专利名称：粉煤灰玻璃/陶瓷复合涂层及其制备方法
技术领域：
本属于涂层制备技术领域，涉及粉煤灰技术领域，具体地说，是指一种粉煤灰玻璃/陶瓷复合涂层及其制备方法。
背景技术：
在排放量较大的国家中，我国的粉煤灰利用率和利用量是最高的。前苏联主要为湿排粉煤灰，利用率为13%，主要用来制作墙体制品、水泥、混凝土和道路填方材料。而波兰在粉煤灰的利用方面，主要为建材产品。法国对粉煤灰的综合利用起步较早，尤其在水泥、混凝土方面的应用技术研究有较深的基础。我国一直非常重视粉煤灰的综合利用。在50年代就开始应用于砂浆掺和料、混凝土，铺设公路，生产砖等；60年代粉煤灰的资源化利用主要有墙体材料，密实砌块和粉煤灰烧结陶粒等；到80年代，粉煤灰的资源化利用得到了快速的发展。粉煤灰的排放量不断增大、利用率也在随之提高，尤其近几年来上海粉煤灰的利用率达到100%，全国之首。近些年人们已经逐渐开始研究粉煤灰高附加值的应用。由于高铝粉煤灰含有较多A1203、SiO2和TiO2，采用预脱硅-碱石灰电热法和烧结法等工艺生产硅铝钛合金，这与传统生产工艺相比具有节约能源与资源、减少环境污染、投资少、经济与社会效益显著等特点。粉煤灰资源化利用的方法还有很多，提取其中的有用物质Al203、Si02和Ti02、Fe、Ti及V等，进一步提高粉煤灰的利用率，最大程度上减少土地被灰渣堆存而占用，实现粉煤灰资源化再利用，相关研究越来越多。总体来说，从粉煤灰中提取出有用物质的方法，目前多数还处于实验阶段，如从粉煤灰中提Al2O3的方法与传统的生产铝相比成本高，故寻找一条经济可行的综合提取有用物·质的路线是粉煤灰综合利用值得研究的问题。加强粉煤灰基础研究，尤其在形成以及特性方面，可根据粉煤灰类型的不同，利用的手段也不同。此外还可以提取粉煤灰中的有用的元素。随着不断深入对粉煤灰性质和结构上的认识，粉煤灰的高附加值应用也会越来越广泛，但有些技术的成熟度还不够，须要继续进行深入研究。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种粉煤灰玻璃/陶瓷复合涂层及其制备方法，所述的复合涂层以粉煤灰为原料，并分别添加Al粉、SiO2-Al2O3-MgCK钠长石和Al-TiO2-B2O3放热体系等，形成不同配比的复合粉末，制备成粉煤灰玻璃/陶瓷复合涂层。所述的粉煤灰玻璃/陶瓷复合涂层通过如下方法制备得到:第一步，原料准备:选取涂层骨料粉煤灰，向粉煤灰中按照质量百分比为5%加入Al ;然后再加入Si02、Al203、Mg0和钠长石，使得涂层骨料中SiO2 = Al2O3:MgO:钠长石=67:22:5:5 ;再按照质量百分比为10%加入Al、B2O3和TiO2，其中Al、B2O3和TiO2的原子比为10:3:3。钠长石分子式为NaAlSi308。所述的粉煤灰为普通粉煤灰或者高铝粉煤灰。优选普通粉煤灰。
第二步，涂层骨料的预处理:将粉煤灰在800°C灼烧2h进行脱炭处理。将Si02、Al203、Mg0在900°C灼烧lh。灼烧后的涂层骨料进行球磨处理。第三步，基体预处理:选取Q235轧制钢板，砂纸打磨以去氧化皮使试样表面活化并粗化；在基体表面热喷涂N1-Al过渡层。第四步，配置料浆:将预处理的涂层骨料过200目筛，然后按照质量比1.4:1 1.6:1与粘结剂混合，配成料浆。第五步，涂刷涂层:将第四步中制备的料浆涂刷在预处理后的基体表面，涂层厚度不超过1mm。第六步，涂层热固化:将涂刷并阴干后的试 样加热至950°C 1000°C进行固化。热固化后涂层内有Na2B407、TiB2、NaB15和Al2O3等新相。耐酸、盐和石油介质腐蚀性相对基体分别提高27.4倍、4.00倍和1.88倍，耐磨粒磨损相对基体提高8.33 14.83倍。