一种水性含铝磷酸盐陶瓷防腐涂料及其制备和固化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及防腐涂料领域，尤其涉及一种以磷酸盐作为粘结剂，铝粉作为填料的水性含铝磷酸盐陶瓷防腐涂料及其制备和固化方法。
【背景技术】
[0002]随着金属材料越来越多的应用到工程装备中，应用在高温、高湿、高腐蚀的环境中的金属工件往往会发生严重的腐蚀，影响着整个工程装备的运转与使用。相比于常温环境，高温氧化环境会造成金属更为快速的氧化腐蚀，使金属工件的综合力学性能快速下降，因而对于应用于特殊领域的金属工件需要对其进行从常温环境腐蚀环境到高温氧化腐蚀环境中全面的腐蚀防护。
[0003]目前大多数防腐涂料是应用于常温环境下的腐蚀防护，难以在超过300°C以上的高温环境中为金属材料提供腐蚀防护。针对金属高温氧化防护的表面防护处理技术主要包括等离子表面冶金、气相沉积、磁控溅射、搪瓷等，处理工艺较为复杂，处理温度往往在1000°c以上，限制了其大规模工业化应用。目前能够全面地对金属工件进行腐蚀防护的涂料是含铝磷酸盐防腐涂料。涂料以磷酸盐为粘结剂，以铝粉为填料，可在常温含盐环境与高温氧化环境中对钢材提供良好腐蚀防护，但是含铝磷酸盐涂料缺少商业化的应用。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种水性含铝磷酸盐陶瓷防腐涂料及其制备和固化方法，利用该涂层能够对金属在常温含盐环境中与高温氧化环境中提供腐蚀防护。
[0005]本发明提供的涂层原料按重量份包括以下组份:磷酸盐粘结剂1000-1200份，蒸馏水1000-1500份，固化剂16-20份，涂料助剂20-60份，钝化剂24-40份，功能填料45-55份。
[0006]所述的磷酸盐粘结剂为含量为30%的磷酸二氢铝水溶液，纯度为分析纯。
[0007]所述的固化剂为氧化锌和氧化镁，其中氧化锌的用量占固化剂总重量的40%—60%，氧化镁的用量占固化剂总重量的40%—60%。
[0008]所述的涂料助剂为正硅酸四乙酯。
[0009]所述的功能填料为亚微米球状铝粉，纯度为99%，平均粒径为800nm。
[0010]所述的钝化剂为铬酸镁。
[0011]本发明还提供了一种水性含铝磷酸盐陶瓷防腐涂料的制备方法，包括以下步骤:
1)将1000-1200份磷酸二氢铝与1000-1500份蒸馏水混合均匀，形成澄清溶液；
2)将20-60份正硅酸四乙酯加入到溶液中，在密封条件下采用磁力搅拌的方式搅拌，直至形成澄清溶液；
3)将8-10份氧化锌加入到溶液中，采用玻璃棒不断搅拌直至完全溶解，然后加入8-10份氧化镁，采用玻璃棒不断搅拌，去除气泡直至完全溶解，形成半透明溶液；
4)将24-40份铬酸镁加入到混合溶液中，不断搅拌形成均匀混合溶液； 5)将45-55份微纳米球型铝粉加入到混合溶液中，并搅拌均匀。
[0012]本发明还提供了一种水性含铝磷酸盐陶瓷防腐涂料的固化方法，涂料进行空气喷涂或刷涂涂覆后，采用烘箱于120°C烘干2h后升温至200°C烘干17h。
[0013]本发明有益效果在于:提供了一种可同时在常温与高温环境中提供腐蚀及表面防护的无机涂料，由涂料制备出的涂层能够耐中性盐雾实验1000h以及在600°C的高温条件下为完全抗氧化性，能够对金属基体进行常温含盐环境腐蚀防护以及高温氧化腐蚀防护。
【附图说明】
[0014]图1为涂层结构及机理示意图。
【具体实施方式】
