一種水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料及其制備和固化方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及防腐涂料領域，尤其涉及一種以磷酸鹽作為粘結劑，鋁粉作為填料的水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料及其制備和固化方法。
【背景技術】
[0002]隨著金屬材料越來越多的應用到工程裝備中，應用在高溫、高濕、高腐蝕的環境中的金屬工件往往會發生嚴重的腐蝕，影響著整個工程裝備的運轉與使用。相比于常溫環境，高溫氧化環境會造成金屬更為快速的氧化腐蝕，使金屬工件的綜合力學性能快速下降，因而對于應用于特殊領域的金屬工件需要對其進行從常溫環境腐蝕環境到高溫氧化腐蝕環境中全面的腐蝕防護。
[0003]目前大多數防腐涂料是應用于常溫環境下的腐蝕防護，難以在超過300°C以上的高溫環境中為金屬材料提供腐蝕防護。針對金屬高溫氧化防護的表面防護處理技術主要包括等離子表面冶金、氣相沉積、磁控濺射、搪瓷等，處理工藝較為復雜，處理溫度往往在1000°c以上，限制了其大規模工業化應用。目前能夠全面地對金屬工件進行腐蝕防護的涂料是含鋁磷酸鹽防腐涂料。涂料以磷酸鹽為粘結劑，以鋁粉為填料，可在常溫含鹽環境與高溫氧化環境中對鋼材提供良好腐蝕防護，但是含鋁磷酸鹽涂料缺少商業化的應用。

【發明內容】

[0004]本發明為了解決現有技術的問題，提供了一種水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料及其制備和固化方法，利用該涂層能夠對金屬在常溫含鹽環境中與高溫氧化環境中提供腐蝕防護。
[0005]本發明提供的涂層原料按重量份包括以下組份:磷酸鹽粘結劑1000-1200份，蒸餾水1000-1500份，固化劑16-20份，涂料助劑20-60份，鈍化劑24-40份，功能填料45-55份。
[0006]所述的磷酸鹽粘結劑為含量為30%的磷酸二氫鋁水溶液，純度為分析純。
[0007]所述的固化劑為氧化鋅和氧化鎂，其中氧化鋅的用量占固化劑總重量的40%—60%，氧化鎂的用量占固化劑總重量的40%—60%。
[0008]所述的涂料助劑為正硅酸四乙酯。
[0009]所述的功能填料為亞微米球狀鋁粉，純度為99%，平均粒徑為800nm。
[0010]所述的鈍化劑為鉻酸鎂。
[0011]本發明還提供了一種水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料的制備方法，包括以下步驟:
1)將1000-1200份磷酸二氫鋁與1000-1500份蒸餾水混合均勻，形成澄清溶液；
2)將20-60份正硅酸四乙酯加入到溶液中，在密封條件下采用磁力攪拌的方式攪拌，直至形成澄清溶液；
3)將8-10份氧化鋅加入到溶液中，采用玻璃棒不斷攪拌直至完全溶解，然后加入8-10份氧化鎂，采用玻璃棒不斷攪拌，去除氣泡直至完全溶解，形成半透明溶液；
4)將24-40份鉻酸鎂加入到混合溶液中，不斷攪拌形成均勻混合溶液； 5)將45-55份微納米球型鋁粉加入到混合溶液中，并攪拌均勻。
[0012]本發明還提供了一種水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料的固化方法，涂料進行空氣噴涂或刷涂涂覆后，采用烘箱于120°C烘干2h后升溫至200°C烘干17h。
[0013]本發明有益效果在于:提供了一種可同時在常溫與高溫環境中提供腐蝕及表面防護的無機涂料，由涂料制備出的涂層能夠耐中性鹽霧實驗1000h以及在600°C的高溫條件下為完全抗氧化性，能夠對金屬基體進行常溫含鹽環境腐蝕防護以及高溫氧化腐蝕防護。
【附圖說明】
[0014]圖1為涂層結構及機理示意圖。
