一種高溫抗腐蝕涂層材料及其使用方法和應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及高溫抗腐蝕涂層材料領域，尤其涉及一種工業窯爐爐襯用高溫抗腐蝕涂層材料及其使用方法和應用。
【背景技術】
[0002]陶瓷纖維(例如:氧化鋁、硅酸鋁等)是一類具有容重輕、熱穩定性好、熱導率低、熱容量小、抗機械振動好、易切割加工等特點的輕質耐火材料。近年來，隨著陶瓷纖維板質量的不斷提高，越來越多的工業窯爐采用陶瓷纖維板替代傳統的耐火磚，作為爐膛受熱面的耐火材料。但本申請的發明人發現采用現有陶瓷纖維板作為爐膛受熱面的耐火材料至少存在以下缺點:第一，現有陶瓷纖維板的表面強度差、易產生掉渣；第二，現有陶瓷纖維板的抗酸堿腐蝕和抗渣侵蝕能力差，極容易受酸性或堿性物質所腐蝕出現粉化脫落現象，因此這極大地限制了現有陶瓷纖維板在工業窯爐中的應用范圍。
【發明內容】
[0003]針對現有技術中的上述不足之處，本發明提供了一種高溫抗腐蝕涂層材料及其使用方法和應用；該涂層材料不僅具有結構致密、表面強度高、耐高溫及抗腐蝕性能好等優點，而且與基體結合能力強、抗熱震性能好、不易脫落，適合涂覆于工業窯爐的爐襯表面作為爐膛受熱面的耐火材料。
[0004]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0005]—種高溫抗腐蝕涂層材料，由抗腐蝕性粉體與膠體按照1:1?1:2的重量比混合而成；
[0006]其中，所述的抗腐蝕性粉體由鎂鋁尖晶石粉體和白剛玉粉體混合而成，鎂鋁尖晶石粉體的總重量占抗腐蝕性粉體總重量的70%?98%，白剛玉粉體的總重量占抗腐蝕性粉體總重量的2%?30% ;所述的膠體為改性氧化鋁溶膠或改性氧化鋯溶膠。
[0007]優選地，所述改性氧化鋁溶膠中，氧化鋁的總重量占該改性氧化鋁溶膠總重量的6%?15%。
[0008]優選地，所述的改性氧化鋁溶膠由透明氧化鋁溶膠、水合氧化鋁納米粉體、氧化鋁納米粉體和去離子水混合而成；其中，水合氧化鋁納米粉體的用量占所述改性氧化鋁溶膠總重量的2%?5%;氧化鋁納米粉體的用量占所述改性氧化鋁溶膠總重量的0%?3%，并且該氧化鋁納米粉體的平均粒徑為20?35納米。
[0009]優選地，所述改性氧化鋯溶膠中，氧化鎂納米粉體的總重量占該改性氧化鋯溶膠總重量的1%?5%，氧化鋯的總重量占該改性氧化鋯溶膠總重量的4%?10%。
[0010]優選地，所述的改性氧化錯溶膠由氧化錯含量為5%?12%的氧化錯溶膠與平均粒徑為15?30納米的輕質氧化鎂納米粉體混合而成。
[0011]優選地，所述的抗腐蝕性粉體的粒度均小于50微米，平均粒徑小于10微米，粒徑小于2微米的抗腐蝕性粉體至少占全部抗腐蝕性粉體總重量的20%。
[0012]—種高溫抗腐蝕涂層材料的使用方法，將上述技術方案中所述的高溫抗腐蝕涂層材料涂覆在工業窯爐爐膛內襯的陶瓷纖維板上，形成耐高溫抗腐蝕涂層。
[0013]優選地，所述耐高溫抗腐蝕涂層的涂層厚度為0.1?0.6_。
[0014]優選地，涂覆后通風晾置6?36小時，然后以每分鐘3?6°C的升溫速率升溫至100tC以上，再保溫2小時以上，從而在工業窯爐爐膛內襯的陶瓷纖維板上形成耐高溫抗腐蝕涂層。
[0015]—種工業窯爐，采用了上述技術方案中所述的高溫抗腐蝕涂層材料的使用方法在該工業窯爐爐膛內襯的陶瓷纖維板上形成了耐高溫抗腐蝕涂層。
