专利名称：一种用于发动机排气系统的耐高温涂料的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种耐高温涂料，属于化工涂料技术领域。
背景技术：
柴油或天然气发动机的排气系统要不断经受高温至800°C与低温至零下40°C间的温度变化，排气系统包括排气管，排气歧管等部件，一般为铸铁、不锈钢所制备。这些铁质部件暴露在不同的温度、环境下，尤其在海上或沿海地区，更容易受到来自盐雾的氯离子的攻击，很容易被氧化生锈，导致部件使用寿命的缩短。所以，发动机的排气系统需要进行表面防腐处 理。防腐处理最直接的方法是在发动机部件表面喷涂防腐涂料。然而，普通的防腐涂料以有机物为主要成分，无法承受300°C以上高温的烘烤。中国专利申请CN102140308公开了“ー种新型耐高温涂料”，其为以铝粉为主填料的有机硅耐高温涂料，这种涂料的主要成分为甲基或苯基有机硅树脂，在600°C温度以下表现良好，但在更高的温度下，有机硅树脂易发生裂解，金属铝易发生氧化反应，无法在600°C以上的高温下长时间使用。另有ー种耐热1000°C以上的无机高温涂料(现代技术陶瓷，2011，第39页)，含有稀土氧化物，但其热膨胀系数与发动机材料不匹配，无法承受冷热剧变，无法使用在发动机的防腐上。另外，该种涂料涂层厚，在冷热剧变过程中非常更容易开裂。一些以无机材料为主体的耐高温涂料，由于涂层不致密，有孔隙，无法防止腐蚀性气体或者液体滲透，仍无法使发动机排气系统彻底防腐。随着节能减排要求的不断提高，柴油等发动机的工作温度越来越高，必须有相适应的相关高温涂料得到开发。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种耐热温度更高，并且耐温变、耐腐蚀和环保的用于发动机排气系统的耐高温涂料。为达到上述目的，本发明采用的技术方案为:一种用于发动机排气系统的耐高温涂料，其特征在于，由下述原料经至少一歩混合而成，所述原料，按重量份比例计，包括10-80份的基料，10-80份的陶瓷材料，和5-30份的低温玻璃粉；所述基料包括10-50份的硅溶胶和0-30份的铝溶胶；所述陶瓷材料包括石英砂，氧化铝，碳化硅，滑石粉，高岭土粉，莫来石粉，和云母粉中的至少ー种。优选的，按重量份比例计，所述陶瓷材料包括石英砂0-40份，氧化铝0-30份，碳化硅0-30份，滑石粉0-25份，高岭土粉0-20份，莫来石粉0-20份，云母粉0_20份。优选的，按重量份比例计，所述原料还包括5-50份的硅烷偶联剂，所述硅烷偶联
剂为四甲氧基硅烷，四こ氧基硅烷，甲基三甲氧基硅烷，甲基三こ氧基硅烷，ニ甲基ニ甲氧基硅烷，ニ甲基ニこ氧基硅烷，こ基三甲氧基硅烷，こ基三こ氧基硅烷，和Y —(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的至少ー种。优选的，按重量份比例计，所述原料还包括0-50份的抗腐蚀金属粉，所述抗腐蚀金属粉为金属Al粉，Ti粉，Ni粉，Cr粉，Zn粉和不锈钢粉中的至少ー种。优选的，按重量份比例计，所述硅烷偶联剂包括甲基三甲氧基硅烷或甲基三こ氧基硅烷或甲基三甲氧基硅烷和甲基三こ氧基硅烷的混合物5-50份，四甲氧基硅烷或四こ氧基娃烧0-30份，Y — (2, 3-环氧丙氧)丙基ニ甲氧基娃烧0-10份。