【具體實施方式】
[0015]本發明提供的涂料采用了磷酸二氫鋁作為粘結劑，氧化鎂、氧化鋅作為固化劑，鋁粉作為填料，鉻酸鎂作為鈍化劑，正硅酸四乙酯作為助劑制備而成。涂料防腐原理如圖1所示，涂料噴涂到金屬基體表面并固化后，在金屬基體表面形成由磷酸鹽陶瓷粘接鋁粉形成的涂層，其中鋁粉是涂料固化形成涂層后比重最大的組分，也是涂料實現常溫下腐蝕防護與高溫氧化環境中高溫氧化防護的最重要的組分。金屬鋁在常溫環境中保持穩定，同時也具有優異的抗高溫氧化性能。
[0016]在常溫下的腐蝕環境中，磷酸鋁陶瓷粘接劑與鋁粉均保持穩定，阻擋腐蝕介質與金屬基體接觸，當處在600°C左右的高溫環境中時，涂層內部的鋁粉顆粒會發生熔融、擴散，在涂層內部形成一層鋁阻隔層，鋁阻隔層表面在氧化環境中生成一層致密的氧化鋁薄層，02一離子在其中極為困難，阻礙了氧化反應的進一步進行，為金屬基體提供抗高溫氧化防護。
[0017]下面通過具體實施例對本發明做進一步說明。
[0018]實例一
將1000份磷酸二氫鋁與1200份蒸餾水混合，形成均勻溶液后添加60份正硅酸四乙酯，在密封條件下采用磁力攪拌的方式攪拌，直至正硅酸四乙酯完全水解，形成澄清溶液。隨后加入8份氧化鋅與10份氧化鎂，不斷攪拌使之完全溶解，添加28份鉻酸鎂，混合均勻后添加45份微納米鋁粉并分散均勻，涂料制備完成。采用空氣噴涂的方式將涂料噴涂到表面經打磨處理的鋼板，于120°C的烘箱中烘干2h后升溫至200°C烘干17h制備涂層。
[0019]實例一配方涂料測試性能如下:
(1)在中性鹽霧實驗中，涂層在歷經1008小時的中性鹽霧實驗后表面開始出現銹點
(2)在600°C高溫氧化試驗條件下，高溫氧化100小時后，試樣氧化增重8.0517g/m2，在實驗結束時氧化速度為0.04g/(m2.h)，小于0.1g/(m2.h)，依據GBT 13303-1991《鋼的抗氧化性能測定方法》，涂層在600°C條件下的高溫抗氧化性能為完全抗氧化性。
[0020]實例二
將1300份磷酸二氫鋁與1000份蒸餾水混合，形成均勻溶液后添加40份正硅酸四乙酯，在密封條件下采用磁力攪拌的方式攪拌，直至正硅酸四乙酯完全水解，形成澄清溶液。隨后加入9份氧化鋅與9份氧化鎂，不斷攪拌使之完全溶解，添加24份鉻酸鎂，混合均勻后添加48份微納米鋁粉并分散均勻，涂料制備完成。采用空氣噴涂的方式將涂料噴涂到表面經打磨處理的鋼板，于120°C的烘箱中烘干2h后升溫至200°C烘干17h制備涂層。
[0021]實例二配方涂料測試性能如下:
(1)在中性鹽霧實驗中，涂層在歷經960小時的中性鹽霧實驗后表面開始出現銹點；
(2)在600°C高溫氧化試驗條件下，高溫氧化100小時后，試樣氧化增重7.3515g/m2，在實驗結束時氧化速度為0.08g/(m2.h)，小于0.1g/(m2.h)，依據GBT 13303-1991《鋼的抗氧化性能測定方法》，涂層在600°C條件下的高溫抗氧化性能為完全抗氧化性。
[0022]實例三
將1500份磷酸二氫鋁與1100份蒸餾水混合，形成均勻溶液后添加20份正硅酸四乙酯，在密封條件下采用磁力攪拌的方式攪拌，直至正硅酸四乙酯完全水解，形成澄清溶液。隨后加入10份氧化鋅與8份氧化鎂，不斷攪拌使之完全溶解，添加30份鉻酸鎂，混合均勻后添加50份微納米鋁粉并分散均勻，涂料制備完成。采用空氣噴涂的方式將涂料噴涂到表面經打磨處理的鋼板，于120°C的烘箱中烘干2h后升溫至200°C烘干17h制備涂層。
[0023]實例三配方涂料測試性能如下:
(1)在中性鹽霧實驗中，涂層在歷經1104小時的中性鹽霧實驗后表面開始出現較為明顯的銹點；
(2)在600°C高溫氧化試驗條件下，高溫氧化100小時后，試樣氧化增重7.7301g/m2，在實驗結束時氧化速度為0.05g/(m2.h)，小于0.1g/(m2.h)，依據GBT 13303-1991《鋼的抗氧化性能測定方法》，涂層在600°C條件下的高溫抗氧化性能為完全抗氧化性。
