專利名稱：一種高溫紅外輻射釉料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高溫紅外輻射釉料及其制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，各種低中溫紅外輻射釉料材料已得到迅速發(fā)展，如專利CN 1463940A，但其使用溫度為850°C以下，且高紅外輻射區(qū)域僅限于8-25 μ m遠(yuǎn)紅外波段，不利于高溫下的輻射傳熱。我國航空工業(yè)部從前蘇聯(lián)引進(jìn)的高溫釉質(zhì)涂層技術(shù)，經(jīng)過航空材料研究院的多年試驗研究已定型了 W-2、T-I及B-1000等三種產(chǎn)品，但其基體只能是鎳鈷合金，且制備工藝嚴(yán)格，必須在專門設(shè)備中制備；尚不能在民品上應(yīng)用。美國、日本、南韓等國公布的高溫釉料，如NBSA-19等，雖然使用溫度達(dá)到了 1000°C，但成本高昂，而且不具備高輻射功能，有的還含有對人體有害的氧化鈹。中國專利“一種高溫抗?jié)B碳耐腐蝕紅外輻射釉料及其制備方法，公開號CN1837117A”公開了使用溫度高于850°C、2. 5_20 μ m全紅外波段發(fā)射率高、用于耐熱金屬表面的紅外輻射釉料及其制備方法，但懸浮性、乳濁性能差，因而為了減少松孔而形成致密的釉層需噴覆或涂制三次，由此釉層厚度高達(dá)0. 17-0. 22毫米，這不僅浪費了釉料，而且造成釉層厚薄不均勻，機(jī)械強(qiáng)度和抗熱震性能降低，加之組成中存在概念不清楚的材料名稱，導(dǎo)致難以實施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服上述不足，提供一種高溫紅外輻射釉料及其制備方法。其懸浮性、乳濁性能好，僅需噴覆或涂制一次就能在基體表面形成表面光滑、均勻度高、機(jī)械強(qiáng)度高、抗熱震性能好的釉層，且易于燒結(jié)，不脫落；長期使用溫度可達(dá)1050°C，在2. 5-20 μ m全紅外波段的法向全發(fā)射率為0. 87-0. 92，可用于各種加熱、干燥設(shè)備中的耐熱鋼等金屬加熱基體，應(yīng)用廣泛。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種高溫紅外輻射釉料，其特征在于其主要組成成分按重量百分比計為玻璃鱗片5-40%、玻璃料10-17%、三氧化二鉻17-30%、氟化鈣1_2%、搪瓷底釉6_23%、堇青石7-12 %、高發(fā)射率材料5-10 %、乳狀納米三氧化二鋁0. 4-2. 0 %，且玻璃鱗片+玻璃料22-50%。按上述方案，所述的高溫紅外輻射釉料主要組成成分按重量百分比計為玻璃鱗片8-33%、玻璃料13-17%、三氧化二鉻20- %、氟化鈣1_2%、搪瓷底釉17-22 %、堇青石7-12 %、高發(fā)射率材料5-10 %、乳狀納米三氧化二鋁0. 8-1. 5 %，且玻璃鱗片+玻璃料25-49% ο按上述方案，所述的玻璃鱗片為SW2的重量百分?jǐn)?shù)彡64%的玻璃鱗片。按上述方案，所述的玻璃料為將回收廢平板玻璃破碎、細(xì)磨處理的玻璃粉料，SiO2的重量百分?jǐn)?shù)彡70%。按上述方案，所述的高發(fā)射率材料是按重量百分?jǐn)?shù)計由三氧化二鐵30%、二氧化
