分比濃度為3-5%。
[0013] 進(jìn)一步的，還添加有助溶劑，所述的助溶劑為碳酸鋼，在所述的涂料中，所述的助 溶劑的質(zhì)量百分比濃度為3-5%。
[0014] 本發(fā)明還提供了上述的一種用于鋼鐵表面陶瓷涂層的制備方法，包括W下步驟： 1) 對金屬基體進(jìn)行打磨、清洗、去除基體表面的氧化物、油脂和灰塵； 2) 按照重量百分比稱取陶瓷骨料中的二氧化娃、氧化侶、二氧化鐵和高嶺±，將二氧 化娃、氧化侶、二氧化鐵和高嶺±進(jìn)行球磨，加入碳化物耐磨增強(qiáng)相和助溶劑混合均勻，然 后加入粘結(jié)劑和增稠劑，混合成料漿，陳化，將制得的料漿均勻的涂敷在金屬基體表面，陰 干； 3) 將陰干的涂層放入馬弗爐，W1-2°C/min的速度上升到100-150°C且保溫20-40min; 然后，又W3-5°C/min的速度升溫到400-600°C且保溫20-60min，即得到用于鋼鐵表面陶瓷 涂層。
[0015] 本發(fā)明的涂層的主要成分為Si〇2、Al2〇3等陶瓷骨料和碳化物耐磨增強(qiáng)相，其制備 方法是將陶瓷骨料、耐磨相、無機(jī)粘結(jié)劑、助溶劑和增稠劑調(diào)和形成涂層漿料，將涂層漿料 刷涂或噴涂在鋼鐵表面。通過加熱，使得涂層組成成分間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在耐熱鋼表面燒結(jié) 制備一種陶瓷涂層。該涂層既具有一定的強(qiáng)度和初性，又具有陶瓷材料的耐高溫、高溫抗氧 化、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，可用于火力發(fā)電廠耐熱鋼的高溫防腐蝕保護(hù)。
[0016] 本發(fā)明W二氧化娃、氧化侶、二氧化鐵、高嶺±粉末為原料，同時(shí)加有碳化物耐磨 相，原料易得、安全、成本低、安全環(huán)保。采用熱化學(xué)反應(yīng)法(低溫固相反應(yīng)法)在金屬表面制 得陶瓷涂層，制備方法易于操作。該涂層不僅界面結(jié)合性能好，表面也較為平整，對高溫烙 鹽腐蝕具有一定的抑制，在電站設(shè)備的保護(hù)性能，具有非常好的應(yīng)用前景。避免了熱噴涂、 化學(xué)氣相沉積法、物理氣相沉積法等工藝需要昂貴的設(shè)備，W及所造成的金屬基體與陶瓷 涂層間存在不潤濕、不粘附等缺點(diǎn)。
[0017] 本發(fā)明和已有技術(shù)相比，其技術(shù)進(jìn)步是顯著的。本發(fā)明由于金屬基材表面氧化物 與涂層內(nèi)陶瓷微粒經(jīng)熱化學(xué)反應(yīng)生成新的復(fù)合相，使涂層與基材結(jié)合牢固，而且涂層制備 工藝簡單、操作方便、具有較高的生產(chǎn)效率，既可用于大型電站鍋爐受熱面的保護(hù)，也可用 于電廠失效爐管的修復(fù)。
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【附圖說明】
[0019] 圖1是涂層1的表觀形貌。
[0020] 圖2是涂層2的表觀形貌。
[0021] 圖3是涂層1和涂層2的X射線衍射圖。
[0022] 圖4是覆有涂層1和涂層2的T91鋼在3wt%NaCl溶液中的極化曲線圖。
[0023]圖5是覆有涂層1和涂層2的T91鋼在3wt%NaCl溶液中的Nyquist圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面的實(shí)施例是對發(fā)明的進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0025]實(shí)施例1 本發(fā)明的熱化學(xué)反應(yīng)制備金屬基陶瓷涂層的方法的具體步驟如下： (1) 涂層料漿的制備： 往去離子水中加入徑甲基纖維鋼，具體比例2-3g/l，然后攬拌加熱成糊狀； 將陶瓷骨料按一定比例（質(zhì)量分?jǐn)?shù)：二氧化娃25%、氧化侶25%、二氧化鐵10%、高嶺± 40%)裝入球磨罐W50化/min球磨2-4h;然后按照重量百分比，將50%的陶瓷骨料和碳化 鶴2%、娃酸鋼30%、碳酸鋼4%混合均勻，將混合的粉末放入14%制備好的徑甲基纖維鋼水溶 液中，徑甲基纖維鋼質(zhì)量占涂料總質(zhì)量的3%，攬拌陳化24h后，得到混合料漿； (2) 將步驟（1)制備的料漿均勻地涂覆在預(yù)處理后的T91鋼基體上，陰干12h，將制得 的試樣放入馬福爐中，W1-2°C/min的速度上升到120°C且保溫30min;