[0016]由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例所提供的高溫抗腐蝕涂層材料按特定的重量比將鎂鋁尖晶石與白剛玉粉體相混合，從而使最終制得的涂層不僅具有鎂鋁尖晶石的高強度、高溫耐火、耐化學侵蝕、抗渣侵蝕等優異性能，而且可以使最終制得的涂層結構更加致密、熱膨脹系數與基體匹配更好；同時，本發明所提供的高溫抗腐蝕涂層材料采用了改性氧化鋁溶膠或改性氧化鋯溶膠作為粘結性膠體，從而使最終制得的涂層不僅與基體結合能力更強、抗熱震性能更好、更加不易脫落，而且進一步提升了最終制得涂層的結構致密性和抗腐蝕性能。由此可見，本發明所提供的高溫抗腐蝕涂層材料不僅具有結構致密、表面強度高、耐高溫及抗腐蝕性能好等優點，而且與基體結合能力強、抗熱震性能好、不易脫落，適合涂覆于工業窯爐的爐襯表面作為爐膛受熱面的耐火材料。
【具體實施方式】
[0017]下面對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護范圍。
[0018]下面對本發明所提供的高溫抗腐蝕涂層材料及其使用方法和應用進行詳細描述。
[0019](一)一種高溫抗腐蝕涂層材料
[0020]—種高溫抗腐蝕涂層材料，由抗腐蝕性粉體與膠體按照1:1?1:2的重量比混合
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[0021]其中，所述的抗腐蝕性粉體由鎂鋁尖晶石粉體和白剛玉粉體混合而成，鎂鋁尖晶石粉體的總重量占抗腐蝕性粉體總重量的70%?98%，白剛玉粉體的總重量占抗腐蝕性粉體總重量的2%?30%。所述的膠體為改性氧化鋁溶膠或改性氧化鋯溶膠。
[0022]其中，所述改性氧化鋁溶膠中，氧化鋁的總重量占該改性氧化鋁溶膠總重量的6%?15% ;所述改性氧化鋯溶膠中，氧化鎂納米粉體的總重量占該改性氧化鋯溶膠總重量的1%?5%，氧化鋯的總重量占該改性氧化鋯溶膠總重量的4%?10%。
[0023]具體地，該高溫抗腐蝕涂層材料可以包括以下實施方案:
[0024](I)所述的抗腐蝕性粉體的粒度均小于50微米，平均粒徑小于10微米，粒徑小于2微米的抗腐蝕性粉體至少占全部抗腐蝕性粉體總重量的20%。采用這一粒度分布的抗腐蝕性粉體可以使最終制成的涂層具有較高的致密性，與基體具有良好的結合力，并且可以使最終制成的涂層具有更好的強度和抗腐蝕性能。
[0025](2)所述的改性氧化鋁溶膠由透明氧化鋁溶膠、水合氧化鋁納米粉體、氧化鋁納米粉體和去離子水混合而成。其中，水合氧化鋁納米粉體的用量占所述改性氧化鋁溶膠總重量的2%?5%;氧化鋁納米粉體的用量占所述改性氧化鋁溶膠總重量的0%?3%，并且該氧化鋁納米粉體的平均粒徑為20?35納米。上述抗腐蝕性粉體在該改性氧化鋁溶膠中的分散性較好，而且通過添加水合氧化鋁納米粉體和氧化鋁納米粉體可以提高最終制得涂層的燒結性能，有利于獲得致密涂層。此外，采用上述抗腐蝕性粉體與該改性氧化鋁溶膠所制得的涂層具有一定的韌性以及良好的抗熱震性能，可以適用于多種基體材料使用，例如:可以適用于各種不同成分和耐火度的硅酸鋁陶瓷纖維板或氧化鋁陶瓷纖維板，還可以用于各類娃招基的耐火磚。
