专利名称：耐高温防腐蚀硅酸钾涂料、对应涂层的制备方法
技术领域：
本发明涉及科学，特别提供了一种主要用于钢铁材料的耐高温防腐蚀硅酸钾涂料、对应涂层的制备方法。
背景技术：
普通钢铁如碳钢和铸铁作为一类经济的材料广泛应用于国民经济建设各个领域， 但其低的耐腐蚀性及抗氧化性要求必须采取相应的防护措施。不锈钢有很好的耐常温腐蚀性能，但在温度较高时，其抗氧化性能较差，尤其是在盐雾环境中腐蚀更为严重。有机涂料作为金属材料的防护涂层具有悠久的应用历史，但有机涂料的一个缺点是含有有机溶剂， 对保护环境非常不利。另一方面，多数有机涂料的耐候性差，不宜作为室外涂层使用。在耐高温涂层方面，只有有机硅涂料等少数涂料可以满足这一要求，但同样存在有机物排放的问题。以水性富锌涂料为代表的无机涂料具有良好的耐高温性能，但存在涂层的微观多孔导致屏蔽性能较差、涂层过早失效、涂层较厚时有裂纹倾向、施工条件较为苛刻等缺点。虽然可以通过提高硅酸盐的模数来提高其耐腐蚀性能，但模数较高时容易凝胶，涂料不稳定。在高温防护方面，当温度波动较大时无机涂层较容易从基体材料剥落下来，造成这一问题的根本在于涂层较脆，当涂层热膨胀系数与基体金属差异较大时就会产生较大的热应力，当应力集中超过涂层的强度时就会使涂层开裂或剥落，解决的关键在于增大涂层与基体的相容性并使得涂层产生的应力及时得到释放。
发明内容
本的目的是提供一种技术效果更好的主要用于钢铁材料的耐高温防腐蚀硅酸钾涂料、对应涂层的制备方法。本发明耐高温防腐蚀硅酸钾涂料，其特征在于所述涂料由溶质和溶剂两大部分构成，其中溶质部分由组分甲和组分乙构成，其中组分甲为模数为3. 0 4. 0的液态硅酸钾，占涂料总重量百分比的30 80% ；组分乙由占涂料总重量百分比0. 5 15%的纳米Cr 粉、3 20%的三聚磷酸铝5 20%的Si粉和10 50%的三氧化二铝构成；溶剂为水，溶剂和溶质的重量比例关系为1:3 10。
本发明所述钢铁材料用耐高温防腐蚀硅酸钾涂料，还要求保护下数优选内容 所述涂料满足下述要求占总重量40 70%的液态硅酸钾、5 15%的三聚磷酸铝、3 10%的纳米Cr粉、8 15%的Si粉、20 40%的三氧化二铝。液态硅酸钾模数为3. 0 3. 8，纳米Cr粉粒径为10 lOOnm，三氧化二铝的粒径为 1 50 μ m，Si粉的粒径为10 50微米；三聚磷酸铝水溶液(10%)的pH值为5. 0 7. 5。所述涂料的制备方法为按比例称取组分乙中的纳米Cr粉、三聚磷酸铝、Zn粉和三氧化二铝，粉碎后放入球磨罐中以250 350rpm的转速球磨1 池，取出后制得组分乙；然后按比例称取硅酸钾和球磨后的组分乙，将组分乙边搅拌边加入到硅酸钾中并使二者充分混合后加入蒸馏水，蒸馏水与涂料的比例为1:3 10，在搅拌机中以2000 ^OOrpm的转速搅拌5 20分钟后经200目筛网过滤后即得到涂料。
本发明还要求保护耐高温防腐蚀硅酸钾涂层的制备方法，其特征在于 所述涂料由溶质和溶剂两大部分构成，其中溶质部分由组分甲和组分乙构成，其中组分甲为模数为3. 0 4. 0的液态硅酸钾，占涂料总重量百分比的30 80% ；组分乙由占涂料总重量百分比0. 5 15%的纳米Cr粉、3 20%的三聚磷酸铝5 20%的Si粉和10 50%的三氧化二铝构成；溶剂为水，溶剂和溶质的重量比例关系为1:3 10 ；