3錳40%，三氧化二鈷10%、氧化銅10%、二氧化鈰10%混合后1260°C Xlh的燒結(jié)產(chǎn)物。按上述方案，所述的乳化納米三氧化二鋁是由納米三氧化二鋁粉體分散在水溶液中得到的重量百分比為15-25%的納米三氧化二鋁乳狀液。按上述方案，所述高溫紅外輻射釉料的制備方法，依次包括以下步驟(1)將搪瓷底釉、堇青石、高發(fā)射率材料分別濕法球磨，濾出磨球，靜置，除去球磨液，然后將球磨濕料烘干，碾細(xì)過篩，得到觀0-320目的細(xì)粉；將納米三氧化二鋁粉體均勻地分散在水溶液中，攪拌均勻，制成重量百分比為15-25%的納米三氧化二鋁乳狀液；取過篩玻璃鱗片、過篩玻璃料、過篩三氧化二鉻、過篩氟化鈣，分別保存待用；(2)按重量百分?jǐn)?shù)計，將玻璃鱗片5-40%、玻璃料10-17%、三氧化二鉻17_30%、氟化鈣1-2 %、搪瓷底釉6-23 %、堇青石7-12 %、高發(fā)射率材料5_10 %，乳狀納米三氧化二鋁0. 4-2. 0%，且玻璃鱗片+玻璃料22-50%，混合攪拌均勻，即得高溫紅外輻射釉料。所述高溫紅外輻射釉料具體的使用方法為(1)配制釉料漿料按重量百分?jǐn)?shù)計將33 42%的粘結(jié)劑和58 67%的高溫紅外輻射釉料混合攪拌均勻，靜置備用。優(yōu)選地，所述的粘結(jié)劑為“一種高溫紅外輻射釉料的粘結(jié)劑，專利號ZL200510120587.0”公開的粘結(jié)劑，其組成及重量百分?jǐn)?shù)為由重量百分比為85-90%的硅溶膠、重量百分比2-5%的鉻酐、重量百分比為8-10%的鋁溶膠組成的硅鉻鋁復(fù)合溶膠80-95 %，硅酸酯2-10 %，硅酸鉀1-10 % ；(2)基體預(yù)處理將基體經(jīng)除塵、去油處理；(3)噴涂采用涂裝方法將步驟(1)攪拌均勻的釉料漿料噴覆或涂制在預(yù)處理的基體表面上，陰干后，釉層厚度為0. 065-0. 08mm ；(4)燒結(jié)釉化釉化溫度比基體工作溫度高100°C，一般8 18mm厚的金屬基體經(jīng)釉化8-12分鐘即可將釉層牢固地?zé)Y(jié)在加熱基體表面上。主要成分作用本發(fā)明加入的玻璃鱗片呈片狀結(jié)構(gòu)，提高了釉料施工噴涂層的均勻性與涂層韌性，增強(qiáng)了高溫下釉質(zhì)涂層的自愈合能力，改善了釉質(zhì)涂層的致密性與封閉性，提高了抗?jié)B碳、抗氧化能力，且玻璃鱗片不含對人體有害或?qū)Νh(huán)境有污染的成分，價格適中。玻璃料的加入不僅進(jìn)一步增強(qiáng)了釉質(zhì)涂層的致密性與封閉性，同時有效地降低了原材料成本。搪瓷底釉的加入可增加釉料與基體的粘結(jié)力，進(jìn)一步提高材料的耐酸堿性能。氟化鈣的加入可兼起乳濁劑和助熔劑的雙重作用。在釉料中加入少量氟化鈣可降低軟化和燒結(jié)釉化溫度，有利于利用加熱基體自身加熱燒成釉化，并得到必要的乳濁度。乳狀納米三氧化二鋁表面積大、活性高、懸浮性好，不僅可代替密著氧化物氧化鈷提高釉層與金屬基體特別是耐熱不銹鋼基體的密著性和附著力，降低成本，而且可提高釉層的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性，降低釉層的熱膨脹系數(shù)。同時由于氟化鈣在燒結(jié)中易揮發(fā)，加入乳狀納米三氧化二鋁能增大熔體的粘度，使氟化鈣擴(kuò)散困難，減少氟化鈣的揮發(fā)而增強(qiáng)乳濁效果。除此外，由于三氧化二鋁熔點高，加入的氟化鈣軟化溫度低，其與搪瓷底釉中存在的少量K、Na結(jié)合可降低加入納米三氧化二鋁后釉料的熔點，以滿足加熱基體自身加熱燒結(jié)釉化的溫度范圍。高熔點三氧化二鉻的加入提高了釉質(zhì)涂層的使用溫度范圍，解決了一般釉質(zhì)涂層在高溫下長期工作易流淌的問題，確保了高溫使用條件下釉料的抗?jié)B碳、抗氧化能力，達(dá)到
