一种陶瓷纳米耐磨涂料及其制备方法与流程

本发明属于耐火材料，具体涉及一种陶瓷纳米耐磨涂料及其制备方法。

背景技术：

1、焚烧类的回转式窑炉，要求炉衬材料具有耐高温、耐磨的特性。目前可采用在回转窑炉的炉衬上涂耐磨涂层的方式来解决炉衬材料不耐磨，使用寿命短的问题。耐磨涂层受磨损严重或脱落，可以重新涂覆耐磨涂层。但是如果涂覆耐磨涂层的频率较高，也会增加成本。

2、现有的耐磨涂层一般是镍基自熔合金粉末做底层材料，采用金属陶瓷粉末做面层材料。申请公布号为cn115572934a的发明专利公开了一种应用于垃圾焚烧发电锅炉受热面的防腐耐磨复合涂层，包括以下步骤：步骤一：钴基/镍基自熔合金作为打底层，陶瓷材料作为面层(at40、at13、nicr/cr3c2等耐冲蚀材料)；步骤二采用自动喷砂机对20g基体表面进行喷砂处理；步骤三：采用氧－乙炔火焰喷涂的方法将钴基/镍基自熔合金粉末制备在20g基材上，作为打底层；步骤四：对步骤二过程制备的打底层进行高频感应重熔处理；步骤五：管件经高频感应重熔处理冷却至室温后，在制备的打底层表面使用ipg－20w光纤激光器进行表面毛化，激光表面毛化的图案为凹槽；步骤六：采用超音速等离子喷枪在经脉冲激光毛化后的打底层上喷涂面层陶瓷材料(at40、at13、nicr/cr3c2等耐冲蚀材料可供选择)。此种方式将耐磨陶瓷与镍基底层分开处理，容易造成涂层局部脱落。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种陶瓷纳米耐磨涂料，以解决现有技术中耐磨涂层易脱落、易磨损的技术问题。

2、本发明的另一个目的是提供一种陶瓷纳米耐磨涂料的制备方法。

3、为了实现以上目的，本发明采取的技术方案为：

4、一种陶瓷纳米耐磨涂料，包括与耐火材料相结合的支撑结构以及填充结构，支撑结构为纳米云母片与聚碳硅烷组成的喷涂料经喷涂而成的表面有刺突的结构，填充结构由craln-tisin球状颗粒熔融在支撑结构形成，填充结构填充在支撑结构内形成稳定的交叉结构；有刺突的支撑结构与耐火材料相互结合形成交叉的结构。

5、进一步地，所述支撑结构的厚度为3～6mm。

6、进一步地，所述填充结构包括与支撑结构交叉的树枝状结构以及将树枝状结构连接起来的涂层结构，涂层结构覆盖在树枝状结构以及支撑结构外侧，填充结构的厚度为0.6～1mm。

7、进一步地，所述纳米云母片与聚碳硅烷的质量比为1:1～1:1.5。

8、陶瓷纳米耐磨涂料的制备方法，包括以下步骤：

9、s1：制备喷涂料：将纳米云母片与聚碳硅烷混合，加入表面活性剂和水，搅拌均匀得到粘稠状的混合物，用胶体磨混合均匀，得到均匀的纳米云母片与聚碳硅烷的混合物，之后在烘干，然后粉碎成粒径为10～50nm的纳米级颗粒，得到粉状的喷涂料；

10、s2：喷涂支撑结构：以耐火材料为基层，使用氧-乙炔火焰喷枪将喷涂料喷涂在基层上，链状的聚碳硅烷在高温条件下变成纤维状的碳化硅，穿插在纳米云母片中，形成致密的稳定的支撑结构，因碳化硅为纤维状，支撑结构边缘为微型的刺突状结构；

11、s3：填充结构：将cr粉和aln粉球磨得到craln颗粒，将ti粉和sin粉混合，球磨，得到tisin颗粒，将craln颗粒与tisin颗粒混合球磨，得到craln-tisin球状颗粒，取出craln-tisin球状颗粒置于搅拌容器中，加入硅酸钠和水，搅拌混合均匀，涂覆在支撑结构上，待干燥后使craln-tisin球状颗粒熔融，熔融状的craln-tisin填充于支撑结构的刺突状结构，形成表面光滑的均匀涂层。