[0015]本发明提供的涂料采用了磷酸二氢铝作为粘结剂，氧化镁、氧化锌作为固化剂，铝粉作为填料，铬酸镁作为钝化剂，正硅酸四乙酯作为助剂制备而成。涂料防腐原理如图1所示，涂料喷涂到金属基体表面并固化后，在金属基体表面形成由磷酸盐陶瓷粘接铝粉形成的涂层，其中铝粉是涂料固化形成涂层后比重最大的组分，也是涂料实现常温下腐蚀防护与高温氧化环境中高温氧化防护的最重要的组分。金属铝在常温环境中保持稳定，同时也具有优异的抗高温氧化性能。
[0016]在常温下的腐蚀环境中，磷酸铝陶瓷粘接剂与铝粉均保持稳定，阻挡腐蚀介质与金属基体接触，当处在600°C左右的高温环境中时，涂层内部的铝粉颗粒会发生熔融、扩散，在涂层内部形成一层铝阻隔层，铝阻隔层表面在氧化环境中生成一层致密的氧化铝薄层，02一离子在其中极为困难，阻碍了氧化反应的进一步进行，为金属基体提供抗高温氧化防护。
[0017]下面通过具体实施例对本发明做进一步说明。
[0018]实例一
将1000份磷酸二氢铝与1200份蒸馏水混合，形成均匀溶液后添加60份正硅酸四乙酯，在密封条件下采用磁力搅拌的方式搅拌，直至正硅酸四乙酯完全水解，形成澄清溶液。随后加入8份氧化锌与10份氧化镁，不断搅拌使之完全溶解，添加28份铬酸镁，混合均匀后添加45份微纳米铝粉并分散均匀，涂料制备完成。采用空气喷涂的方式将涂料喷涂到表面经打磨处理的钢板，于120°C的烘箱中烘干2h后升温至200°C烘干17h制备涂层。
[0019]实例一配方涂料测试性能如下:
(1)在中性盐雾实验中，涂层在历经1008小时的中性盐雾实验后表面开始出现锈点
(2)在600°C高温氧化试验条件下，高温氧化100小时后，试样氧化增重8.0517g/m2，在实验结束时氧化速度为0.04g/(m2.h)，小于0.1g/(m2.h)，依据GBT 13303-1991《钢的抗氧化性能测定方法》，涂层在600°C条件下的高温抗氧化性能为完全抗氧化性。
[0020]实例二
将1300份磷酸二氢铝与1000份蒸馏水混合，形成均匀溶液后添加40份正硅酸四乙酯，在密封条件下采用磁力搅拌的方式搅拌，直至正硅酸四乙酯完全水解，形成澄清溶液。随后加入9份氧化锌与9份氧化镁，不断搅拌使之完全溶解，添加24份铬酸镁，混合均匀后添加48份微纳米铝粉并分散均匀，涂料制备完成。采用空气喷涂的方式将涂料喷涂到表面经打磨处理的钢板，于120°C的烘箱中烘干2h后升温至200°C烘干17h制备涂层。
[0021]实例二配方涂料测试性能如下:
(1)在中性盐雾实验中，涂层在历经960小时的中性盐雾实验后表面开始出现锈点；
(2)在600°C高温氧化试验条件下，高温氧化100小时后，试样氧化增重7.3515g/m2，在实验结束时氧化速度为0.08g/(m2.h)，小于0.1g/(m2.h)，依据GBT 13303-1991《钢的抗氧化性能测定方法》，涂层在600°C条件下的高温抗氧化性能为完全抗氧化性。
[0022]实例三
将1500份磷酸二氢铝与1100份蒸馏水混合，形成均匀溶液后添加20份正硅酸四乙酯，在密封条件下采用磁力搅拌的方式搅拌，直至正硅酸四乙酯完全水解，形成澄清溶液。随后加入10份氧化锌与8份氧化镁，不断搅拌使之完全溶解，添加30份铬酸镁，混合均匀后添加50份微纳米铝粉并分散均匀，涂料制备完成。采用空气喷涂的方式将涂料喷涂到表面经打磨处理的钢板，于120°C的烘箱中烘干2h后升温至200°C烘干17h制备涂层。
[0023]实例三配方涂料测试性能如下:
