本發(fā)明屬于功能性涂膜領(lǐng)域，更具體地涉及一種用于薄鋼板的耐腐蝕高韌性環(huán)保型復合結(jié)晶膜漿料。
背景技術(shù)：
1、填料塔在化工、石油、冶金、環(huán)保等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，是一種重要的氣液傳質(zhì)設(shè)備。為了緩解壁流效應(yīng)，增加傳質(zhì)表面積，填料塔中布置有填料。填料是塔內(nèi)氣液兩相間接觸傳質(zhì)的基本構(gòu)件。金屬材質(zhì)填料具有加工壁薄、空隙率大、通量大、阻力小、耐熱、分離效率高等特點而被廣泛大量使用。金屬材質(zhì)填料一般制作成規(guī)整填料或鮑爾環(huán)、拉西環(huán)等形狀。不論何種形狀，約為厚度0.1-2mm的薄鋼板加工而成。薄鋼板在高溫、腐蝕環(huán)境下容易氧化，導致填料堵塞、損毀等問題。薄鋼板的高溫防腐是提高填料壽命和應(yīng)用效果的重要手段。
2、管式換熱器管束、板式換熱器板片以及其他換熱、加熱裝置中的0.1-2mm合金鋼材同樣存在腐蝕損毀、防腐措施不牢靠的問題，已有的技術(shù)手段有金屬表面鈍化膜防腐，但不足以應(yīng)對多種腐蝕元素的侵蝕，在小分子和氣體腐蝕元素環(huán)境下，鈍化膜效果不理想。還有金屬表面搪瓷，雖然可以耐高溫耐腐蝕，但是基材在應(yīng)用過程中處于震動的工況中，搪瓷材料韌性很差，易破碎。因此需要一種耐多元素腐蝕，高韌性的表面材料保護薄鋼板。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的某些或某個問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于薄鋼板的耐腐蝕高韌性環(huán)保型復合結(jié)晶膜漿料。
2、本發(fā)明選用了天然或粗加工即可獲取的高爐礦渣、軟質(zhì)高嶺土、透輝石、菱鎂石、鈣鉻榴石作為部分原料，代替了高純氧化鋁微粉、超細二氧化硅微粉等高能耗、易產(chǎn)生污染的工業(yè)原料，成功開發(fā)出環(huán)保型復合結(jié)晶膜漿料。
3、本發(fā)明通過研究微晶玻璃增韌機理、復合結(jié)晶膜增韌機理、藍晶石熱穩(wěn)定性，結(jié)合各種腐蝕元素實驗驗證，設(shè)計應(yīng)用于薄鋼板的耐腐蝕高韌性環(huán)保型復合結(jié)晶膜漿料。防腐蝕通過兩方面實現(xiàn)，其一，材料自身不與腐蝕元素反應(yīng)，具有化學惰性。其二，提高結(jié)晶膜材料致密程度，腐蝕元素不會滲透復合結(jié)晶膜材料。材料的高韌性通過復合結(jié)晶膜應(yīng)用相變增韌、晶須增韌和網(wǎng)格微裂紋增韌等技術(shù)實現(xiàn)。
4、根據(jù)本發(fā)明的一種用于薄鋼板的耐腐蝕高韌性環(huán)保型復合結(jié)晶膜漿料，通過以下組分混合而成：藍晶石增韌微晶玻璃微粉30-45重量份、聚硅氮烷25-40重量份、氯氧化鋯6-10重量份、高爐礦渣3-6重量份、二氧化釩2-5重量份、碳酸鈉1-4重量份、改性軟質(zhì)高嶺土3-7重量份、鈦酸鋇3-7重量份、穩(wěn)定劑0.5-2重量份、增韌劑a?1-3重量份、固化劑3-6重量份、溶劑3-6重量份。
5、具體情況下，所述藍晶石增韌微晶玻璃微粉的原料組分為：氧化硼20-25重量份、透輝石15-25重量份、氫氧化鋁5-10重量份、菱鎂石8-15重量份、鈣鉻榴石8-12重量份、二氧化釩5-8重量份、氟化鋁3-6重量份、氧化鈦4-8重量份、析晶劑2-5重量份、助熔劑0.5-3重量份、增韌劑b1-3重量份、消泡劑0.2-0.8重量份。
6、優(yōu)選情況下，析晶劑是氟化鈣，助溶劑是氧化鈉和五氧化二釩的組合物，兩者重量比例是1:1，增韌劑b是氧化鐿和氧化釤的組合物，兩者重量比是1:2，消泡劑是硬脂酸。