抗冲蚀磨损和腐蚀磨损相对基体分别提高2.56 3.86倍，2.15 2.44倍。(I)目前，制备陶瓷涂层的原料均采用化学试剂，而本论文采用工业废料粉煤灰为主要原料。粉煤灰作为一种大量堆积的工业废料，来源广泛、价格低廉，用其制备陶瓷涂层可以实现粉煤灰的高附加值利用，实现生产绿色化、资源化发展。不仅可以节约成本，还具有一定的经济效益和社会效益。用粉煤灰制备陶瓷涂层在国内并未见到报道。(2)玻璃涂层与陶瓷涂层均有较多研究，而玻璃/陶瓷复合涂层国内研究甚少。而本实验采用粉煤灰制备玻璃/陶瓷复合涂层。粉煤灰本身含有玻璃相和陶瓷相。陶瓷相主要为莫来石，莫来石的存在可以提高涂层的耐磨性，而玻璃相耐蚀性较好。本实验通过调整涂层配比，热固化时形成更多新相以改善涂层性能。(3)热化学反应法工艺简单、成本低廉，无需特殊设备，涂层与金属表面为化学结合且结合力强的优点。目前，有关热化学反应法制备玻璃/陶瓷涂层的报道比较少见，而用热化学反应法制备粉煤灰玻璃/陶瓷涂层技术在国内未见报道。(4)传统的陶瓷涂层的耐蚀性研究多进行静态浸泡腐蚀试验，本实验不仅在酸、盐及石油介质中进行了静态浸泡腐蚀，还采用MSH型腐蚀磨损试验机对陶瓷涂层在石油介质中的动态腐蚀磨损进行了研究，并对腐蚀与磨损的交互作用对陶瓷涂层性能的影响进行了分析。
图1是本发明的制备方法流程图；图2为本发明中热固化工艺曲线图；图3为涂层的截面形貌图；图4为涂层的XRD曲线；图5a和图5b分别为基体和涂层进行磨粒磨损的SEM形貌。
具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。本发明提供一种粉煤灰玻璃/陶瓷复合涂层及其制备方法，在Q235钢基体上制备玻璃/陶瓷复合涂层。所述的制备方法以粉煤灰为原料，并添加部分添加剂，采用热化学反应法在Q235钢基体表面上制备粉煤灰玻璃/陶瓷复合涂层，提高涂层与基体的结合强度、耐蚀性和耐磨性。所述制备方法包括如下步骤:第一步，原料准备:选取涂层骨料粉煤灰，向粉煤灰中按照质量百分比为5%加入Al ;然后再加入Si02、Al203、Mg0和钠长石，使得涂层骨料中SiO2IAl2O3:MgO:钠长石=67:22:5:5 (质量比)；再按照质量百分比为10%向其中加入Al-B2O3-TiO2放热体系，其中AUB2O3和TiO2W原子比为10:3:3。钠长石分子式为NaAlSi308。所述的粉煤灰为普通粉煤灰或者高铝粉煤灰。优选普通粉煤灰。上述骨料均为粉末状。粉煤灰是煤炭经高温燃烧后形成的一种混合材料。由于粉煤灰的化学组成主要为SiO2^Al2O3等氧化物，所以粉煤灰可以做为制备氧化物陶瓷涂层的原料，粉煤灰的物相组成主要为玻璃相和陶瓷相。本发明中采用普通粉煤灰和高铝粉煤灰(成分分别如表1、2所示)。表I普通粉煤灰化学成分(质量百分含量)
权利要求
1.一种粉煤灰玻璃/陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于包括如下步骤: 第一步，原料准备: 选取涂层骨料粉煤灰，向粉煤灰中按照质量百分比为5%加入Al ;然后再加入Si02、Al203、Mg0和钠长石，使得涂层骨料中Si02:Al203:Mg0:钠长石=67:22:5:5 ;再按照质量百分比为10%加入Al、B2O3和TiO2，其中AUB2O3和TiO2的原子比为10:3:3 ； 第二步，涂层骨料的预处理； 第三步，基体预处理: 第四步，配置料浆: 将预处理的涂层骨料过200目筛，然后按照质量比1.4:1 1.6:1与粘结剂混合，配成料浆； 第五步，涂刷涂层: 将第四步中制备的料浆涂刷在预处理后的基体表面，涂层厚度不超过Imm ； 第六步，涂层热固化: 将涂刷并阴干后的试样加热至950°C 1000°C进行固化。