4延長施釉基體使用壽命的目的。熱膨脹系數(shù)低的堇青石(硅酸鋁鎂)細(xì)粉的加入使釉料的熱膨脹系數(shù)與基體相近，從而使燒結(jié)在基體表面的釉層結(jié)合牢固，不“崩瓷”。摻入由多種過渡金屬氧化物和二氧化鈰組成的高發(fā)射率材料，并且采用適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)燒結(jié)，可實現(xiàn)“摻雜效果”，調(diào)節(jié)材料電子與離子這兩種缺陷的濃度比例，使釉料在整個紅外波段獲得較高的發(fā)射率。本發(fā)明的有益效果1、本發(fā)明提供的高溫紅外輻射釉料無毒無污染，化學(xué)熱穩(wěn)定性好，易于燒結(jié)、不脫落、長期使用溫度可達(dá)1050°C，2. 5-20 μ m全紅外波段的法向全發(fā)射率ε η為0. 87-0. 92，是一種綜合紅外涂料與陶瓷釉料優(yōu)良性能的高溫抗?jié)B碳耐腐蝕紅外輻射釉料，用于各種加熱、干燥設(shè)備中的耐熱金屬加熱體等基體表面，能強(qiáng)化高溫下的輻射傳熱，提高施釉基體抗?jié)B碳、抗酸堿腐蝕與抗破損能力、延長使用壽命，降低能源消耗，并可廣泛用于工業(yè)與民用品，具有非常廣闊的市場前景。2、氟化鈣與納米三氧化二鋁的共引入揚長補(bǔ)短，相得益彰，不僅可代替密著氧化物氧化鈷，提高釉料與金屬基體特別是與耐熱不銹鋼基體的密著性和附著力，降低成本，并且可減少氟化鈣的揮發(fā)，增強(qiáng)了乳濁效果，減少了噴覆或涂制的次數(shù)與釉層厚度，僅需噴覆或涂制一次就能在基體表面形成表面光滑，均勻度高的釉層，其厚度為僅為0. 065-0. 08mm,從而進(jìn)一步提高釉料的機(jī)械強(qiáng)度與抗熱震性能；同時，氟化鈣軟化溫度低，其與搪瓷底釉中存在的少量K、Na結(jié)合可降低加入納米三氧化二鋁后釉料的熔點，以滿足加熱基體自身加熱燒結(jié)釉化的溫度范圍。3、本發(fā)明采用中國專利“一種高溫紅外輻射釉料的粘結(jié)劑，專利號ZL200510120587.0”公開的粘結(jié)劑(用H4表示)代替國內(nèi)外搪瓷釉料傳統(tǒng)通用的粘土，與高溫紅外輻射釉料混合后噴覆或涂制在經(jīng)預(yù)處理的基體表面上，燒結(jié)后形成了化學(xué)結(jié)合，結(jié)合力和抗震性甚佳，解決了高溫釉層與耐熱鋼等金屬基體的粘結(jié)難題。4、本發(fā)明可通過調(diào)整H4粘結(jié)劑與釉料的重量比等，將釉料的燒結(jié)釉化溫度調(diào)整為950 1150°C范圍，適應(yīng)了實際生產(chǎn)中900 1050°C的工作條件。5、本發(fā)明提供的高溫紅外輻射釉料在使用時可采用涂裝方法噴涂于基體上，不需要專門設(shè)備，燒結(jié)釉化溫度比加熱基體件工作溫度略高100°c左右，可利用加熱基體自身加熱燒成釉化，工藝簡便，成本低，成型性好。


圖1是本發(fā)明實施例1附著高溫紅外輻射釉料的Cr25Ni20耐熱鋼金屬基體經(jīng)950°C固體滲碳40h的金相圖，圖中上側(cè)面為有釉層面，下側(cè)面為無釉層面。圖2是本發(fā)明實施例1附著高溫紅外輻射釉料的Cr25Ni20耐熱鋼金屬基體與無釉層Cr25Ni20耐熱鋼在1050°C X 200h下的氧化時間與氧化增重曲線，圖中1為表面無釉層的Cr25Ni20耐熱鋼；2為本發(fā)明實施例1附著高溫紅外輻射釉料的Cr25Ni20耐熱鋼金屬基體。圖3是本發(fā)明實施例1附著高溫紅外輻射釉料的Cr25Ni20耐熱鋼金屬基體經(jīng)SEM-I紅外發(fā)射率裝置檢測的光譜發(fā)射率曲線，圖中橫坐標(biāo)wavelength(nm)即波長
