金属基体陶瓷涂料的研究与应用
　　金属基体防护用陶瓷涂料可用于:高温蒸汽管道、热交换器、高温炉、石油裂解设备、发动机排气部位及排气管等;通过阻止导热而达到降低能耗的领域,例如船舶甲板、汽车外壳、油罐外壁等;各类海上运输工具、采油平台、海洋设备等金属构件涂覆的防海水腐蚀涂料。金属基体防护采用陶瓷涂料,与有机涂料相比,具有耐高温、耐磨、耐腐蚀和原料来自于天然矿物的优点,近几年该领域正在形成研究热点。

　　1适用的金属基体

　　1.1钢

　　航空、宇航事业用的无机型涂料耐热可达400～1200℃,但漆膜较脆,须加热才能固化,且对底材的处理要求更严格,对于大型设备的涂装极为不便。一种可以常温固化、耐900～1200℃的涂料[1]适用于高温下使用的钢制炉、蒸汽管道、发动机、排气管、热交换器、导弹发射架等。其由改性环氧树脂20%～80%(质量分数,下同)、陶瓷石英粉10%～50%、防沉剂1%～10%、增稠剂1%～10%、流平剂1%～5%及抑泡剂1%～5%组成A组分;由固化剂5%～30%、石英粉30%～60%、防沉剂1%～10%、增韧剂5%～15%、流平剂1%～5%、促进剂1%～5%和消泡剂1%～5%组成B组分;A、B组分以1∶1现场混合。其中,改性环氧树脂可提高涂层的柔韧性;抑泡剂和消泡剂可提高涂层绝缘性能和防腐性能。反应炉、废物焚化炉和锅炉钢制管壁受高温、腐蚀性气体和腐蚀性固体颗粒的侵蚀,不可能用含间隙的管壁板、耐火材料或混凝土来保护。抗污或抑制固体黏附的易清洁表面(特氟隆效应的低能量表面)或荷叶表面(植物微结构)系有机涂层不耐高温。一种用于锅炉内的金属管壁的陶瓷涂层[2]包含氮化硼以形成低能量的表面,纳米陶瓷颗粒作为粘结剂。

　　1.1.1碳钢

　　在冶金、电力、化工生产中,特别是热电厂的过热器管、再热器管、水冷管、省煤器管的工作气温达600℃以上,气体中夹有30%的8～16目的颗粒,流速约10m/s。为防止管壁高温氧化和磨损,可施涂陶瓷涂料。涂料以陶瓷颗粒为骨料,磷酸与氢氧化铝反应制磷酸二氢铝为基料,添加多种无机填料[3],刷涂于A3样板(40mm×3.5mm×30mm)上。结果表明:当骨料与基料的比值为1.7∶1时,涂层的耐磨性较好。在广东沙角电厂B厂和湖南金竹山电厂试验,施涂在省煤器管部位,效果满意。另外,在A3钢用氧化铝、碳化硅、磷酸铝粘结剂等为原料的涂层[4]的耐磨性是A3钢的2倍。渗Zn层常温抗蚀,但高温耐蚀性不强。耐热元素Si,可形成SiO2膜对基体保护。由锌粉、氯化铵、氧化铝粉组成的渗剂混匀后,加入水和粘结剂并充分搅拌,制成料浆[5];将15.5mm×13mm×215mm的20#钢样板浸入料浆中,使之均匀挂浆;烘干后放入渗罐,在Ar气保护下,加热至480℃,并保持5h渗Zn;渗罐出炉空冷后取出得到料浆渗Zn试样,浸入SiO2水溶胶中一段时间,取出晾干,在600℃空气中烧结1h,随炉冷却,即制备出Zn2-SiO2复合涂层。涂层试样放入石英坩埚中,在空气中500℃高温氧化100h。结果表明,Zn-SiO2复合涂层将渗Zn层的抗氧化性能提高了3倍以上。20g钢用的4种涂料在750℃下的氧化动力学规律对比[6]表明,NiCrSO-Cr3C2合金,涂层和45CT涂层均表现出良好的抗高温氧化性能;FeCrAl涂层的防护效果差一些,应该做封孔处理;在涂层表面形成Cr2C3的氧化膜对元素的扩散可起到有效的抑制作用。电站锅炉20g钢管用的由Al2O3、SiO2、ZrO2、SiC、硅酸钠溶胶配制的陶瓷涂料的试验[7]表明:球磨3h后,涂层的抗高温氧化性能和涂层与基体的结合强度均明显提高;在相同研磨时间下,纯基料比非纯基料的涂层结合强度高;球磨后的粉体长时间放置会团聚,涂层结合强度会降低。