优选的，按重量份比例计,所述抗腐蚀金属粉包括金属Al粉0-20份，Ti粉0-20份，Ni粉0-20份，Cr粉0-20份，Zn粉0_50份，不锈钢粉0_20份。优选的，所述低温玻璃粉为Tg在400°C以下的硼酸盐玻璃粉，磷酸盐玻璃粉或硅酸盐玻璃粉。优选的，所述涂料的溶剂包含水，还包含甲醇、こ醇、和异丙醇中的至少ー种。优选的，所述涂料的pH值在3-9。优选的，所述涂料的固含量在30%_80%。优选的，所述原料还包括0-30份的耐高温顔料，所述耐高温顔料包括铜铬黑，铁锰黑和钛白粉中的至少ー种。本发明解决了背景技术中存在的缺陷，具有如下有益效果:1.本发明耐高温涂料的原料中，以硅溶胶或硅溶胶与铝溶胶的混合作为基料，相比于有机硅涂料，耐高温性更好；使用以金属氧化物为主要成分的陶瓷材料，则能避免高温氧化，提高热稳定性和抗腐蚀性，有利于保持所形成涂层的良好外观；使用天然矿物作为所述陶瓷材料，可降低成本。使用低温玻璃粉，其化学性质稳定，不仅有利于提高涂料整体的耐酸性，高温时熔化还有利于增强基料中SiO2间的粘合力，使形成的涂层致密，能经受更高的温度。所述涂料的各种原 料以合适的比例配比，协同作用使得本发明涂料结构致密，可在600°C以上的高温中较长时间的使用，甚至能够经受800°C以上高温长时间的烘烤，具有耐盐雾，耐酸等防腐性，同时具有较高的硬度和耐磨性以经受设备安装过程中的机械冲击和运营中的震动，尤其高温耐磨性特别好，且其热膨胀系数与发动机材料匹配，耐温变性好，可以承受800°C的高温与室温间反复的冷热剧变，尤其适合用于发动机的防腐。2.本发明耐闻温涂料的原料中，还可包括娃烧偶联剂，利用娃烧偶联剂的水解广物作为粘结剂，提高陶瓷材料与基料间的粘附力，增强涂料稳定性，同时还具有润湿作用。相比于常用的水玻璃，使涂料所形成的涂层耐水性更好，且能避免与施工部件材料反应，提高涂层的致密性和表面完整性，增强防腐蚀性能。3.陶瓷材料中可添加有滑石粉，改变涂料的线膨胀系数，进ー步提高涂料的耐温变性能和高温下的防裂性能。同时，有利于减缓涂料贮存时的沉降。控制滑石粉用量适中，可提高涂料耐水性、耐磨性，同时保持涂层光泽和平滑。陶瓷材料中还可添加有云母粉，显著提高涂料所形成涂层的強度和抗粉化性，热稳定性高，利于提高高温下的抗龟裂性。4.本发明耐高温涂料的原料中，还可以包括抗腐蚀金属粉，其有利于提高附着力和防腐蚀耐高温性能，Al、T1、N1、Cr、Zn和不锈钢的熔点不同,可使涂料在不同温度下形成熔融涂层，满足涂料850°C以上的耐高温、耐腐蚀需要。5.本发明耐高温涂料，其原料中的低温玻璃粉选用硼酸盐，磷酸盐或硅酸盐等低温玻璃，例如氧化铋硅酸盐，不含Pb，Cd,和六价Cr，在保证涂料耐高温、耐腐蚀性能的同时又不会引入相关有毒离子，有利于环保。涂料的溶剂可以仅为水，也可以水为主，相对于以有机溶剂为主的体系也更加有利于健康和环保。