所述涂料的制备方法为按比例称取组分乙中的纳米Cr粉、三聚磷酸铝和三氧化二铝，粉碎后放入球磨罐中以250 350rpm的转速球磨1 2h，取出后制得组分乙；然后按比例称取硅酸钾和球磨后的组分乙，将组分乙边搅拌边加入到硅酸钾中并使二者充分混合后加入蒸馏水，蒸馏水与涂料的比例为1:3 10，在搅拌机中以2000 ^OOrpm的转速搅拌5 20分钟后经200目筛网过滤后即得到涂料。由涂料制备所述涂层的要求是采用喷涂或刷涂的方式将涂料喷涂或刷涂到经过喷砂处理的钢铁材料用零部件表面，表干5 IOmin后在炉温为200 260°C条件下保温 0. 5 4h ；取出空冷后即获得所述涂层。
所述涂层制备用的涂料优选还满足下述要求液态硅酸钾占总重量40 70%的、三聚磷酸铝5 15%、纳米Cr粉3 10%、Zn粉8 15%、三氧化二铝10 40% ；
液态硅酸钾模数为3. 0 3. 8，纳米Cr粉粒径为10 lOOnm，三氧化二铝的粒径为1 50 μ m, Zn粉的粒径为10 50微米；三聚磷酸铝水溶液(10%)的pH值为5. O 7. 5。
由涂料制备所述涂层的要求是采用喷涂或刷涂的方式将涂料喷涂或刷涂到经过喷砂处理的钢铁材料零部件表面，表干5 IOmin后在炉温为200 260°C条件下保温0. 5 4h ；取出空冷后即获得所述涂层。
制备所述涂层所使用的涂料配方中各成分的重量百分比含量要求为液态硅酸钾 30 80%、纳米Cr粉0. 5 15%、三聚磷酸铝3 20%、Zn粉5 20%和三氧化二铝10 50%。
本发明所述的主要用于钢铁材料用耐高温防腐蚀环保型纳米改性硅酸钾涂层，它同时具有耐高温、防腐蚀、耐水的特点，具有良好的抗热震性能，涂料无毒、无污染，有利于环保。本发明所涉及的用于钢铁材料耐高温、防腐蚀涂层，涂料不含有机溶剂，无毒、无污染。本发明中使用纳米Cr粉来提高涂层的抗氧化性能和耐腐蚀性能，纳米Cr粉的加入有效提高了涂层的抗氧化性能和热震性能，由于纳米粉体颗粒较小，在冷却过程中涂层的热应力得到了有效分散，避免出现较大的应力集中，从而提高了涂层的抗剥落的性能。三聚磷酸铝是一种良好的防锈颜料，与金属离子可形成复杂的化合物，对金属有钝化作用，可提高涂层的耐腐蚀性能。Si粉一方面促进了硅酸钾的固化，另一方面增强了涂层的耐腐蚀性能，三氧化二铝的加入提高了涂层的耐热性，同时还赋予了涂层良好的耐磨性能和硬度。加热固化提高了涂层的耐水性能。本发明所涉及的涂料应用于钢铁材料表面耐盐雾腐蚀达 1500h，在500°C时耐高温性能较碳钢材料提高5倍以上，涂装在不锈钢表面后耐95°C热盐水达2000h而涂层不破坏、基体不腐蚀，耐热震100次以上而不剥落或开裂。
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明 图1为图1涂层微观结构表面图2涂层微观结构截面图； 图3为碳钢/涂层盐雾腐蚀1500h宏观形貌； 图4为碳钢在500°C的氧化动力学曲线。
具体实施例方式实施例1
称取100 g粒径为50nm的纳米Cr粉、100 g三聚磷酸铝、650 g粒径为2 μ m的三氧化二铝，50g粒径为20微米的Si粉放入球磨罐中以300rpm的转速球磨组分二 lh。称取550g 模数为3. 0的硅酸钾，450g组分二，边搅拌边加入硅酸钾中使组分二粉体与硅酸钾充分混合，加入200g蒸馏水，在搅拌机中以2300rpm的转速搅拌5分钟后经200目筛网过滤后获得涂料。采用喷涂或刷涂的方式将涂料喷涂或刷涂到经过喷砂处理的碳钢、铸铁或不锈钢零部件表面，表干6min后放入炉温为210°C的电阻炉中保温1.证。取出空冷后即获得耐高温、防腐蚀涂层。实施例2
