无机高温耐磨粘涂剂的研究和应用保鲜盒

无机高温耐磨粘涂剂的研究和应用

无机高温耐磨粘涂剂的研究和应用武汉大学(武汉 430072) 罗立新 摘要：本文论述了能有效防止金属高温腐蚀和磨损的无机粘涂剂的设计和应用。该粘涂剂在不高于950℃条件下综合性能优良，能有效防止金属磨损与腐蚀。关键词：粘涂剂 高温 耐磨1，前言 在化工、电力、冶金等行业会遇到金属高温磨损腐蚀问题okmart.com。以火力发电厂为例，锅炉四管的爆管泄漏的28.7~45.3%是由磨损造成的。对某些高温炉体由于防护涂层密闭性能较差，在使用一段时间后就会造成内部金属腐蚀进而造成防护涂层脱落。所以，必须考虑如何解决这一问题。本工作利用粘涂技术和超微粒子技术，开发一种适应锅炉高温抗磨的陶瓷-金属复合粘涂材料及其相应工艺，能有效地达到防磨目的。研制的粘涂剂主要技术指标是：1)，粘涂层能在950℃高温气氛中长期工作，能经受950℃至室温的反复加热冷却的热冲击试验。2)，粘涂层具有比钢更高的抗磨能力。3)，粘涂层应致密，防止高温气氛渗入使金属基体氧化和腐蚀。4)，粘涂工艺简单，现场可行，粘涂过程对环境无污染无毒，成本较低。2，试验2．1．原料的选择 粘涂剂原料应具有一定的化学和物理特性，但一旦生成涂层后其物理和化学特性应充分稳定并对酸性气氛有较高抵抗能力。在物理特性方面，更应考虑其线膨胀系数、硬度和高温无同素异性转变等，据此，以下物质可作为待选原料：SiO２,Cr２O３,Al２O３,TiO２,ZrO２,SiN,TiC,SiC,BC以及铁合金粉末。2．1．1 粘涂剂的作用，种类。 粘涂剂[1]一般有粘结剂、固化剂和具有一定特性的填料组成。粘结剂满足以下条件：1），对被覆基体及填料有较高的结合强度，２），涂层应具有较高的机械强度及优良的耐化学和抗老化性能，稳定性要高。３），涂层收缩率要小。固化剂的要求为：１），涂层硬度高，耐磨性好。２），粘结剂最好能在室温固化，固化时间短。可选用的固化剂主要为：缩合磷酸铝、氧化镁等。填料的要求为：１），填料应是中性的，与粘结剂亲和性好，对液体及气体无吸附性或很少有吸附性。２），要有足够的耐热性和一定的纯度。３），要求填料颗粒分散性好，不宜沉降。2．1．2 粘涂剂的设计粘涂剂以来源最广的SiO2、Al2O3为基础，以Ti、Zr的氧化物，Si、Ti、B的碳化物和氮化物为补充，加入适量固化剂作为甲组分。在选择填料时充分考虑它们的硬度、导热、膨胀系数等综合性能。耐高温的高分子无机盐形成空间立体结构在添加剂的填充下可获得较高的强度，故选它为粘结剂，为乙组分。通过试涂时的涂敷工艺性能确定甲乙两组分的比例。而涂层的成分通过涂层工艺实验和涂层性能考核实验来确定。此外，对填料的形状方面，除了常规的颗粒装外，还选用部分鳞片状微粒，使物料间有更大的接触面积，利于提高涂层强度。2．1．3 粘涂剂的配方成分 Si Zn AlFe ZrMo Cr含量（%）>10 >1 1-10 0.1 >0.1>0.1 >0.3成分 Sr Ni CuMn TiCo Pb含量（%）0.3 0.01 0.007 0.0020.001 0.012．1．4 粘涂剂的配制工艺条件 设计并经工艺调试确定的粘涂剂，以200克固体填料和固化剂：100毫升液体粘结剂混合搅拌均匀，就可直接喷涂，或用在室温下涂刷底层，自然固化24小时后再涂表面层，再自然固化24小时。金属试样表面要求无浮灰无油垢，可以是带氧化皮的光滑表面。每层涂覆的厚度应控制在0.2mm左右。经模拟现场条件升温到700℃保温30分钟后，出炉自然冷却。2．2．性能试验 利用磨粒磨损试验机测试涂层的耐磨性能，进行950℃热冲击试验检验涂层抗氧化性能及抗热震性，测定涂层的剪切强度检验涂层的粘结强度、测定导热系数检测涂层对传热影响，测定涂层的耐酸性能检验涂层耐渗性和密闭性能。3．结果与讨论 3．1 涂层的抗磨性能试验磨损试验数据表明：20G钢样每10小时磨损后平均单位面积失重μ=0.0113克/cm2，其标准偏差为σ=0.00701。涂层试样每10小时磨损后平均单位面积失重μ=0.0011克/cm2。涂层耐磨性能在20G钢的10倍以上。