(1)在中性盐雾实验中，涂层在历经1104小时的中性盐雾实验后表面开始出现较为明显的锈点；
(2)在600°C高温氧化试验条件下，高温氧化100小时后，试样氧化增重7.7301g/m2，在实验结束时氧化速度为0.05g/(m2.h)，小于0.1g/(m2.h)，依据GBT 13303-1991《钢的抗氧化性能测定方法》，涂层在600°C条件下的高温抗氧化性能为完全抗氧化性。
[0024]本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种水性含铝磷酸盐陶瓷防腐涂料，其特征在于原料按重量份包括以下组份:磷酸盐粘结剂1000-1200份，蒸馏水1000-1500份，固化剂16-20份，涂料助剂20-60份，钝化剂24-40份，功能填料45-55份。2.根据权利要求1所述的水性含铝磷酸盐陶瓷防腐涂料，其特征在于:所述的磷酸盐粘结剂为含量为30%的磷酸二氢铝水溶液，纯度为分析纯。3.根据权利要求1所述的水性含铝磷酸盐陶瓷防腐涂料，其特征在于:所述的固化剂为氧化锌和氧化镁，其中氧化锌的用量占固化剂总重量的40%—60%，氧化镁的用量占固化剂总重量的40%—60%。4.根据权利要求1所述的水性含铝磷酸盐陶瓷防腐涂料，其特征在于:所述的涂料助剂为正硅酸四乙酯。5.根据权利要求1所述的水性含铝磷酸盐陶瓷防腐涂料，其特征在于:所述的功能填料为亚微米球状铝粉，纯度为99%，平均粒径为800nm。6.根据权利要求1所述的水性含铝磷酸盐陶瓷防腐涂料，其特征在于:所述的钝化剂为络酸镁。7.—种水性含铝磷酸盐陶瓷防腐涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤: 1)将1000-1200份磷酸二氢铝与1000-1500份蒸馏水混合均匀，形成澄清溶液； 2)将20-60份正硅酸四乙酯加入到溶液中，在密封条件下采用磁力搅拌的方式搅拌，直至形成澄清溶液； 3)将8-10份氧化锌加入到溶液中，采用玻璃棒不断搅拌直至完全溶解，然后加入8-10份氧化镁，采用玻璃棒不断搅拌，去除气泡直至完全溶解，形成半透明溶液； 4)将24-40份铬酸镁加入到混合溶液中，不断搅拌形成均匀混合溶液； 5)将45-55份微纳米球型铝粉加入到混合溶液中，并搅拌均匀。8.一种水性含铝磷酸盐陶瓷防腐涂料的固化方法，其特征在于:涂料进行表面涂覆后，采用烘箱于120°C烘干2h后升温至200°C烘干17h。9.根据权利要求9所述的水性含铝磷酸盐陶瓷防腐涂料的固化方法，其特征在于:所述的表面涂覆包括空气嗔涂或刷涂。
【专利摘要】本发明公开了一种水性含铝磷酸盐陶瓷防腐涂料及其制备和固化方法。采用磷酸二氢铝作为粘结剂，氧化镁、氧化锌作为固化剂，铝粉作为填料，铬酸镁作为钝化剂，正硅酸四乙酯作为助剂，制备出水性含铝磷酸盐腐蚀防护涂料。涂料在金属基体上制备出金属陶瓷涂层，涂层能够耐受1000h的中性盐雾试验并且保持稳定。在600℃的高温氧化环境中具有良好的抗高温氧化性能。涂层能够同时在常温含盐环境与高温氧化环境中对金属提供良好的防护。
【IPC分类】C09D5/10, C09D1/00
【公开号】CN105440744
【申请号】CN201510807495
【发明人】李淑琴, 王云鹏, 张平则, 魏东博, 潘儒杰, 陈小虎, 魏祥飞
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月20日