一种用于全焊接板式换热器防护的多组元非晶态粒子掺杂氟碳复合涂层及其制备方法与流程

本发明涉及表面防护技术领域，尤其涉及一种用于全焊接板式换热器防护的多组元非晶态粒子掺杂氟碳复合涂层及其制备方法。

背景技术：

全焊接板式换热器的板片材料通常为奥氏体不锈钢：304、304l、306、316l、321等以及镍基合金、工业纯钛。材料只需具有基本的可焊性和冲压性能，都可以用来制作板片元件。板片厚度通常为0.4～1.0mm。全焊接板式换热器的板片生产利用了板片成型自动化生产线。利用接刀、定位与找正技术，采用整板分次连续压制成型，其板片形式主要有水平平直波纹板片、窝形波纹板片、或平板板片等。通过改变换热板片的长度和叠加厚度来实现结构的变换。单个板片两两正反通过翼边组焊成一束，板片四周交错焊接，这种独特的结构可以使传热板片通过翼边焊接形成另一流体的通道。因此多个板束通过焊接联系起来就形成了2个流体通道，即板间流道和管间流道组成了全焊接板式换热器的芯体结构。

全焊接板式换热器结构紧凑、占地面积小、换热效率高、承压能力高(最高可达4.0mpa)、耐高温(最高温可达250-300℃)、运行可靠。换热器中介质的热交换是通过板束来实现的，组成板束的板片由专用模具压制成型，结构形式类似普通可拆式板式换热器，具有传热效率高，流量大，流体压降小，散热损失少等优点。用一套模具可压制不同长度的板片，组成不同规格板束，形成同宽度产品系列，规格型号多，选择余地大，能更好的满足工况需求。板束及压紧板全部采用了焊接结构，能为在温度≤300℃，压力≤4.0mpa或工作介质对密封垫片有腐蚀的场合以及易燃、易爆、有毒介质和环境要求安全性很高的生产工艺中汽体的冷凝、液体介质的冷却、升温、蒸发等工况条件下安全平稳运行。因此，既具备可拆式板式换热器的优点，又具备适用高温，高压的特点。

金属板片表面极易发生腐蚀结垢和积灰，该积灰层的导热系数一般为0.05～0.07w/m·k，考虑到结垢层和积灰层内常常有裂纹和空隙等，空气的导热系数仅为0.023w/m·k，所以原本导热性能良好的金属板片一旦发生腐蚀积灰和结垢后，局部导热性能会急剧恶化。多组元非晶态粒子掺杂氟碳复合涂层成本低，性价比高，涂层的平均寿命为5年以上，表面不容易结垢，有利于清洗。同时，非晶态粒子的硬度是普通碳钢的5～6倍，能有效的提高氟碳复合涂层的耐磨损耐冲刷特性。抗积灰防结垢的非晶粒子掺杂氟碳复合涂层换热效率预计比结垢积灰后的金属管高出50％以上，因此会提高整体换热效率。。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种与基体结合牢固，具有极强的耐腐蚀性能的用于全焊接板式换热器防护的多组元非晶态粒子掺杂氟碳复合涂层。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种用于全焊接板式换热器防护的多组元非晶态粒子掺杂氟碳复合涂层，包括下列重量百分比的原始涂料：

非晶态球形铁基合金粒子，含量为1～10wt％；

非晶态球形铝基合金粒子，含量为1～5wt％；

非晶态sio2粒子，含量为0.2～5wt％；

al2o3，0.1～2wt％；

sic，含量为0.2～3wt％；

石墨烯粉末，含量为0.01～1wt％；

余量为氟碳树脂。

作为优选的技术方案，所述非晶态球形铁基合金粒子，原子比为fe∶co∶cr∶mo∶c∶b∶y＝43.7∶7.3∶14.7∶12.6∶15.5∶4.3∶1.9，粒子直径为0.1～10微米。

