[发明专利]一种环保型耐超高温无机涂料及制备方法与应用有效

专利信息
申请号: 201210069687.5 申请日: 2012-03-16
公开(公告)号: CN102627875A 公开(公告)日: 2012-08-08
发明(设计)人: 王成;王文;吴航;王群昌;朱圣龙;王福会 申请(专利权)人: 中国科学院金属研究所
主分类号: C09D1/02 分类号: C09D1/02;C09D5/38
代理公司: 沈阳优普达知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 21234 代理人: 张志伟
地址: 110016 辽*** 国省代码: 辽宁;21
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摘要:
搜索关键词: 一种 环保 超高温 无机 涂料 制备 方法 应用
【说明书】:

技术领域

发明涉及金属零部件的超高温防护技术,具体为一种环保型耐超高温无机涂料及制备方法与应用。

背景技术

高性能推进剂的使用使得固体火箭发动机燃气温度也相应提高,这就要求所用材料必须具有高熔点、耐冲击等性能。当温度从常温以大于2000℃/s的速度瞬间升高到3000℃以上时,产生极大的温度梯度和热应力,一般金属材料很难承受火箭推进剂燃烧爆炸所产生的高能量烧蚀和燃烧物所产生的固体颗粒的强烈机械冲击作用,如果烧蚀严重,将直接影响发动机的推力和效率,甚至失去工作能力。

采用涂层技术对金属构件的超高温防护具有重要意义,常用的涂层有难熔金属及合金、难熔陶瓷材料、难熔碳化物、难熔硼化物和C/C复合材料等,但这些涂层技术的缺点是制备工艺复杂,对于大型、结构复杂的零部件施工困难。

纯钨有很好的抗烧损和抗冲刷能力,其烧蚀率很低,但因抗热震性差,工作时易开裂。钨渗铜涂层是一种研究和使用较多的涂层,但它的导热系数较大,从而可能引起基体金属的过热烧损。金属陶瓷如HfC基材料,熔点高达3890℃,其烧损主要是由于材料脆,抗热震性能差,经受不住强烈的热冲击而崩裂。硼化物/碳化物复相陶瓷材料的抗氧化性较差。超高温陶瓷可以在高超声速的极端条件下工作,但是这种材料的主要问题是低的断裂韧性和抗热震性。C/C复合材料的高温结构性能优异,但抗氧化性差,烧蚀严重,不能承受固体粒子冲刷,这种材料很适合在液体燃料的场合使用,但不适合用于固体燃料的场合。

无机涂料耐高温性能优越,可达1000℃以上,但存在易开裂等缺点。以水性富锌涂料为代表的无机涂料具有较好的耐高温性能,但由于涂层中含有大量的低熔点锌粉,使用温度不超过500℃。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环保型耐超高温无机涂料及制备方法与应用,解决在超高温环境中服役的金属构件的防护问题,简化施工工艺,降低生产成本。

本发明的技术方案是:

一种环保型耐超高温无机涂料,包括液态硅酸盐、三聚磷酸铝粉、钇稳定的氧化锆粉(即Y2O3稳定的ZrO2,简称YSZ粉)、金属钨粉、碳化钛粉和锌粉;按重量百分比计,液态硅酸盐占20~60%,三聚磷酸铝粉占3~20%,YSZ粉占5~50%,金属钨粉占5~50%,碳化钛粉占5~30%,锌粉占5~25%;其中,液态硅酸盐为硅酸钾、硅酸钠或二者混合物的水溶液,溶液中硅酸盐的重量百分含量为30~40%;以蒸馏水为溶剂调节涂料的粘度,蒸馏水与上述物质的重量比例为1∶(4~10)。

本发明中,按重量百分比计,优选的涂料组成为:

液态硅酸盐占30~50%,三聚磷酸铝粉占5~10%,YSZ粉占10~30%,金属钨粉占10~30%,碳化钛粉占10~20%,锌粉占5~10%。

本发明中,硅酸盐的模数为2.5~4.0。

本发明中,钇稳定的氧化锆粉粒径为10nm~100μm,三聚磷酸铝粉、碳化钛粉和锌粉的粒径为5~100μm,钨粉的粒径为10~200μm。

上述环保型耐超高温无机涂料的制备方法为:

首先,将三聚磷酸铝粉、YSZ粉、金属钨粉、碳化钛粉和锌粉充分混合;然后,边搅拌边将上述均匀混合后的混合物加入液态硅酸盐中,充分搅拌;再加入蒸馏水,蒸馏水与上述充分混合后的混合物重量比例为1∶(4~10),在搅拌机中以1500~2500rpm的转速搅拌5~30分钟后,经200目筛网过滤后即得到涂料。

在加入蒸馏水准备进行搅拌时,加入粒径为0.5~1.5mm的玛瑙珠、陶瓷珠或不锈钢珠进行研磨。

上述环保型耐超高温无机涂料的应用为:

采用喷涂、刷涂或浸涂的方式在经过喷砂处理的金属零部件表面制备涂层,涂层在100~200℃的高温炉中固化0.5~2h,一道涂层厚度为80~200μm,根据需要可进行一道或一道以上多道涂装。

本发明中,耐超高温环保型无机涂料用于在2000~3500℃的超高温环境中对金属制件的防护。

本发明的优点及效果:

1、本发明涂料由甲组份液态硅酸盐和乙组份构成,乙组份包括三聚磷酸铝粉、钇稳定的氧化锆粉、金属钨粉、碳化钛粉和锌粉。将甲组份、乙组份和蒸馏水按比例放入搅拌机中搅拌,过滤后即得到耐超高温防护涂层,涂料不含有机溶剂,无毒、无污染。

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