称取100 g粒径为IOOnm的Cr粉，30g三聚磷酸铝，140g粒径为50 μ m的三氧化二铝， 80g粒径为30微米的Si粉放入球磨罐中以350rpm的转速球磨组分二 1.池。称取520g模数为3. 5的硅酸钾，280g组分二，边搅拌边加入硅酸钾中使组分二粉体与硅酸钾充分混合， 加入IOOg蒸馏水，在搅拌机中以MOOrpm的转速搅拌15分钟后经200目筛网过滤后获得涂料。采用喷涂或刷涂的方式将涂料喷涂或刷涂到经过喷砂处理的碳钢、铸铁或不锈钢零部件表面，表干8min后放入炉温为200°C的电阻炉中保温0.证。取出空冷后即获得耐高温、 防腐蚀涂层。实施例3
称取粒径为192g粒径为30nm的Cr粉，18g三聚磷酸铝，688g粒径为45 μ m的三氧化二铝，200g粒径为30微米的Si粉放入球磨罐中以330rpm的转速球磨组分二 1.证。称取模数为3. 5的硅酸钾800g，1200g组分二，边搅拌边加入硅酸钾中使组分二粉体与硅酸钾充分混合，加入500g蒸馏水，在搅拌机中以M50rpm的转速搅拌10分钟后经200目筛网过滤后获得涂料。采用喷涂或刷涂的方式将涂料喷涂或刷涂或刷涂到经过喷砂处理的碳钢、铸铁或不锈钢零部件表面，表干IOmin后放入炉温为235°C的电阻炉中保温1.池。取出空冷后即获得耐高温、防腐蚀涂层。实施例4
称取粒径为IOnm的0粉沈4 g，三聚磷酸铝528 g，粒径为25 μ m三氧化二铝1268 g，SOOg粒径为50微米的Si粉放入球磨罐中以310rpm的转速球磨组分二池。称取模数为 3. 8的硅酸钾1400g，组分二 2788g，边搅拌边加入硅酸钾中使组分二粉体与硅酸钾充分混合，加入IOOOg蒸馏水，在搅拌机中以2550rpm的转速搅拌15分钟后经200目筛网过滤后获得涂料。采用喷涂或刷涂的方式将涂料喷涂或刷涂到经过喷砂处理的碳钢、铸铁或不锈钢零部件表面，表干IOmin后放入炉温为215°C的电阻炉中保温池。取出空冷后即获得耐高温、防腐蚀涂层。实施例5
称取275g粒径为15nm的Cr粉，825g三聚磷酸铝，2500g粒径为IOym三氧化二铝， 250g粒径为40微米的Si粉放入球磨罐中以300rpm的转速球磨组分二 1.证。称取1500g 模数为3. 1的硅酸钾，3500g组分二，边搅拌边加入硅酸钾中使组分二粉体与硅酸钾充分混合，加入550g蒸馏水，在搅拌机中以^OOrpm的转速搅拌10分钟后经200目筛网过滤后获得涂料。采用喷涂或刷涂的方式将涂料喷涂或刷涂到经过喷砂处理的碳钢、铸铁或不锈钢零部件表面，表干IOmin后放入炉温为230°C的电阻炉中保温0. ！。取出空冷后即获得耐高温、防腐蚀涂层。实施例6
称取385g粒径为63nm的Cr粉，1075g三聚磷酸铝，340g粒径为40 μ m的三氧化二铝， 450g粒径为20微米的Si粉放入球磨罐中以300rpm的转速球磨组分二池。称取3000g 模数为3. 4的硅酸钾，2000g组分二，边搅拌边加入硅酸钾中使组分二粉体与硅酸钾充分混合，加入IOOOg蒸馏水，在搅拌机中以2500rpm的转速搅拌12分钟后经200目筛网过滤后获得涂料。采用喷涂或刷涂的方式将涂料喷涂或刷涂到经过喷砂处理的碳钢、铸铁或不锈钢零部件表面，表干5min后放入炉温为250°C的电阻炉中保温0.证。取出空冷后即获得耐高温、防腐蚀涂层。实施例7
