专利名称：一种环保型耐超高温无机涂料及制备方法与应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属零部件的超高温防护技术，具体为一种环保型耐超高温无机涂料 及制备方法与应用。
背景技术：
高性能推进剂的使用使得固体火箭发动机燃气温度也相应提高，这就要求所用 材料必须具有高熔点、耐冲击等性能。当温度从常温以大于2000°C /s的速度瞬间升高到 3000°C以上时，产生极大的温度梯度和热应力，一般金属材料很难承受火箭推进剂燃烧爆 炸所产生的高能量烧蚀和燃烧物所产生的固体颗粒的强烈机械冲击作用，如果烧蚀严重， 将直接影响发动机的推力和效率，甚至失去工作能力。采用涂层技术对金属构件的超高温防护具有重要意义，常用的涂层有难熔金属及 合金、难熔陶瓷材料、难熔碳化物、难熔硼化物和C/C复合材料等，但这些涂层技术的缺点 是制备工艺复杂，对于大型、结构复杂的零部件施工困难。纯钨有很好的抗烧损和抗冲刷能力，其烧蚀率很低，但因抗热震性差，工作时易开 裂。钨渗铜涂层是一种研究和使用较多的涂层，但它的导热系数较大，从而可能引起基体金 属的过热烧损。金属陶瓷如HfC基材料，熔点高达3890°C，其烧损主要是由于材料脆，抗热 震性能差，经受不住强烈的热冲击而崩裂。硼化物/碳化物复相陶瓷材料的抗氧化性较差。 超高温陶瓷可以在高超声速的极端条件下工作，但是这种材料的主要问题是低的断裂韧性 和抗热震性。C/C复合材料的高温结构性能优异，但抗氧化性差，烧蚀严重，不能承受固体粒 子冲刷，这种材料很适合在液体燃料的场合使用，但不适合用于固体燃料的场合。无机涂料耐高温性能优越，可达1000°C以上，但存在易开裂等缺点。以水性富锌涂 料为代表的无机涂料具有较好的耐高温性能，但由于涂层中含有大量的低熔点锌粉，使用 温度不超过500°C。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环保型耐超高温无机涂料及制备方法与应用，解决在 超高温环境中服役的金属构件的防护问题，简化施工工艺，降低生产成本。本发明的技术方案是一种环保型耐超高温无机涂料，包括液态硅酸盐、三聚磷酸铝粉、钇稳定的氧化锆 粉(即Y203稳定的Zr02，简称YSZ粉)、金属钨粉、碳化钛粉和锌粉；按重量百分比计，液态 硅酸盐占20 60%，三聚磷酸铝粉占3 20%，YSZ粉占5 50%，金属钨粉占5 50%， 碳化钛粉占5 30%，锌粉占5 25% ;其中，液态硅酸盐为硅酸钾、硅酸钠或二者混合物 的水溶液，溶液中硅酸盐的重量百分含量为30 40% ;以蒸馏水为溶剂调节涂料的粘度， 蒸馏水与上述物质的重量比例为1 : (4 10)。本发明中，按重量百分比计，优选的涂料组成为液态硅酸盐占30 5z0%，三聚磷酸铝粉占5 10%，YSZ粉占10 30%，金属钨CN 102627875 AVrL ^2/5 X$jv f 10 ~ 3010 ~ 20%,Mv f 5 ~ 10%
2. 5 ~ 4. 0o
A^^,lOnm ~ 100 u m,Mv5 ~ 100 u m, ütjv10 ~ 200 u m0
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xsin^mmòMmkmmn%ftWù -mb,mm;MA^tR, MWK^±1: (4 ~ 10),^ 1500 ~ 2500rpm jgfê#5-30200 gff N ^BPi# $4°
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1
3.5500g ( t±@ü^ f 30wt % ),H^ M S$)r ( fè 10u m) 30g,YSZ $)r ( |è@ 20nm) 200g, BtfMt ( |è@ 10 u m) 150g,( |è@ 50 u m) 70g,10 ii m) 50go YSZü Effü iPà PA 120g ^ü)7jCin 500gfèfè;￡j 1mm^i500rpm 15 ^vltip iè 200 g ff Uf^14^150°Clh
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2
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3
