[发明专利]一种用超声波制备金属基表面耐高温的高辐射率涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐高温的高辐射率涂层材料及制备方法，特别是涉及一种在不锈钢基体表面采用超声波法制备耐高温的高辐射率涂层的方法。

背景技术

能源、材料、信息是当今国民经济发展的三大支柱，随着经济的发展，世界矿物能源不断接近枯竭，同时引发一系列环境问题(如温室气体排放日趋严重、全球变暖等)，这将严重的威胁着世界工业的发展和人类的生存，降低能耗，走绿色低碳的发展道路是世界各国的必然选择，大力开发与应用节能新材料、新技术已刻不容缓。因而，高辐射率涂料作为一种新型的节能材料，具有强大的生命力和广阔的应用前景。

就工业加热炉而言，其耗能约占总能耗的25％-40％，而由于炉内壁辐射率较低，加热炉的平均热效率仅为30％左右，能量有效利用率偏低，在工业炉内壁上涂刷高辐射率涂料后，可提高能量的利用率，是行之有效的节能方法之一。目前，市售的高辐射率涂料品种很多，但涂层脱落现象时有发生，特别是高温条件下金属表面的涂层脱落尤为明显，严重的制约了高辐射率涂料高温下在工业炉中的使用。

根据陶瓷材料耐高温的特性和过渡金属氧化物高辐射率的特点，本发明制备的耐高温高辐射率涂层可在高温下长时间正常发挥作用，而且涂层表面光洁，不易被灰尘覆盖；采用超声波法对配制的涂料料浆进行处理，可改变组分中分子晶体结构的对称性，增大粒子间偶极矩的变化，有利于提高涂层辐射率，同时可省去传统工艺中浆料的陈腐环节，大大缩短工艺时间；本发明采用涂刷法在金属基表面制备涂层，工艺简单，便于操作。

发明内容

本发明的目的在于解决以下三个问题：

1本发明制备的覆涂于金属基体表面的涂料具有较高的辐射率，可有效提高加热炉或其它加热设备能量的利用率，达到低碳节能的目的。

2采用超声波法对涂料料浆进行处理，可短时间内使涂料料浆各成分均匀混合，充分分散，料浆不必陈腐，缩短了工艺时间。

3本发明制备的高辐射率涂层抗急冷急热性能良好，在高温下使用时涂层不易脱落。

涂层的制备方法如下：

(1)涂料的制备：将熔块、硅酸锆、三氧化二铬、粘土、碳化硅、二氧化锰及羧甲基纤维素按一定比例混合，在研钵或行星球磨机中充分研磨使其粒度达到320目以下细度；磨好的粉料用水稀释到适中粘度，在超声波作用下处理15-30分钟。

(2)涂层的制备：

1)将不锈钢管表面用车刀处理或用砂纸打磨光洁后，将其放在20-25％(w.t％)的稀盐酸和6％(w.t％)的NaOH溶液中分别浸泡20分钟，以除去表面的锈和油脂。

2)采用涂刷法在处理好的金属基表面均匀刷涂超声波处理后的涂料料浆，涂层厚度0.3-0.8mm。

3)覆涂好的金属基涂层在室温下自然阴干，然后放入120℃的烘干箱干燥2-3个小时，最后放入电阻炉内加热(500℃前以7-8℃/min升温，500℃后以5-6℃/min升温，最高加热温度可达800-1050℃，最高温度下保温20-60℃min)，随炉冷却即可制得高温高辐射率涂层。

如图1所示，将制备好的金属基涂层试样置于800℃的电炉中加热10分钟，于室温下空冷，如此反复循环操作15次涂层几乎没有脱落。

如图2所示，将制备好的金属基涂层试样放到冷水中浸泡24小时，涂层丝毫没有脱落，未见其它任何明显变化。

由热震性和耐水性实验可看出：涂层和金属基表面发生了良好的热化学反应和渗透现象，从而有效的提高金属基与涂层间的结合力，使得在急冷急热条件下多次使用不易脱落。

本发明的特点：本发明制备的金属基耐高温的高辐射率涂料料浆在超声波作用下液体的超声空化作用引起分子晶体结构的改变，同时涂料的各种成分短时间内混合均匀且取得良好的分散效果，省去传统工艺中浆料陈腐环节，缩短工艺时间；且涂层组分与金属基体间发生热化学反应，使涂层与金属基结合牢固，使得使用寿命延长。

附图说明

图1不锈钢管涂层在800℃下加热后空冷反复循环15次后的形貌

图2不锈钢管涂层在冷水中浸泡24小时后的形貌

具体实施方式

实施例1：涂料各组分按比例(重量百分比)混合：熔块(55-65％)、硅酸锆(10-15％)、粘土(0-5％)、三氧化二铬(15-25％)、碳化硅(5-10％)、二氧化锰(0-5％)、羧甲基纤维素(0.1-0.5％)，混合后，研磨到320目以下细度，加水稀释到适中粘度，超声波处理15-20分钟。