專利名稱：一種環保型耐超高溫無機涂料及制備方法與應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及金屬零部件的超高溫防護技術，具體為一種環保型耐超高溫無機涂料 及制備方法與應用。
背景技術：
高性能推進劑的使用使得固體火箭發動機燃氣溫度也相應提高，這就要求所用 材料必須具有高熔點、耐沖擊等性能。當溫度從常溫以大于2000°C /s的速度瞬間升高到 3000°C以上時，產生極大的溫度梯度和熱應力，一般金屬材料很難承受火箭推進劑燃燒爆 炸所產生的高能量燒蝕和燃燒物所產生的固體顆粒的強烈機械沖擊作用，如果燒蝕嚴重， 將直接影響發動機的推力和效率，甚至失去工作能力。采用涂層技術對金屬構件的超高溫防護具有重要意義，常用的涂層有難熔金屬及 合金、難熔陶瓷材料、難熔碳化物、難熔硼化物和C/C復合材料等，但這些涂層技術的缺點 是制備工藝復雜，對于大型、結構復雜的零部件施工困難。純鎢有很好的抗燒損和抗沖刷能力，其燒蝕率很低，但因抗熱震性差，工作時易開 裂。鎢滲銅涂層是一種研究和使用較多的涂層，但它的導熱系數較大，從而可能引起基體金 屬的過熱燒損。金屬陶瓷如HfC基材料，熔點高達3890°C，其燒損主要是由于材料脆，抗熱 震性能差，經受不住強烈的熱沖擊而崩裂。硼化物/碳化物復相陶瓷材料的抗氧化性較差。 超高溫陶瓷可以在高超聲速的極端條件下工作，但是這種材料的主要問題是低的斷裂韌性 和抗熱震性。C/C復合材料的高溫結構性能優異，但抗氧化性差，燒蝕嚴重，不能承受固體粒 子沖刷，這種材料很適合在液體燃料的場合使用，但不適合用于固體燃料的場合。無機涂料耐高溫性能優越，可達1000°C以上，但存在易開裂等缺點。以水性富鋅涂 料為代表的無機涂料具有較好的耐高溫性能，但由于涂層中含有大量的低熔點鋅粉，使用 溫度不超過500°C。

發明內容
本發明的目的在于提供一種環保型耐超高溫無機涂料及制備方法與應用，解決在 超高溫環境中服役的金屬構件的防護問題，簡化施工工藝，降低生產成本。本發明的技術方案是一種環保型耐超高溫無機涂料，包括液態硅酸鹽、三聚磷酸鋁粉、釔穩定的氧化鋯 粉(即Y203穩定的Zr02，簡稱YSZ粉)、金屬鎢粉、碳化鈦粉和鋅粉；按重量百分比計，液態 硅酸鹽占20 60%，三聚磷酸鋁粉占3 20%，YSZ粉占5 50%，金屬鎢粉占5 50%， 碳化鈦粉占5 30%，鋅粉占5 25% ;其中，液態硅酸鹽為硅酸鉀、硅酸鈉或二者混合物 的水溶液，溶液中硅酸鹽的重量百分含量為30 40% ;以蒸餾水為溶劑調節涂料的粘度， 蒸餾水與上述物質的重量比例為1 : (4 10)。本發明中，按重量百分比計，優選的涂料組成為液態硅酸鹽占30 5z0%，三聚磷酸鋁粉占5 10%，YSZ粉占10 30%，金屬鎢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# $4°
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100 ~ 200oCW^U^@4t0. 5 ~ 2h,-it^M) S 80 ~ 200 u m, UMW^ JM —üsK—
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1 245minIü° I^Jl* ;IH 2 i^l^S'ê'^^I f^oCN 102627875 AVrL ^3/5 X
1
3.5500g ( t±@ü^ f 30wt % ),H^ M S$)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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-tiè 150 11 m |n itj lmf /’^M W4 flNSilf5min
3
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4