5(nm)，縱坐標(biāo)Spectral Emittance即光譜發(fā)射率。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步地詳述。下述實施例中所述的高發(fā)射率材料是三氧化二鐵30%、二氧化錳40%，三氧化二鈷10%、氧化銅10%、二氧化鈰10%混合后1260°C Xlh的燒結(jié)產(chǎn)物；所述的粘結(jié)劑為中國專利“一種高溫紅外輻射釉料的粘結(jié)劑，專利號ZL200510120587.0”公開的粘結(jié)劑，簡稱H4粘結(jié)劑，其組成及重量百分?jǐn)?shù)為由重量百分比為85-90%的硅溶膠，重量百分比2-5%的鉻酐，重量百分比為8%-10%的鋁溶膠組成的硅鉻鋁復(fù)合溶膠80% -95%,硅酸酯2-10%，硅酸鉀1-10%。實施例1一種高溫紅外輻射釉料的制備方法，將常州市白龍瓷釉廠生產(chǎn)的RD 90-01搪瓷底釉粉、堇青石、高發(fā)射率材料濕法球磨2. 5h，濾出磨球，靜置lh，除去球磨液，然后將球磨濕料130°C烘干，碾細(xì)過篩，得到觀0-320目的細(xì)粉；將粒度50nm的納米三氧化二鋁粉體均勻地分散在水溶液中，攪拌均勻，制成重量百分比為15 25%的乳狀液；然后將它們與粒度為200目的過篩氟化鈣、粒度為200目的過篩玻璃鱗片、粒度為200目的過篩玻璃料和粒度為325目的過篩三氧化二鉻按重量百分比計為玻璃鱗片20%，玻璃料15%，搪瓷底釉15%,三氧化二鉻27%，氟化鈣1 %，堇青石10%，高發(fā)射率材料10%，乳狀納米三氧化二鋁2% ；選取原料，混勻制成高溫紅外輻射釉料。具體使用方法按重量百分比計，取H4粘結(jié)劑42%，高溫紅外輻射釉料58%配置漿料，攪拌均勻，擱置10分鐘后，噴涂于經(jīng)表面除塵去油預(yù)處理的Cr25Ni20耐熱鋼金屬基體表面上，加熱至1150°C釉化，釉化時間為8-12分鐘，即可將釉料牢固地?zé)Y(jié)在Cr25Ni20耐熱鋼金屬基體表面上。將該基體經(jīng)950°C固體滲碳40h后進(jìn)行金相測試，見圖1，圖中上側(cè)面為有釉層面，下側(cè)面為無釉層面，由圖可得上側(cè)面(有釉層面)的滲碳層厚度僅為下側(cè)面(無釉層面)的1/3，即說明本發(fā)明抗?jié)B碳壽命提高了 2倍。本發(fā)明附著高溫紅外輻射釉料的Cr25Ni20耐熱鋼金屬基體與無釉層Cr25Ni20耐熱鋼1050°C X 200h的氧化時間與氧化增重曲線見圖2，由圖可知與無釉層Cr25Ni20耐熱鋼相比，附著高溫紅外輻射釉料的Cr25Ni20耐熱鋼金屬基體氧化增重減少了 1/2以上，即抗氧化性能好。將本發(fā)明附著高溫紅外輻射釉料的Cr25Ni20耐熱鋼金屬基體經(jīng)SEM-I紅外發(fā)射率裝置檢測，光譜發(fā)射率曲線見圖3，據(jù)此計算的法向全發(fā)射率ε η結(jié)果見表1。由圖5和表1可知該高溫紅外輻射釉料在全紅外波段(2. 5-20 μ m)的全法向發(fā)射率ε可達(dá)0.87-0. 92，尤其是近紅外波段μ m)發(fā)射率很高，可達(dá)到0. 87。表 1
波段/ym2. 5 204 205 20法向全發(fā)射率0. 870. 900. 92
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本發(fā)明附著高溫紅外輻射釉料的Cr25Ni20耐熱鋼金屬基體的其他性能(由國家紅外中心檢測)列于表2。表權(quán)利要求