7、具體情況下，所述藍晶石增韌微晶玻璃微粉的制備過程為：
8、(1)混合熔融：將所有組分混合，升溫至1550℃-1650℃，混合物變?yōu)榫娜廴趹B(tài)，澄清且排出氣泡；以8-10℃/min的速率降至1180℃至1200℃，保溫4-6小時；繼續(xù)以4-6℃/min的速率降至770℃至800℃，保溫8-10小時；繼續(xù)以10-15℃/min的速率降至常溫；
9、(2)核化處理：將玻璃態(tài)混合物以2-3℃/min的速率升至650℃至700℃，保溫15-16小時；
10、(3)晶化處理：繼續(xù)以2-3℃/min的速率升至1250℃至1300℃，保溫10-12小時；繼續(xù)以1-2℃/min的速率降至常溫，得到增韌微晶玻璃；
11、(4)破碎制粉：將得到的藍晶石增韌微晶玻璃破碎，使用高能球磨機制成6-10μm的藍晶石增韌微晶玻璃微粉。
12、優(yōu)選情況下，所述穩(wěn)定劑是氧化釹，粒度為200-500nm。
13、優(yōu)選情況下，所述增韌劑a是納米晶氧化鋯，粒度為10-50nm。
14、優(yōu)選情況下，所述固化劑是丙烯酸、丁烯二酸或甲基丙烯酸。
15、優(yōu)選情況下，所述溶劑是正辛烷、二甲苯、丙酮中的一種或多種。
16、本發(fā)明復合結(jié)晶膜漿料的生產(chǎn)是將原料按照設(shè)計比例投入高速分散機中均勻分散后研磨、過濾、包裝，即得到加熱爐爐管使用的復合結(jié)晶膜漿料，復合結(jié)晶膜應(yīng)用的實施步驟為：
17、(1)將薄鋼板表面進行酸洗處理，除去氧化層和雜質(zhì)。
18、(2)在常溫下，將復合結(jié)晶膜漿料均勻噴涂或浸涂于薄鋼板表面，厚度20-60微米；
19、(3)通過自然干燥排除水分；
20、(4)進行烘烤成膜即可投入使用，并且形成膜在加熱爐工作過程中進一步高溫反應(yīng)燒結(jié)。
21、通過性能測試表明，施用于薄鋼板的復合結(jié)晶膜具有耐腐蝕、高韌性的性能，其是通過如下技術(shù)原理實現(xiàn)的：
22、(1)高爐礦渣、軟質(zhì)高嶺土的主要結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的硅氧四面體和鋁氧四面體，具有非晶態(tài)和準晶態(tài)的緊密的聚合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，憑此特點作為結(jié)晶膜涂層的基體結(jié)構(gòu)，可將堿金屬離子固溶到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的間隙中，形成共價鍵和離子健結(jié)合，復合結(jié)晶膜可獲得較高韌性。
23、(2)復合結(jié)晶膜漿料在升溫過程中聚硅氮烷熱分解，生成sio2、sicn及少量si3n4，這類物相均有助于提高復合結(jié)晶膜的抗高溫氧化，抗高溫蠕變性能，提高硬度，提高熱穩(wěn)定性及增強耐磨性能。
24、(3)增韌微晶玻璃微粉是以硼硅玻璃為基體，以藍晶石為主晶相，以及細小的莫來石晶須組成的近零氣孔的微晶玻璃。硼硅玻璃較單一的硅玻璃具有更好的熱穩(wěn)定性，且藍晶石具有高強度，熱震性能優(yōu)異的特點，通過稀土化合物氧化鐿和氧化釤的加入，可抑制藍晶石晶粒長大，微晶玻璃中的藍晶石細小且均勻，材料整體韌性得到提高。此外，在微晶玻璃制備過程中，氫氧化鋁、透輝石在助熔劑作用下1300℃時生成莫來石晶須，莫來石晶須是細小的針狀結(jié)構(gòu)，起到了晶須增強增韌的效果。當復合結(jié)晶膜材料添加藍晶石增韌微晶玻璃微粉作為骨架結(jié)構(gòu)時，配合聚硅氮烷填補材料微氣孔和較大裂紋，讓復合結(jié)晶膜形成致密，高韌性的涂層材料。