称取66g粒径为85nm的Cr粉，890g三聚磷酸铝，1414g粒径为20 μ m三氧化二铝，600g 粒径为10微米的Si粉放入球磨罐中以350rpm的转速球磨组分二 lh。称取3300g模数为 3. 2的硅酸钾，2700g组分二，边搅拌边加入硅酸钾中使组分二粉体与硅酸钾充分混合，加入1500g蒸馏水，在搅拌机中以2100rpm的转速搅拌8分钟后经200目筛网过滤后获得涂料。采用喷涂或刷涂的方式将涂料喷涂或刷涂到经过喷砂处理的碳钢、铸铁或不锈钢零部件表面，表干Smin后放入炉温为240°C的电阻炉中保温池。取出空冷后即获得耐高温、防腐蚀涂层。实施例8
称取990g粒径为35nm的Cr粉，162g三聚磷酸铝，588g粒径为10 μ m的三氧化二铝， 500g粒径为35微米的Si粉480g粒径为50微米的Si粉放入球磨罐中以330rpm的转速球磨组分二 1.他。称取3600g模数为3. 7的硅酸钾，2400g组分二，边搅拌边加入硅酸钾中使组分二粉体与硅酸钾充分混合，加入2000g蒸馏水，在搅拌机中以2000rpm的转速搅拌10 分钟后经200目筛网过滤后获得涂料。采用喷涂或刷涂的方式将涂料喷涂或刷涂到经过喷砂处理的碳钢、铸铁或不锈钢零部件表面，表干Smin后放入炉温为260°C的电阻炉中保温 4h。取出空冷后即获得耐高温、防腐蚀涂层。实施例9称取140g粒径为45nm的Cr粉，220g三聚磷酸铝，120g粒径为8 μ m的三氧化二铝， 500g粒径为30微米的Si粉放入球磨罐中以310rpm的转速球磨组分二 1. 6。称取3200g 模数为4. 0的硅酸钾，800g组分二，边搅拌边加入硅酸钾中使组分二粉体与硅酸钾充分混合，加入400g蒸馏水，在搅拌机中以2300rpm的转速搅拌12分钟后经200目筛网过滤后获得涂料。采用喷涂或刷涂的方式将涂料喷涂或刷涂到经过喷砂处理的碳钢、铸铁或不锈钢零部件表面，表干8min后放入炉温为的电阻炉中保温0.证。取出空冷后即获得耐高温、防腐蚀涂层。 实施例结果表明，通过该工艺得到的耐高温防腐蚀涂层技术具有良好的耐腐蚀和耐高温性能，易于控制，适合工业化生产，具有无毒、无污染的特性，有利于环境保护。
权利要求
1.耐高温防腐蚀硅酸钾涂料，其特征在于所述涂料由溶质和溶剂两大部分构成， 其中溶质部分由组分甲和组分乙构成，其中组分甲为模数为3. 0 4. 0的液态硅酸钾，占涂料总重量百分比的30 80% ；组分乙由占涂料总重量百分比0. 5 15%的纳米Cr粉、3 20%的三聚磷酸铝、5 20%的Si粉和10 50%的三氧化二铝构成；溶剂为水，溶剂和溶质的重量比例关系为1:3 10。
2.按照权利要求1所述耐高温防腐蚀硅酸钾涂料，其特征在于所述涂料满足下述要求占总重量30 80%的液态硅酸钾、3 20%的三聚磷酸铝、5 20%的Si粉、0. 5 15%的纳米Cr粉、10 50%的三氧化二铝；液态硅酸钾模数为3. 0 4. 0，纳米Cr粉的粒径为10 lOOnm，三氧化二铝的粒径为 1 50 μ m，Si粉的粒径为10 50微米；三聚磷酸铝水溶液(10%)的pH值为5. O 7. 5 ；所述涂料的制备方法为按比例称取组分乙中的纳米Cr粉、三聚磷酸铝、Zn粉和三氧化二铝，粉碎后放入球磨罐中以250 350rpm的转速球磨1 2h，取出后制得组分乙；然后按比例称取硅酸钾和球磨后的组分乙，将组分乙边搅拌边加入到硅酸钾中并使二者充分混合后加入蒸馏水，蒸馏水与涂料的比例为1:3 10，在搅拌机中以2000 ^OOrpm的转速搅拌5 20分钟后经200目筛网过滤后即得到涂料。