1.一種高溫紅外輻射釉料，其特征在于其主要組成成分按重量百分比計為玻璃鱗片5-40%、玻璃料10-17%、三氧化二鉻17-30%、氟化鈣1_2%、搪瓷底釉6_23%、堇青石7_12%、高發(fā)射率材料5-10%、乳狀納米三氧化二鋁0. 4-2. 0%，且玻璃鱗片+玻璃料22-50%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫紅外輻射釉料，其特征在于其主要組成成分按重量百分比計為玻璃鱗片8-33%、玻璃料13-17%、三氧化二鉻20-28%、氟化鈣1_2%、搪瓷底釉17-22%、堇青石7-12%、高發(fā)射率材料5-10%、乳狀納米三氧化二鋁0. 8-1. 5%，且玻璃鱗片+玻璃料25-49%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高溫紅外輻射釉料，其特征在于所述的玻璃鱗片為SiO2的重量百分?jǐn)?shù)彡64%的玻璃鱗片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高溫紅外輻射釉料，其特征在于所述的玻璃料為將回收廢平板玻璃破碎、細(xì)磨處理的玻璃粉料，SiO2的重量百分?jǐn)?shù)> 70%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高溫紅外輻射釉料，其特征在于所述的高發(fā)射率材料是按重量百分?jǐn)?shù)計由三氧化二鐵30%、二氧化錳40%，三氧化二鈷10%、氧化銅10%、二氧化鈰10%混合后1260°C Xlh的燒結(jié)產(chǎn)物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高溫紅外輻射釉料，其特征在于所述的乳化納米三氧化二鋁是由納米三氧化二鋁粉體分散在水溶液中得到的重量百分比為15-25%的納米三氧化二鋁乳狀液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫紅外輻射釉料的制備方法，其特征在于，依次包括以下步驟(1)將搪瓷底釉、堇青石、高發(fā)射率材料分別濕法球磨，濾出磨球，靜置，除去球磨液，然后將球磨濕料烘干，碾細(xì)過篩，得到觀0-320目的細(xì)粉；將納米三氧化二鋁粉體均勻地分散在水溶液中，攪拌均勻，制成重量百分比為15-25%的納米三氧化二鋁乳狀液；取過篩玻璃鱗片、過篩玻璃料、過篩三氧化二鉻、過篩氟化鈣，分別保存待用；(2)按重量百分?jǐn)?shù)計，將玻璃鱗片5-40%、玻璃料10-17%、三氧化二鉻17-30%、氟化鈣1-2%、搪瓷底釉6-23%、堇青石7-12%、高發(fā)射率材料5_10%，乳狀納米三氧化二鋁0. 4-2. 0%，且玻璃鱗片+玻璃料22-50%，混合攪拌均勻，即得高溫紅外輻射釉料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高溫紅外輻射釉料及其制備方法。一種高溫紅外輻射釉料，其特征在于其主要組成成分按重量百分比計為玻璃鱗片5-40%、玻璃料10-17%、三氧化二鉻17-30%、氟化鈣1-2%、搪瓷底釉6-23%、堇青石7-12%、高發(fā)射率材料5-10%，乳狀納米三氧化二鋁0.4-2.0%，且玻璃鱗片+玻璃料22-50%。其懸浮性、乳濁性能好，僅需噴覆或涂制一次就能在基體表面形成表面光滑、均勻度高、機(jī)械強(qiáng)度高、抗熱震性能好的釉層，且易于燒結(jié)，不脫落；長期使用溫度可達(dá)1050℃，在2.5-20μm全紅外波段的法向全發(fā)射率為0.87-0.92，可用于各種加熱、干燥設(shè)備中的耐熱鋼等金屬加熱基體，應(yīng)用廣泛。
文檔編號C04B41/86GK102391017SQ20111022714
公開日2012年3月28日 申請日期2011年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月9日
發(fā)明者丁翠嬌, 吳杰, 朱小平, 歐陽德剛, 蔣揚虎, 陳建康 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司