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涂装了上述180 u m耐超高温防护涂层的碳钢经4倍超音速火焰测试5min后，涂 层完好，未出现剥落等破坏，碳钢得到了有效防护。实施例8称取模数为3.25的液态硅酸钾740g(硅酸钾占37wt %)、三聚磷酸铝粉(粒 径30 u m) IOOg, YSZ粉(粒径90nm) 800g、碳化钛粉(粒径30 u m) IOOg,钨粉(粒径 150 u m) 160g、锌粉(粒径30 u m) 100g。预混合三聚磷酸铝粉、YSZ粉、碳化钛、钨粉和锌粉， 边搅拌边加入液态硅酸钾中充分混合，加入200g蒸馏水和4500g粒径为0. 8mm的氧化锆 珠，在搅拌机中以2200rpm的转速搅拌20分钟后，经200目筛网过滤后获得涂料。采用喷涂 的方式将涂料喷涂到经过喷砂处理的高強度合金钢表面，表干IOmin后放入炉温为150°C 的电阻炉中保温lh。取出空冷后再制备第二层涂层，即获得耐超高温防护涂层。本实施例中，耐超高温防护涂层的性能參数如下涂装了上述240 U m耐超高温防护涂层的高強度合金钢经4倍超音速火焰测试 5min后，涂层完好，未出现剥落等破坏，高强合金钢得到了有效防护。实施例结果表明，通过该エ艺得到的耐超高温防护涂层技术具有优异的耐超高温 性能，易于控制，适合エ业化生产，具有无毒、无污染的特性，有利于环境保护。另外，以上所述，仅是本发明较佳可行的实施例而已，不能以此局限本发明之权利 范围，所述耐超高温防护涂料用于2000 3500°C的超高温环境中的碳钢、高强合金钢、不 锈钢制件，也可以用于高温合金等其它金属制件。因此，依本发明的技术方案和技术思路做 出其它各种相应的改变和变形，仍属本发明所涵盖的保护范围之内。
权利要求
1.一种环保型耐超高温无机涂料，其特征在于该涂料包括液态硅酸盐、三聚磷酸铝粉、钇稳定的氧化锆粉、金属钨粉、碳化钛粉和锌粉；按重量百分比计，液态硅酸盐占20 60 %，三聚磷酸铝粉占3 20 %，钇稳定的氧化锆粉占5 50 %，金属钨粉占5 50 %，碳化钛粉占5 30%，锌粉占5 25% ;其中，液态硅酸盐为硅酸钾、硅酸钠或二者混合物的水溶液，溶液中硅酸盐的重量百分含量为30 40% ;以蒸馏水为溶剂调节涂料的粘度，蒸馏水与上述物质的重量比例为I : (4 10)。
2.按照权利要求I所述的环保型耐超高温无机涂料，其特征在于按重量百分比计，优选的涂料组成为 液态硅酸盐占30 50 %，三聚磷酸铝粉占5 10 %，钇稳定的氧化锆粉占10 30 %，金属钨粉占10 30%，碳化钛粉占10 20%，锌粉占5 10%。
3.按照权利要求I所述的环保型耐超高温无机涂料，其特征在于硅酸盐的模数为2.5 4. O。
4.按照权利要求I所述的环保型耐超高温无机涂料，其特征在于本发明中，钇稳定的氧化锆粉粒径为IOnm 100 u m,三聚磷酸铝粉、碳化钛粉和锌粉的粒径为5 100 y m，钨粉的粒径为10 200 iim。
5.按照权利要求I所述的环保型耐超高温无机涂料的制备方法，其特征在于首先，按比例称取三聚磷酸铝粉、YSZ粉、金属钨粉、碳化钛粉和锌粉并充分混合；然后，边搅拌边将上述均匀混合后的混合物加入液态硅酸盐中，充分搅拌；再加入蒸馏水，蒸馏水与上述充分混合后的混合物重量比例为I : (4 10)，在搅拌机中以1500 2500rpm的转速搅拌5 30分钟后，经200目筛网过滤后即得到涂料。
6.按照权利要求5所述的环保型耐超高温无机涂料的制备方法，其特征在于在加入蒸馏水准备进行搅拌时，加入粒径为0. 5 I. 5mm的玛瑙珠、陶瓷珠或不锈钢珠进行研磨。
7.按照权利要求I所述的环保型耐超高温无机涂料的应用，其特征在于采用喷涂、刷涂或浸涂的方式在经过喷砂处理的零部件表面制备涂层，涂层在100 200°C的高温炉中固化0. 5 2h，一道涂层厚度为80 200 u m,根据需要进行一道或一道以上多道涂装。
8.按照权利要求7所述的环保型耐超高温无机涂料的应用，其特征在于环保型耐超高温无机涂料适用于使用温度为2000 3500°C的金属零部件的超高温防护。
全文摘要
本发明涉及金属材料的超高温防护涂层技术，具体为一种环保型耐超高温无机涂料及制备方法与应用。该涂料由甲组份液态硅酸盐和乙组份构成，乙组份包括三聚磷酸铝粉、钇稳定的氧化锆粉、金属钨粉、碳化钛粉和锌粉。将甲组份、乙组份和蒸馏水按比例放入搅拌机中搅拌，过滤后即得到涂料。采用喷涂、刷涂或浸涂的方式在经过喷砂处理的金属零部件表面制备涂层，涂层在高温炉中固化后，即获得耐超高温涂层。本发明解决现有超高温环境中使用的零部件的防护，该涂料具有耐超高温、无毒、无污染、环保等特性，适用于运行于超高温环境中金属构件的防护。
文档编号C09D5/38GK102627875SQ20121006968
公开日2012年8月8日 申请日期2012年3月16日 优先权日2012年3月16日
发明者吴航, 朱圣龙, 王成, 王文, 王福会, 王群昌 申请人:中国科学院金属研究所