25、(4)復合結(jié)晶膜漿料在升溫過程中，其中的鈦酸鋇、軟質(zhì)高嶺土和高爐礦渣在碳酸鈉作用下，原位生成鈦酸鋁及鈦酸鋁鈉針狀晶體，并在稀土氧化釹作用下抑制了針狀晶體持續(xù)長大，最終在材料中形成細小針狀晶體結(jié)構(gòu)，起到了釘扎效果，鈦酸鋁及鈦酸鋁鈉進一步提高了復合結(jié)晶膜材料的韌性與強度。此外稀土元素促進材料形成網(wǎng)格化的微裂紋，亦可提高材料的韌性。
26、本發(fā)明的復合結(jié)晶膜材料應(yīng)用于薄鋼板表面，可顯著提高其耐腐蝕性能，在薄鋼板震動扭曲情況下，復合結(jié)晶膜仍然可以不產(chǎn)生裂紋，不脫落，保護基材。
1.一種用于薄鋼板的耐腐蝕高韌性環(huán)保型復合結(jié)晶膜漿料，其特征在于，通過以下組分混合而成：藍晶石增韌微晶玻璃微粉30-45重量份、聚硅氮烷25-40重量份、氯氧化鋯6-10重量份、高爐礦渣3-6重量份、二氧化釩2-5重量份、碳酸鈉1-4重量份、改性軟質(zhì)高嶺土3-7重量份、鈦酸鋇3-7重量份、穩(wěn)定劑0.5-2重量份、增韌劑a?1-3重量份、固化劑3-6重量份、溶劑3-6重量份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于薄鋼板的耐腐蝕高韌性環(huán)保型復合結(jié)晶膜漿料，其特征在于，所述藍晶石增韌微晶玻璃微粉的原料組分為：氧化硼20-25重量份、透輝石15-25重量份、氫氧化鋁5-10重量份、菱鎂石8-15重量份、鈣鉻榴石8-12重量份、二氧化釩5-8重量份、氟化鋁3-6重量份、氧化鈦4-8重量份、析晶劑2-5重量份、助熔劑0.5-3重量份、增韌劑b1-3重量份、消泡劑0.2-0.8重量份。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于薄鋼板的耐腐蝕高韌性環(huán)保型復合結(jié)晶膜漿料，其特征在于，其中，析晶劑是氟化鈣，助溶劑是氧化鈉和五氧化二釩的組合物，兩者重量比例是1:1，增韌劑b是氧化鐿和氧化釤的組合物，兩者重量比是1:2，消泡劑是硬脂酸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于薄鋼板的耐腐蝕高韌性環(huán)保型復合結(jié)晶膜漿料，其特征在于，所述藍晶石增韌微晶玻璃微粉的制備過程為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于薄鋼板的耐腐蝕高韌性環(huán)保型復合結(jié)晶膜漿料，其特征在于，所述高爐礦渣粒度為1-50μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于薄鋼板的耐腐蝕高韌性環(huán)保型復合結(jié)晶膜漿料，其特征在于，所述改性軟質(zhì)高嶺土粒度為1-20μm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于薄鋼板的耐腐蝕高韌性環(huán)保型復合結(jié)晶膜漿料，其特征在于，所述穩(wěn)定劑是氧化釹，粒度為200-500nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于薄鋼板的耐腐蝕高韌性環(huán)保型復合結(jié)晶膜漿料，其特征在于，所述增韌劑a是納米晶氧化鋯，粒度為10-50nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于薄鋼板的耐腐蝕高韌性環(huán)保型復合結(jié)晶膜漿料，其特征在于，所述固化劑是丙烯酸、丁烯二酸或甲基丙烯酸。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于薄鋼板的耐腐蝕高韌性環(huán)保型復合結(jié)晶膜漿料，其特征在于，所述溶劑是正辛烷、二甲苯、丙酮中的一種或多種。