３．2．涂层的耐温和耐热冲击试验试验表明，涂层能经受950℃高温加热、室温冷却累积10次以上的循环热冲击。说明涂层不仅具有足够的耐950℃高温和耐热冲击性，而且有足够的防氧化能力。３．3．涂层的剪切强度、硬度和导热系数 涂层试样的平板剪切强度为2.3~4.5MPa(23~45kgf/cm2)，平均值为3.11MPa。与大部分无机粘接剂的平板剪切强度1.3~3.0MPa相比，涂层的结合强度达到或高于它们的上限值。 涂层莫氏硬度为 5级 。 涂层导热系数为：0.096W/cm·K。３．4 涂层耐酸性能和耐渗性 将粘涂剂涂布于U形钢管上固化，管口上方用环氧树脂封堵，以免酸气腐蚀钢管内壁。U形管置于恒温80℃的5%H2SO4溶液中，200小时后H2SO4溶液中未检出Fe2+离子，涂层完好。说明了涂层对酸溶液的稳定性。这表明涂层是致密的，能防止酸液的渗入腐蚀钢基体。3．5 应用3．5．1 1998年6月和10月涂料在河南S电厂和X电厂300MW锅炉省煤器管（Φ60×3.5,20G钢，温度450℃左右）、200MW锅炉再热器钢管（Φ42×3.5,15CrMo钢管，温度900℃)和前包墙管（Φ60×3.5，20g钢管，温度700℃左右）上涂覆后运行至今，涂层完整无损，无明显的磨损痕迹出现，但涂层的刷涂痕迹仍清晰可见。3．5．2 1999年2月涂料在湖南Z电厂125MW锅炉大面积施工，经6个月运行后检查，各处涂层状况良好，涂层无磨损痕迹。3．5．3 2000年7 月涂料在湖南X电厂125MW锅炉全面施工，除锅炉四管外，还在风机、烟道、排粉机等部位进行了防护。目前状况良好。 4．结论4．1 无机高分子溶胶，配合一定的高表面活度的超微Zn,Mg,Ti,Al及其氧化物粉末能与钢管表面的FeO和Fe反应，生成复合无机盐，形成牢固的涂层。 固化剂MgO等的添加共同促进了溶胶的胶凝过程，达到了在常温下形成坚固的由网状大分子结构，实现常温固化。4．2 含有超微颗粒的基料，不仅确保了完成与FeO和溶胶形成复合无机盐所要求的化学活性，也确保了涂层的致密性，有效地把钢管表面与氧化性气氛隔离开。4．3 设计的高温防磨粘涂剂可涂布于不需特殊处理的带有氧化膜的光滑钢管表面，与其结合牢固，能在管壁温度不高于950℃的高温下长期工作，并具有良好的抗热冲击的能力。涂层具有较高的耐磨性，能有效的延长工件抗磨使用寿命。高温防磨粘涂剂不会给钢管造成变形，不产生应力，无毒无污染。参考文献：1，粘接与表面粘涂技术 翟海潮 李印柏 林新松著 化学工业出版社1993，12Anti-wear and Anti-corrosion Coating of Steel Tubes at High TemperatureLuolixin Zhangyinglin Linwanxin (Wuhan University of Hydraulic and Electric Engineering 430072)Nihuiqiong(Huainan Industrial College 232000)Abstract: Wear resistant coating at 950℃ on smooth steel surfaces was developed by sol-gel and micro-grit technologies. It wear resistant over 10 times to 20G steel. The design principles and properties of this coating were introduced in this paper.Keyword: Wear at elevated temperature; Adhesive coating; Adhesive strength湖北，武汉，武昌珞珈山东湖南路8号武汉大学化学与分子学院 罗立新邮编：430072电话：027-67802262, 67802263

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