12、进一步地，步骤s1中，所述纳米云母片与聚碳硅烷的质量比为1:1～1:1.5。

13、进一步地，步骤s1中，所述纳米云母片与所述表面活性剂的质量比为10:1～10:1.5，所述纳米云母片与水的质量比为10:1.5～10:3。

14、进一步地，步骤s3中，cr粉、aln粉、ti粉以及sin粉均为过400目筛的粉状颗粒。

15、进一步地，步骤s3中，所述cr粉与aln粉的质量比为2:1～2:2，ti粉与sin粉的质量比为2:1～2:2。

16、进一步地，步骤s3中，craln-tisin球状颗粒熔融的方法：使用乙炔火焰使温度达到2200℃以上，将craln-tisin球状颗粒熔融。

17、本发明的有益效果：

18、本发明的陶瓷纳米耐磨涂料，使用氧-乙炔火焰喷枪将喷涂料喷涂在耐火材料上，链状的聚碳硅烷在高温条件下变成纤维状的碳化硅，穿插在纳米云母片中，形成致密的稳定的支撑结构，因碳化硅为纤维状，支撑结构边缘为微型的刺突状结构。填充结构填充在支撑结构内形成稳定的交叉结构。有刺突的支撑结构与耐火材料相互结合形成交叉的结构，可以增强与耐火材料的连接强度，防止耐磨纳米涂层脱落。craln-tisin填充在支撑结构中，可以使整个耐磨纳米涂层外表面光滑，耐磨性能高。此外，支撑结构为火焰喷涂的结构，是一种微孔结构，ti、cr原子扩散，一部分扩散至支撑结构的微孔结构内，一部分扩散至表面发生氧化反应生成cr2o3和cr2ti7o17复合相，在晶界处堆积，并在遭到破坏时得到有效补充，且微孔结构中的ti、cr原子也会不断向外扩散对表面的ti、cr原子进行补充，提高耐磨纳米涂层的寿命，降低耐磨纳米涂层的摩擦系数。

技术特征：

1.一种陶瓷纳米耐磨涂料，其特征在于，包括与耐火材料相结合的支撑结构以及填充结构，支撑结构为纳米云母片与聚碳硅烷组成的喷涂料经喷涂而成的表面有刺突的结构，填充结构由craln-tisin球状颗粒熔融在支撑结构形成，填充结构填充在支撑结构内形成稳定的交叉结构；有刺突的支撑结构与耐火材料相互结合形成交叉的结构。

2.根据权利要求1所述的陶瓷纳米耐磨涂料，其特征在于，所述支撑结构的厚度为3～6mm。

3.根据权利要求1所述的陶瓷纳米耐磨涂料，其特征在于，所述填充结构包括与支撑结构交叉的树枝状结构以及将树枝状结构连接起来的涂层结构，涂层结构覆盖在树枝状结构以及支撑结构外侧，填充结构的厚度为0.6～1mm。

4.根据权利要求1所述的陶瓷纳米耐磨涂料，其特征在于，所述纳米云母片与聚碳硅烷纤维的质量比为1:1～1:1.5。

5.如权利要求1所述的陶瓷纳米耐磨涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的陶瓷纳米耐磨涂料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述纳米云母片与聚碳硅烷的质量比为1:1～1:1.5。

7.根据权利要求6所述的陶瓷纳米耐磨涂料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述纳米云母片与所述表面活性剂的质量比为10:1～10:1.5，所述纳米云母片与水的质量比为10:1.5～10:3。

8.根据权利要求5所述的陶瓷纳米耐磨涂料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，cr粉、aln粉、ti粉以及sin粉均为过400目筛的粉状颗粒。

9.根据权利要求5所述的陶瓷纳米耐磨涂料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述cr粉与aln粉的质量比为2:1～2:2，ti粉与sin粉的质量比为2:1～2:2。

10.根据权利要求5所述的陶瓷纳米耐磨涂料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，craln-tisin球状颗粒熔融的方法：使用乙炔火焰使温度达到2200℃以上，将craln-tisin球状颗粒熔融。

技术总结
本发明涉及一种陶瓷纳米耐磨涂料及其制备方法，陶瓷纳米耐磨涂料包括与耐火材料相结合的支撑结构以及填充结构，支撑结构为纳米云母片与聚碳硅烷组成的喷涂料经喷涂而成的表面有刺突的结构，填充结构由CrAlN‑TiSiN球状颗粒熔融在支撑结构形成，填充结构填充在支撑结构内形成稳定的交叉结构；有刺突的支撑结构与耐火材料相互结合形成交叉的结构。可以增强与耐火材料的连接强度，防止耐磨纳米涂层脱落，提高耐磨纳米涂层的寿命。

技术研发人员：楚科奇,王海军,杨建军,余朋辉,楚科超,麻文敬
受保护的技术使用者：郑州荣盛窑炉耐火材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31