[0026](3)所述的改性氧化鋯溶膠由氧化鋯含量為5%?12%的氧化鋯溶膠與平均粒徑為15?30納米的輕質氧化鎂納米粉體混合而成。氧化鋯本身具有強的抗腐蝕性能，但氧化鋯的熱膨脹特性與陶瓷纖維板難以匹配，尤其是在高溫1100°C附近，氧化鋯會發生相變而產生大的體積變化，因此單純的氧化鋯溶膠難以獲得高質量的涂層。本發明中通過向氧化鋯溶膠中添加特定比例、特定粒度范圍的氧化鎂納米粉體可以有效調節涂層的熱膨脹系數，并且可以抑制氧化鋯由于高溫相變引起的體積變化對涂層所產生的影響，從而采用該改性氧化鋯溶膠可以獲得具有更好抗腐蝕性能的耐高溫涂層材料。
[0027]進一步地，該高溫抗腐蝕涂層材料的制備方法可以包括如下步驟:
[0028]A、制備抗腐蝕性粉體的步驟:按照上述技術方案中的重量比分別稱取鎂鋁尖晶石粉體和白剛玉粉體，并放入球磨罐中進行球磨，直至得到所需粒度分布的抗腐蝕性粉體。
[0029]B、制備膠體的步驟:
[0030]①制備改性氧化鋁溶膠的步驟:將占改性氧化鋁溶膠總重量的2%?5%的水合氧化鋁納米粉體與適量的去離子水充分攪拌，然后加入占改性氧化鋁溶膠總重量的0%?3 %、平均粒徑為20?35納米的氧化鋁納米粉體充分攪拌，再加入氧化鋁含量為8%?20% (按重量百分比計)的透明氧化鋁溶膠，充分攪拌混合均勻，最終配置成氧化鋁含量為6%?15% (按重量百分比計)的改性氧化鋁溶膠，用作該高溫抗腐蝕涂層材料的膠體。
[0031]②制備改性氧化鋯溶膠的步驟:將平均粒徑為15?30納米的輕質氧化鎂納米粉體加入到氧化鋯含量為5%?12% (按重量百分比計)的氧化鋯溶膠中，輕質氧化鎂納米粉體的用量占改性后氧化鋯溶膠總重量的1%?5%，充分攪拌均勻后，可以加入適量的去離子水，最終得到氧化鋯的總重量占改性氧化鋯溶膠總重量4%?10 %的改性氧化鋯溶膠，用作該高溫抗腐蝕涂層材料的膠體。
[0032]C、原料混合的步驟:將上述抗腐蝕性粉體與上述改性氧化鋁溶膠或改性氧化鋯溶膠按照1:1?1:2的重量比相混合，攪拌均勻后，即制得本發明提供的高溫抗腐蝕涂層材料。
[0033]需要說明的是，該高溫抗腐蝕涂層材料的耐高溫和抗腐蝕原理如下:鎂鋁尖晶石是一種性能優異的高溫耐火材料，具有良好的耐化學侵蝕性能和抗渣侵蝕性能，抗熱震穩定性好，同時具有熱導率低、強度高和耐磨性能好等優點，能在氧化氣氛和還原氣氛中保持較好的穩定性。本發明所提供的高溫抗腐蝕涂層材料是按特定的重量比將鎂鋁尖晶石與白剛玉粉體相混合，從而使最終制得的涂層不僅具有鎂鋁尖晶石的高強度、高溫耐火、耐化學侵蝕、抗渣侵蝕等優異性能，而且可以使最終制得的涂層結構更加致密、熱膨脹系數與基體匹配更好；同時，本發明所提供的高溫抗腐蝕涂層材料采用了改性氧化鋁溶膠或改性氧化鋯溶膠作為粘結性膠體，從而使最終制得的涂層不僅與基體結合能力更強、抗熱震性能更好、更加不易脫落，而且進一步提升了最終制得涂層的結構致密性和抗腐蝕性能。
[0034]由此可見，本發明所提供的高溫抗腐蝕涂層材料不僅具有結構致密、表面強度高、耐高溫及抗腐蝕性能好等優點，而且與基體結合能力強、抗熱震性能好、不易脫落，適合涂覆于工業窯爐的爐襯表面作為爐膛受熱面的耐火材料。
[0035]( 二 )上述高溫抗腐蝕涂層材料的使用方法和應用
[0036]—種高溫抗腐蝕涂層材料的使用方法，包括:將上述技術方案中所述的高溫抗腐蝕涂層材料涂刷或噴涂在工業窯爐爐膛