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涂裝了上述180 u m耐超高溫防護涂層的碳鋼經4倍超音速火焰測試5min后，涂 層完好，未出現剝落等破壞，碳鋼得到了有效防護。實施例8稱取模數為3.25的液態硅酸鉀740g(硅酸鉀占37wt %)、三聚磷酸鋁粉(粒 徑30 u m) IOOg, YSZ粉(粒徑90nm) 800g、碳化鈦粉(粒徑30 u m) IOOg,鎢粉(粒徑 150 u m) 160g、鋅粉(粒徑30 u m) 100g。預混合三聚磷酸鋁粉、YSZ粉、碳化鈦、鎢粉和鋅粉， 邊攪拌邊加入液態硅酸鉀中充分混合，加入200g蒸餾水和4500g粒徑為0. 8mm的氧化鋯 珠，在攪拌機中以2200rpm的轉速攪拌20分鐘后，經200目篩網過濾后獲得涂料。采用噴涂 的方式將涂料噴涂到經過噴砂處理的高強度合金鋼表面，表干IOmin后放入爐溫為150°C 的電阻爐中保溫lh。取出空冷后再制備第二層涂層，即獲得耐超高溫防護涂層。本實施例中，耐超高溫防護涂層的性能參數如下涂裝了上述240 U m耐超高溫防護涂層的高強度合金鋼經4倍超音速火焰測試 5min后，涂層完好，未出現剝落等破壞，高強合金鋼得到了有效防護。實施例結果表明，通過該エ藝得到的耐超高溫防護涂層技術具有優異的耐超高溫 性能，易于控制，適合エ業化生產，具有無毒、無污染的特性，有利于環境保護。另外，以上所述，僅是本發明較佳可行的實施例而已，不能以此局限本發明之權利 范圍，所述耐超高溫防護涂料用于2000 3500°C的超高溫環境中的碳鋼、高強合金鋼、不 銹鋼制件，也可以用于高溫合金等其它金屬制件。因此，依本發明的技術方案和技術思路做 出其它各種相應的改變和變形，仍屬本發明所涵蓋的保護范圍之內。
權利要求
1.一種環保型耐超高溫無機涂料，其特征在于該涂料包括液態硅酸鹽、三聚磷酸鋁粉、釔穩定的氧化鋯粉、金屬鎢粉、碳化鈦粉和鋅粉；按重量百分比計，液態硅酸鹽占20 60 %，三聚磷酸鋁粉占3 20 %，釔穩定的氧化鋯粉占5 50 %，金屬鎢粉占5 50 %，碳化鈦粉占5 30%，鋅粉占5 25% ;其中，液態硅酸鹽為硅酸鉀、硅酸鈉或二者混合物的水溶液，溶液中硅酸鹽的重量百分含量為30 40% ;以蒸餾水為溶劑調節涂料的粘度，蒸餾水與上述物質的重量比例為I : (4 10)。
2.按照權利要求I所述的環保型耐超高溫無機涂料，其特征在于按重量百分比計，優選的涂料組成為 液態硅酸鹽占30 50 %，三聚磷酸鋁粉占5 10 %，釔穩定的氧化鋯粉占10 30 %，金屬鎢粉占10 30%，碳化鈦粉占10 20%，鋅粉占5 10%。
3.按照權利要求I所述的環保型耐超高溫無機涂料，其特征在于硅酸鹽的模數為2.5 4. O。
4.按照權利要求I所述的環保型耐超高溫無機涂料，其特征在于本發明中，釔穩定的氧化鋯粉粒徑為IOnm 100 u m,三聚磷酸鋁粉、碳化鈦粉和鋅粉的粒徑為5 100 y m，鎢粉的粒徑為10 200 iim。
5.按照權利要求I所述的環保型耐超高溫無機涂料的制備方法，其特征在于首先，按比例稱取三聚磷酸鋁粉、YSZ粉、金屬鎢粉、碳化鈦粉和鋅粉并充分混合；然后，邊攪拌邊將上述均勻混合后的混合物加入液態硅酸鹽中，充分攪拌；再加入蒸餾水，蒸餾水與上述充分混合后的混合物重量比例為I : (4 10)，在攪拌機中以1500 2500rpm的轉速攪拌5 30分鐘后，經200目篩網過濾后即得到涂料。
6.按照權利要求5所述的環保型耐超高溫無機涂料的制備方法，其特征在于在加入蒸餾水準備進行攪拌時，加入粒徑為0. 5 I. 5mm的瑪瑙珠、陶瓷珠或不銹鋼珠進行研磨。
7.按照權利要求I所述的環保型耐超高溫無機涂料的應用，其特征在于采用噴涂、刷涂或浸涂的方式在經過噴砂處理的零部件表面制備涂層，涂層在100 200°C的高溫爐中固化0. 5 2h，一道涂層厚度為80 200 u m,根據需要進行一道或一道以上多道涂裝。
8.按照權利要求7所述的環保型耐超高溫無機涂料的應用，其特征在于環保型耐超高溫無機涂料適用于使用溫度為2000 3500°C的金屬零部件的超高溫防護。
全文摘要
本發明涉及金屬材料的超高溫防護涂層技術，具體為一種環保型耐超高溫無機涂料及制備方法與應用。該涂料由甲組份液態硅酸鹽和乙組份構成，乙組份包括三聚磷酸鋁粉、釔穩定的氧化鋯粉、金屬鎢粉、碳化鈦粉和鋅粉。將甲組份、乙組份和蒸餾水按比例放入攪拌機中攪拌，過濾后即得到涂料。采用噴涂、刷涂或浸涂的方式在經過噴砂處理的金屬零部件表面制備涂層，涂層在高溫爐中固化后，即獲得耐超高溫涂層。本發明解決現有超高溫環境中使用的零部件的防護，該涂料具有耐超高溫、無毒、無污染、環保等特性，適用于運行于超高溫環境中金屬構件的防護。
文檔編號C09D5/38GK102627875SQ20121006968
公開日2012年8月8日 申請日期2012年3月16日 優先權日2012年3月16日
發明者吳航, 朱圣龍, 王成, 王文, 王福會, 王群昌 申請人:中國科學院金屬研究所