具体实施例方式现在结合实施例对本发明作进ー步详细的说明。一种用于发动机排气系统的耐高温涂料，由下述原料经至少一歩混合而成。所述原料，按重量份比例计，包括10-80份的基料，10-80份的陶瓷材料，和5-30份的低温玻璃粉；所述基料包括10-50份的硅溶胶和0-30份的铝溶胶；所述陶瓷材料包括石英砂，氧化铝，碳化硅，滑石粉，高岭土粉，莫来石粉，和云母粉中的至少ー种。本发明耐高温涂料的原料中，以硅溶胶或硅溶胶与铝溶胶的混合作为基料，相比于有机硅涂料，耐高温性更好；使用以金属氧化物为主要成分的陶瓷材料，则能避免高温氧化，提高热稳定性和抗腐蚀性，有利于保持所形成涂层的良好外观；使用天然矿物作为所述陶瓷材料，可降低成本。使用低温玻璃粉，其化学性质稳定，不仅有利于提高涂料整体的耐酸性，高温时熔化还有利于增强基料中SiO2间的粘合力，使形成的涂层致密，能经受更高的温度。优选的，所述硅溶胶的浓度为25-35%，铝溶胶的浓度为15-25%。进ー步的，所述硅溶胶和铝溶胶中的溶剂分别为水。优选的，按重量份比例计，所述陶瓷材料包括石英砂0-40份，氧化铝0-30份，碳化硅0-30份，滑石粉0-25份，高岭土粉0-20份，莫来石粉0-20份，云母粉0-20份。所述涂料的各种原料以合适的比例配比，协同作用使得本发明涂料可在600°C以上的高温中较长时间的使用，同时具有较高的硬度和耐磨性，尤其高温耐磨性特别好，且其热膨胀系数与发动机材料匹配，耐温变性好，尤其适合用于发动机的防腐。优选的，陶瓷材料中添加有滑石粉，可改变涂料的线膨胀系数，进ー步提高涂料的耐温变性能和高温下的防裂性能。同时，有利于减缓涂料贮存时的沉降。控制滑石粉用量适中，可提高涂料耐水性、耐磨性，同时保持涂层光泽和平滑。优选的，陶瓷材料中还可添加有云母粉，显著提高涂料所形成涂层的強度和抗粉化性，热稳定性高，利于提高高温下的抗龟裂性。优选的，所述低温玻璃粉 选用Tg在400°C以下的硼酸盐，磷酸盐或硅酸盐，不含Pb, Cd,与六价Cr。在保证涂料耐高温、耐腐蚀性能的同时又不会引入相关有毒离子，有利于环保。具体地，如:低温玻璃粉的Tg在400°C以下的氧化铋硅酸盐玻璃。优选的，涂料的溶剂可以仅为水，也可以水为主，包含水以及有机溶剂甲醇、こ醇、和异丙醇中的至少ー种，相对于以有机溶剂为主的体系也更加有利于健康和环保。溶剂中的水来源于硅溶胶或铝溶胶，也可以单独加入。优选的，本发明耐高温涂料的pH值在3-9，利于成膜，同时避免对金属腐蚀。优选的，本发明耐高温涂料的固含量在30%_80%。优选的，按重量份比例计，所述原料还包括5-50份的硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂为四甲氧基硅烷，四こ氧基硅烷，甲基三甲氧基硅烷，甲基三こ氧基硅烷，ニ甲基ニ甲氧基硅烷，ニ甲基ニこ氧基硅烷，こ基三甲氧基硅烷，こ基三こ氧基硅烷，和Y —(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的至少ー种。进ー步的，所述硅烷偶联剂包括甲基三甲氧基硅烷或甲基三こ氧基硅烷或甲基三甲氧基硅烷和甲基三こ氧基硅烷的混合物5-50份，四甲氧基娃烧或四こ氧基娃烧0-30份，Y — (2, 3-环氧丙氧)丙基ニ甲氧基娃烧0-10份。利用上述硅烷偶联剂的水解产物作为本发明涂料的粘结剂，提高陶瓷材料与基料间的粘附力，增强涂料稳定性，同时还具有润湿作用。相比于常用的水玻璃，使涂料所形成的涂层耐水性更好，且能避免与施工部件材料反应，提高涂层的致密性和表面完整性，增强防腐蚀性能。