2.根据权利要求1所述 的一种粉煤灰玻璃/陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于:所述的粉煤灰为普通粉煤灰或者高铝粉煤灰。
3.根据权利要求1所述的一种粉煤灰玻璃/陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于:所述的第二步中的预处理是指将粉煤灰在800°C灼烧2h进行脱炭处理；将Si02、Al203、Mg0在900°C灼烧Ih ;灼烧后的涂层骨料进行球磨处理。
4.根据权利要求1所述的一种粉煤灰玻璃/陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于:所述的第三步中所述的基体预处理是指选取Q235轧制钢板，砂纸打磨以去氧化皮使试样表面活化并粗化；在基体表面热喷涂N1-Al过渡层。
5.根据权利要求1所述的一种粉煤灰玻璃/陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于:所述的第四步中所述料浆中涂层骨料与粘接剂的质量比为1.5:1。
6.根据权利要求1所述的一种粉煤灰玻璃/陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于:所述的第六步中所述如固化具体为:120°C之前升温速度为1°C /min，之后升温速度为3 40C /min,，并且在60°C和120°C各保温Ih，升温到600°C保温30min，升温至950°C保温2h，然后炉冷至室温。
7.根据权利要求1所述的一种粉煤灰玻璃/陶瓷复合涂层的制备方法，其特征在于:所述的粘结剂为磷酸铝Al (H2PO4)3无机胶粘剂，此胶粘剂的制备过程是按照方程式Al (OH) 3+3H3P04 — Al (H2PO4) 3+3H20 来确定 Al (OH) 3 与 H3PO4 摩尔比为 1:3 ;制备步骤如下: (O向烧杯装入IOml蒸懼水，并将其置于磁力搅拌器上加热至40 50°C,此时加入Iml H3PO4并不断搅拌加热至60°C ； (2)将0.3665g Al (OH) 3加入上述烧杯，不断搅拌至溶液澄清透明，此时停止加热，取下烧杯，让其自然冷却； (3)向冷却后的上述溶液中加入0.5977g CrO3，不断搅拌至CrO3完全溶解；Cr03的加入量占Al (H2PO4) 3质量的40% ； (4)将配制好的粘结剂常温静置，备用。
8.一种粉煤灰玻璃/陶瓷复合涂层，其特征在于:热固化后涂层内有Na2B407、TiB2,NaB15 和 Al2O3 相。
9.根据权利要求8所述的一种粉煤灰玻璃/陶瓷复合涂层，其特征在于:涂层的耐酸、盐和石油介质腐蚀性相对基体分别提高27.4倍、4.00倍和1.88倍，耐磨粒磨损相对基体提高8.33 14.8 3倍；抗冲蚀磨损和腐蚀磨损相对基体分别提高2.56 3.86倍，2.15 2.44 倍。
全文摘要
本发明提供一种粉煤灰玻璃/陶瓷复合涂层及其制备方法，属于复合涂层技术领域。本发明以粉煤灰为原料，并添加Al粉、SiO2-Al2O3-MgO、钠长石和Al-TiO2-B2O3放热体系等，形成复合粉末，制备成玻璃/陶瓷复合涂层。热固化后涂层内有Na2B4O7、TiB2、NaB15和Al2O3等新相。耐酸、盐和石油介质腐蚀性相对基体分别提高27.4倍、4.00倍和1.88倍，耐磨粒磨损相对基体提高8.33～14.83倍。
文档编号C04B18/08GK103193455SQ20131007193
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月5日 优先权日2013年3月5日
发明者马壮, 董世知, 李智超 申请人:辽宁工程技术大学