作为优选的技术方案，所述非晶态球形铝基合金粒子原子比成分为al∶ni∶y∶la∶co＝86∶7∶4.5∶1.5∶1，粒子直径为0.1～10微米。

作为优选的技术方案，所述非晶态sio2粒子，粒子直径为10～50nm。

作为优选的技术方案，所述al2o3，粒子直径为10～50nm。

作为优选的技术方案，所述sic，粒子直径为10～50nm。

本发明还提供了一种制备用于全焊接板式换热器防护的多组元非晶态粒子掺杂氟碳复合涂层的方法，包括步骤：

1)表面清理

对全焊接板式换热器的板片表面进行压缩空气吹扫，清除表面积灰，用专用的中性清洗剂清洗板面，除油，除锈；

2)表面活化处理

涂覆助反应剂，烘干或自然干燥；

3)喷砂作业

利用压缩空气和石英砂，对喷涂位置进行表面清除浮锈、灰垢和硫化物，压缩空气需经过油水分离器过滤；

4)喷涂作业

对换热片的表面进行多组元非晶态粒子掺杂氟碳复合涂层喷涂，分多次进行喷涂，每次厚度为10-20微米；

5)固化作业

在100～200℃进行烘干固化或者在自然条件下固化；

6)质量检验

包括厚度，空隙，耐蚀和外观检验。

作为优选的技术方案，所述涂料适用于多次喷涂工艺，裂纹和空隙低，所形成的涂层为均匀复合结构。

作为优选的技术方案，所述涂层中包含多种高硬度耐腐蚀非晶态粒子。

本发明基于低成本多组元非晶态粒子掺杂氟碳复合涂层的耐磨耐蚀性能，并首次提出利用多组元非晶态粒子掺杂氟碳复合涂层用于全焊接板式换热器表面的方法，有效减轻余热利用过程中因烟气温度低于酸露点后对受热面造成的低温磨损腐蚀，经济效益显著。

本发明的用于全焊接板式换热器防护的多组元非晶态粒子掺杂氟碳复合涂层具有如下优点：

1.采用多次喷涂法在全焊接板式换热器板片表面制备多组元非晶态粒子掺杂氟碳复合涂层，对基材没有热影响，防止了管材或板材的热变形，还能避免裂纹和空隙的产生，有利于复杂曲面的施工。

2.多组元非晶态粒子掺杂氟碳复合涂层具有加工成本低，耐磨耐蚀综合性能好等优点，适合烟气余热回收系统的工况最恶劣部位的强化防护。

3.涂层为复合结构，对施工条件要求低，可以大气氛围下进行，无需额外的冷却系统。

由于采用了上述技术方案，一种用于全焊接板式换热器防护的多组元非晶态粒子掺杂氟碳复合涂层通过以高压空气为动力的喷涂工艺制备，首先对全焊接板式换热器的板片基材表面进行喷砂除锈，露出新鲜的金属表面；通过将多组元非晶态粒子分散在一定量的氟碳树脂中形成分散液，充分搅拌均匀后，以高压空气为动力，采用喷枪喷涂在金属件表面，最终形成表面光滑的涂层。每次喷涂的厚度为10-20微米，多次喷涂后涂层厚度可达500微米，内部为均匀复合结构，多组元非晶态粒子均匀分散在氟碳树脂的基体中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明带有非晶态粒子掺杂氟碳复合涂层的全焊接板式换热器的板片外观照片；