优选的，按重量份比例计，所述原料还包括0-50份的抗腐蚀金属粉，所述抗腐蚀金属粉为金属Al粉，Ti粉，Ni粉，Cr粉，Zn粉和不锈钢粉中的至少ー种。进ー步的，所述抗腐蚀金属粉包括金属Al粉0-20份，Ti粉0-20份，Ni粉0份20%，Cr粉0_20份，Zn粉0-50份，不锈钢粉0-20份。其有利于提高附着力和防腐蚀耐高温性能，使涂料的导热性得到改善，结构更加致密。A1、T1、N1、Cr, Zn和不锈钢的熔点不同,可使涂料在不同温度下形成熔融涂层，满足涂料850°C以上的耐高温、耐腐蚀需要。优选的，按重量份比例计，所述原料还包括0-30份的耐高温顔料。进ー步的，所述耐高温顔料包括钛白粉0-10份，铜铬黑粉0-30份，铁锰黑粉0-30份。优选的，按重量份比例计，所述原料还包括气相白炭黑0-10份，既有优异的热稳定性，又在涂料中起到补强、增稠、触变、绝缘、消光和防沉作用。优选的，所述涂料原料中陶瓷材料和抗腐蚀金属粉的平均颗粒大小在100目以下，使涂料的细度较高，增强表面活性。优选的，本发明耐高温涂料·的原料，按重量份比例计，包括30-40份硅溶胶，10-15份低温玻璃粉，0-10份碳化硅粉，10-20份石英砂，氧化铝0-10份，5-10份云母粉，5-10份四甲氧基硅烷，15-20份甲基三甲氧基硅烷，0-5份Y —(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，0-5份气相白炭黒。具体地，所述硅溶胶为酸性硅溶胶，浓度30%。下面介绍上述耐高温涂料的制备方法。方案1:将本发明涂料的各种原料混合搅拌，在室温至150°C的温度之间进行反应，得到本发明的耐高温涂料。方案2:(1)基料与硅烷偶联剂发生水解反应，形成高分子网络结构。反应体系PH3-9，水解反应所需要的水来自硅溶胶或铝溶胶，也可以单独加入。可使用有机溶剂作为助剂，例如甲醇，こ醇，异丙醇，丁醇和丙ニ醇甲醚中的ー种或几种，辅助硅烷偶联剂的水解反应。即溶剂为水或水与有机溶剂的混合，溶剂的用量为该水解体系反应前总重量的10%-50% ;还可使用醋酸，硫酸，盐酸或硝酸作为水解反应的催化剂，催化剂用量为水解体系反应前总重量的0.1%-5%。水解反应的温度控制在0-100°C之间，反应时间为l_24h，具体随着反应温度的高低进行调整。(2)在步骤(I)的水解后体系中加入平均颗粒大小在40 Pm以下的陶瓷粉体材料，低温玻璃粉，作为填料。优选的，加入抗腐蚀金属粉，耐高温顔料，和气相白炭黑，混合得到本发明的耐高温涂料。方案3:用超细球磨机粉碎陶瓷粉体材料，至陶瓷材料颗粒大小在40 y m以下，按比例溶解在基料中，可与优选加入的硅烷偶联剂，助剂按比例进行混合，然后在100°C以下的温度下进行反应，反应时间5-24h。用醋酸调节pH至4-6。将反应产物冷却至室温，然后过滤200目纱布，排除超大颗粒等杂物，得到本发明耐高温涂料。
实施例:各实施例涂料的原料配方如下:(按重量份比例计，单位:份)
权利要求
1.一种用于发动机排气系统的耐高温涂料，其特征在干:由下述原料经至少一歩混合而成，所述原料，按重量份比例计，包括10-80份的基料，10-80份的陶瓷材料，和5-30份的低温玻璃粉；所述基料包括10-50份的硅溶胶和0-30份的铝溶胶；所述陶瓷材料包括石英砂，氧化铝，碳化硅，滑石粉，高岭土粉，莫来石粉，和云母粉中的至少ー种。