[0024]本發明具體應用途徑很多，以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進，這些改進也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料，其特征在于原料按重量份包括以下組份:磷酸鹽粘結劑1000-1200份，蒸餾水1000-1500份，固化劑16-20份，涂料助劑20-60份，鈍化劑24-40份，功能填料45-55份。2.根據權利要求1所述的水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料，其特征在于:所述的磷酸鹽粘結劑為含量為30%的磷酸二氫鋁水溶液，純度為分析純。3.根據權利要求1所述的水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料，其特征在于:所述的固化劑為氧化鋅和氧化鎂，其中氧化鋅的用量占固化劑總重量的40%—60%，氧化鎂的用量占固化劑總重量的40%—60%。4.根據權利要求1所述的水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料，其特征在于:所述的涂料助劑為正硅酸四乙酯。5.根據權利要求1所述的水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料，其特征在于:所述的功能填料為亞微米球狀鋁粉，純度為99%，平均粒徑為800nm。6.根據權利要求1所述的水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料，其特征在于:所述的鈍化劑為絡酸鎂。7.—種水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)將1000-1200份磷酸二氫鋁與1000-1500份蒸餾水混合均勻，形成澄清溶液； 2)將20-60份正硅酸四乙酯加入到溶液中，在密封條件下采用磁力攪拌的方式攪拌，直至形成澄清溶液； 3)將8-10份氧化鋅加入到溶液中，采用玻璃棒不斷攪拌直至完全溶解，然后加入8-10份氧化鎂，采用玻璃棒不斷攪拌，去除氣泡直至完全溶解，形成半透明溶液； 4)將24-40份鉻酸鎂加入到混合溶液中，不斷攪拌形成均勻混合溶液； 5)將45-55份微納米球型鋁粉加入到混合溶液中，并攪拌均勻。8.一種水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料的固化方法，其特征在于:涂料進行表面涂覆后，采用烘箱于120°C烘干2h后升溫至200°C烘干17h。9.根據權利要求9所述的水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料的固化方法，其特征在于:所述的表面涂覆包括空氣嗔涂或刷涂。
【專利摘要】本發明公開了一種水性含鋁磷酸鹽陶瓷防腐涂料及其制備和固化方法。采用磷酸二氫鋁作為粘結劑，氧化鎂、氧化鋅作為固化劑，鋁粉作為填料，鉻酸鎂作為鈍化劑，正硅酸四乙酯作為助劑，制備出水性含鋁磷酸鹽腐蝕防護涂料。涂料在金屬基體上制備出金屬陶瓷涂層，涂層能夠耐受1000h的中性鹽霧試驗并且保持穩定。在600℃的高溫氧化環境中具有良好的抗高溫氧化性能。涂層能夠同時在常溫含鹽環境與高溫氧化環境中對金屬提供良好的防護。
【IPC分類】C09D5/10, C09D1/00
【公開號】CN105440744
【申請號】CN201510807495
【發明人】李淑琴, 王云鵬, 張平則, 魏東博, 潘儒杰, 陳小虎, 魏祥飛
【申請人】南京航空航天大學
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年11月20日