图2是本发明多组元非晶态铁基合金粒子的x射线图谱。

具体实施方式

实施例1

一种用于全焊接板式换热器防护的多组元非晶态粒子掺杂氟碳复合涂层，包括下列重量百分比的原始涂料：

非晶态球形铁基合金粒子，含量为1wt％；

非晶态球形铝基合金粒子，含量为1wt％；

非晶态sio2粒子，含量为0.2wt％；

al2o3，0.1wt％；

sic，含量为0.2wt％；

石墨烯粉末，含量为0.01wt％；

余量为氟碳树脂。

所述非晶态球形铁基合金粒子，原子比为fe∶co∶cr∶mo∶c∶b∶y＝43.7∶7.3∶14.7∶12.6∶15.5∶4.3∶1.9，粒子直径为0.1微米。

所述非晶态球形铝基合金粒子原子比成分为al∶ni∶y∶la∶co＝86∶7∶4.5∶1.5∶1，粒子直径为0.1微米。

所述非晶态sio2粒子，粒子直径为10nm。

所述al2o3，粒子直径为10nm。

所述sic，粒子直径为10nm。

一种制备用于全焊接板式换热器防护的多组元非晶态粒子掺杂氟碳复合涂层的方法，包括步骤：

1)表面清理

对全焊接板式换热器的板片表面进行压缩空气吹扫，清除表面积灰，用专用的中性清洗剂清洗板面，除油，除锈；

2)表面活化处理

涂覆助反应剂，烘干或自然干燥；

3)喷砂作业

利用压缩空气和石英砂，对喷涂位置进行表面清除浮锈、灰垢和硫化物，压缩空气需经过油水分离器过滤；

4)喷涂作业

对换热片的表面进行多组元非晶态粒子掺杂氟碳复合涂层喷涂，分多次进行喷涂，每次厚度为10-20微米；

5)固化作业

在100℃进行烘干固化或者在自然条件下固化；

6)质量检验

包括厚度，空隙，耐蚀和外观检验。

所述涂料适用于多次喷涂工艺，裂纹和空隙低，所形成的涂层为均匀复合结构。

所述涂层中包含多种高硬度耐腐蚀非晶态粒子。

实施例2

一种用于全焊接板式换热器防护的多组元非晶态粒子掺杂氟碳复合涂层，包括下列重量百分比的原始涂料：

非晶态球形铁基合金粒子，含量为5wt％；

非晶态球形铝基合金粒子，含量为3wt％；

非晶态sio2粒子，含量为3wt％；

al2o3，1.5wt％；

sic，含量为2.5wt％；

石墨烯粉末，含量为0.015wt％；

余量为氟碳树脂。

所述非晶态球形铁基合金粒子，原子比为fe∶co∶cr∶mo∶c∶b∶y＝43.7∶7.3∶14.7∶12.6∶15.5∶4.3∶1.9，粒子直径为5微米。

所述非晶态球形铝基合金粒子原子比成分为al∶ni∶y∶la∶co＝86∶7∶4.5∶1.5∶1，粒子直径为5微米。

所述非晶态sio2粒子，粒子直径为30nm。

所述al2o3，粒子直径为30nm。

所述sic，粒子直径为30nm。

本发明还提供了一种制备用于全焊接板式换热器防护的多组元非晶态粒子掺杂氟碳复合涂层的方法，包括步骤：

1)表面清理

对全焊接板式换热器的板片表面进行压缩空气吹扫，清除表面积灰，用专用的中性清洗剂清洗板面，除油，除锈；

2)表面活化处理

涂覆助反应剂，烘干或自然干燥；

3)喷砂作业

利用压缩空气和石英砂，对喷涂位置进行表面清除浮锈、灰垢和硫化物，压缩空气需经过油水分离器过滤；

4)喷涂作业

对换热片的表面进行多组元非晶态粒子掺杂氟碳复合涂层喷涂，分多次进行喷涂，每次厚度为10-20微米；

5)固化作业

在150℃进行烘干固化或者在自然条件下固化；

6)质量检验

包括厚度，空隙，耐蚀和外观检验。

所述涂料适用于多次喷涂工艺，裂纹和空隙低，所形成的涂层为均匀复合结构。

所述涂层中包含多种高硬度耐腐蚀非晶态粒子。

实施例3

一种用于全焊接板式换热器防护的多组元非晶态粒子掺杂氟碳复合涂层，包括下列重量百分比的原始涂料：

非晶态球形铁基合金粒子，含量为10wt％；

非晶态球形铝基合金粒子，含量为5wt％；

非晶态sio2粒子，含量为5wt％；

al2o3，2wt％；

sic，含量为3wt％；

石墨烯粉末，含量为1wt％；

余量为氟碳树脂。

所述非晶态球形铁基合金粒子，原子比为fe∶co∶cr∶mo∶c∶b∶y＝43.7∶7.3∶14.7∶12.6∶15.5∶4.3∶1.9，粒子直径为10微米。

所述非晶态球形铝基合金粒子原子比成分为al∶ni∶y∶la∶co＝86∶7∶4.5∶1.5∶1，粒子直径为10微米。

所述非晶态sio2粒子，粒子直径为50nm。

所述al2o3，粒子直径为50nm。

所述sic，粒子直径为50nm。

一种制备用于全焊接板式换热器防护的多组元非晶态粒子掺杂氟碳复合涂层的方法，包括步骤：

1)表面清理

对全焊接板式换热器的板片表面进行压缩空气吹扫，清除表面积灰，用专用的中性清洗剂清洗板面，除油，除锈；

2)表面活化处理

涂覆助反应剂，烘干或自然干燥；

3)喷砂作业

利用压缩空气和石英砂，对喷涂位置进行表面清除浮锈、灰垢和硫化物，压缩空气需经过油水分离器过滤；

4)喷涂作业

对换热片的表面进行多组元非晶态粒子掺杂氟碳复合涂层喷涂，分多次进行喷涂，每次厚度为10-20微米；

5)固化作业

在200度进行烘干固化或者在自然条件下固化；

6)质量检验

包括厚度，空隙，耐蚀和外观检验。

所述涂料适用于多次喷涂工艺，裂纹和空隙低，所形成的涂层为均匀复合结构。

所述涂层中包含多种高硬度耐腐蚀非晶态粒子。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。