2.根据权利要求1所述的ー种用于发动机排气系统的耐高温涂料，其特征在于:按重量份比例计，所述陶瓷材料包括石英砂0-40份，氧化铝0-30份，碳化硅0-30份，滑石粉0-25份，高岭土粉0-20份，莫来石粉0-20份，云母粉0-20份。
3.根据权利要求1或2所述的ー种用于发动机排气系统的耐高温涂料，其特征在于:按重量份比例计，所述原料还包括5-50份的硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂为四甲氧基硅烧，四こ氧基娃烧，甲基ニ甲氧基娃烧，甲基ニこ氧基娃烧，_■甲基_■甲氧基娃烧，_■甲基_■こ氧基娃烧，こ基ニ甲氧基娃烧，こ基ニこ氧基娃烧，和Y —(2，3_环氧丙氧)丙基ニ甲氧基硅烷中的至少ー种。
4.根据权利要求1或2所述的ー种用于发动机排气系统的耐高温涂料，其特征在于:按重量份比例计，所述原料还包括0-50份的抗腐蚀金属粉，所述抗腐蚀金属粉为金属Al粉，Ti粉，Ni粉，Cr粉，Zn粉和不锈钢粉中的至少ー种。
5.根据权利要求3所述的ー种用于发动机排气系统的耐高温涂料，其特征在于:按重量份比例计，所述硅烷偶联剂包括甲基三甲氧基硅烷或甲基三こ氧基硅烷或甲基三甲氧基硅烷和甲基三こ氧基硅烷的混合物5-50份，四甲氧基硅烷或四こ氧基硅烷0-30份，Y -(2，3-环氧丙氧)丙基ニ甲氧基娃烧0-10份。
6.根据权利要求4所述的ー种用于发动机排气系统的耐高温涂料，其特征在于:按重量份比例计，所述抗腐蚀金属粉包括金属Al粉0-20份，Ti粉0-20份，Ni粉0_20份，Cr粉0-20份，Zn粉0_50份，不锈钢粉0_20份。
7.根据权利要求1-2 、5-6任一项所述的一种用于发动机排气系统的耐高温涂料，其特征在于:所述低温玻璃粉为Tg在400°C以下的硼酸盐玻璃粉，磷酸盐玻璃粉或硅酸盐玻璃粉。
8.根据权利要求7所述的ー种用于发动机排气系统的耐高温涂料，其特征在于:所述涂料的溶剂包含水，还包含甲醇、こ醇、和异丙醇中的至少ー种。
9.根据权利要求8所述的ー种用于发动机排气系统的耐高温涂料，其特征在于:pH值在 3-9。
10.根据权利要求9所述的ー种用于发动机排气系统的耐高温涂料，其特征在于:固含量在 30%-80%。
全文摘要
本发明涉及一种用于发动机排气系统的耐高温涂料，其特征在于，由下述原料经至少一步混合而成，所述原料，按重量份比例计，包括10-80份的基料，10-80份的陶瓷材料，和5-30份的低温玻璃粉；所述基料包括10-50份的硅溶胶和0-30份的铝溶胶；所述陶瓷材料包括石英砂，氧化铝，碳化硅，滑石粉，高岭土粉，莫来石粉，和云母粉中的至少一种。本发明耐高温涂料的原料中，以硅溶胶或硅溶胶与铝溶胶的混合作为基料，相比于有机硅涂料，耐高温性更好。各种原料以合适的比例配比，协同作用使得本发明涂料结构致密，可在600℃以上的高温中长时间的使用，具有耐盐雾，耐酸等防腐性，同时具有较高的硬度和耐磨性，其热膨胀系数与发动机材料匹配，耐温变性好，尤其适合用于发动机防腐。
文档编号C09D1/00GK103113768SQ20131007393
公开日2013年5月22日 申请日期2013年3月8日 优先权日2013年3月8日
发明者王宇湖 申请人:苏州纳迪微电子有限公司