3.耐高温防腐蚀硅酸钾涂层的制备方法，其特征在于所述涂料由溶质和溶剂两大部分构成，其中溶质部分由组分甲和组分乙构成，其中组分甲为模数为3. O 4. O的液态硅酸钾，占涂料总重量百分比的30 80% ；组分乙由占涂料总重量百分比0. 5 15%的纳米Cr粉、3 20%的三聚磷酸铝、5 20%的Si粉和10 50%的三氧化二铝构成；溶剂为水，溶剂和溶质的重量比例关系为1:3 10 ；所述涂料的制备方法为按比例称取组分乙中的纳米Cr粉、三聚磷酸铝和三氧化二铝，粉碎后放入球磨罐中以250 350rpm的转速球磨1 2h，取出后制得组分乙；然后按比例称取硅酸钾和球磨后的组分乙，将组分乙边搅拌边加入到硅酸钾中并使二者充分混合后加入蒸馏水，蒸馏水与涂料的比例为1:3 10，在搅拌机中以2000 ^OOrpm的转速搅拌5 20分钟后经200目筛网过滤后即得到涂料；由涂料制备所述涂层的要求是采用喷涂或刷涂的方式将涂料喷涂或刷涂到经过喷砂处理的钢铁材料用零部件表面，表干5 IOmin后在炉温为200 260°C条件下保温0. 5 4h ；取出空冷后即获得所述涂层。
4.按照权利要求3所述耐高温防腐蚀硅酸钾涂层的制备方法，其特征在于所述涂层制备用的涂料满足下述要求液态硅酸钾占总重量30 80%的、三聚磷酸铝3 20%、纳米 Cr粉0. 5 15%、Zn粉5 20%、三氧化二铝10 50% ；液态硅酸钾模数为3. O 4. 0，纳米Cr粉粒径为10 lOOnm，三氧化二铝的粒径为1 50 μ m, Zn粉的粒径为10 50微米；三聚磷酸铝水溶液(10%)的pH值为5. O 7. 5。
5.按照权利要求4所述耐高温防腐蚀硅酸钾涂层的制备方法，其特征在于由涂料制备所述涂层的要求是采用喷涂或刷涂的方式将涂料喷涂或刷涂到经过喷砂处理的钢铁材料零部件表面，表干5 IOmin后在炉温为200 260°C条件下保温0. 5 4h ；取出空冷后即获得所述涂层。
6.按照权利要求3 5其中之一所述耐高温防腐蚀硅酸钾涂层的制备方法，其特征在于制备所述涂层所使用的涂料配方中各成分的重量百分比含量要求为液态硅酸钾30 80%、三聚磷酸铝3 20%、Zn粉5 20%和三氧化二铝5 50%。
全文摘要
耐高温防腐蚀硅酸钾涂料、对应涂层的制备方法。耐高温防腐蚀硅酸钾涂料由溶质和溶剂两大部分构成，其中溶质部分中组分甲为模数为3.0～4.0的液态硅酸钾，占涂料总重量百分比的30～80%；组分乙由占涂料总重量百分比1～15%的纳米Cr粉、3～20%的三聚磷酸铝、5～20%的Zn粉和10～50%的三氧化二铝构成；溶剂为水，溶剂和溶质的重量比例关系为1:3～10。使用前述涂料制备所述涂层的方法将涂料喷涂或刷涂到经过喷砂处理的钢铁材料零部件表面，表干5～10min在炉温为200～260℃条件下保温0.5～4h；取出空冷后即获得所述涂层。本发明所述涂层同时具有耐高温、防腐蚀、耐水的特点，具有良好的抗热震性能，涂料无毒、无污染，有利于环保。
文档编号C09D5/10GK102558924SQ20101058068
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月9日 优先权日2010年12月9日
发明者朱圣龙, 王成, 王福会 申请人:中国科学院金属研究所