CN101426872A - 耐高温无机复合粘结剂 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种耐高温无机复合粘结剂及其制备方法，所述粘结剂的成分包括：氢氧化铝5％－12％、磷酸15％－35％、稀土氧化物0.1－1％、硅溶胶5－20％、多聚磷酸铝1－15％、硼砂1％－5％、余量为水，本发明的粘结剂可用于高温涂料和高温防氧化涂层等金属工件热处理暂时性保护涂层中，能实现涂料直接在400－1000℃高温金属基体表面喷涂，瞬间形成防氧化涂层，并且在加热炉的高温环境中能持续保持优良的粘结性能，从而有助于减少金属材料在热处理过程中的氧化烧损，提高金属材料表面质量；本发明的粘结剂可用于高温窑炉填补料或耐火材料中，提高材料强度，延长其使用寿命。

Description

耐高温无机复合粘结剂

技术领域

本发明涉及一种用于耐高温材料的无机复合粘结剂及其制备方法， 属 于粘结剂材料领域。 背景技术

要求较长时间处于高温条件 （例如 400-1400 °C ) 下的材料具有优良 的强度和寿命， 在其表面涂覆防护涂层是较简单易行的方法， 例如， 要进 行热轧工序的各种金属基体， 所涂覆的防护涂层必须是耐高温涂层， 而为 实现涂层与材料表面的有效结合， 均需要在涂层原料中添加粘结剂； 很多 耐高温材料， 例如高温窑炉填补料、 耐火材料等， 其材料中耐高温粘结剂 的使用也是必不可少的。

粘结剂的耐高温性能是影响涂层防护效果及耐高温材料强度的重要因 素之一。 ϋ前使用的这类粘结剂一般分为有机粘结剂和无机粘结剂。 有机 粘结剂对受热温度的耐受能力有限， 不能耐受高达 1400°C的温度。 目前 常用的无机粘结剂包括有水玻璃和鱗酸二氢铝。 水玻璃中的钠或钾在高温 下对基体有很强的腐蚀作用， 并且在 900°C以上开始严重分解， 会逐步失 去粘结作用； 常用的磷酸二氢铝或以磷酸二氢铝为主要成分的无机粘结剂 则酸性太强， 会与涂层或材料中其它组分反应剧烈， 产生沉淀， 粘结性能 下降， 例如导致不易于在材料基体表面的均匀涂覆， 并且涂层在高温下容 易开裂， 尤其是温度达到 1200°C更开始出现较强的分解。

提高耐高温涂层的防护性能和耐高温材料的粘结强度， 可利于降低热 轧金属工件在加热炉工序产生的氧化烧损率和提高金属工件表面质量稳定 性， 也利于提高高温窑炉填补料或耐火材料的强度， 延长其使用寿命。 为 解决粘结剂在高温下的稳定性问题， 目前较多的做法是添加一些耐高温助 剂， 例如加入碳化硅类特种材料， 而导致粘结剂的成本增加， 应用范围受 到限制。 发明内容

本发明所欲解决的主要技术问题在于提供一种用于高温环境中的无机 复合粘结剂， 通过对成分及配比的筛选和确定， 得到的粘结剂能在高达

1700 °C的高温下仍可保持良好的粘结性能。

本发明还提供了所述可耐高温的无机复合粘结剂的制备方法。

本发明提供了一种高温无机复合粘结剂， 以所述粘结剂总重量为基 准， 其成分包括： 氢氧化铝 5%-12%、 磷酸 15%-35%、 稀土氧化物 0.1%- 1%、 硅溶胶 5%-20%、 多聚鱗酸铝 1%-15%、 硼砂 1%-5%、 佘量为水。

将本发明的粘结剂添加到耐高温类涂料中， 将常温涂料向高温基体 ( 400-1000 °C )直接喷涂， 可以满足与基体表面能瞬间产生良好的粘附效 果， 粘结剂的存在利于耐高温涂层在基体表面的形成和致密化， 且升温过 程中迅速聚合成网状， 包嵌涂层中的耐高温骨料， 形成致密均匀的膜层， 适用于各种金属工件热处理温度下的防护涂层。 同样， 将本发明粘结剂用 于耐高温材料中， 其在高温环境中也能提供良好的粘结性能， 并提供了所 希望的强度。 本发明的粘结剂产品为 pH接近中性的悬浮液体系， 不仅粘 结力强， 而且对基体无腐蚀性， 可长时间耐受 1700°C高温环境。

本发明的粘结剂中使用的稀土氧化物可以为通过制备或商购得到的各 种稀土氧化物， 例如， 4乙、 镧及镧系元素的氧化物， 常用的可以有氧化 钇、 氧化镧、 氧化铈、 氧化钪、 氧化钕等或几种稀土氧化物的混合。 申请 人的研究发现， 适当的稀土氧化物利于改善本发明粘结剂的性能， 所以， 本发明要求在粘结剂中添加适量的稀土 （一般是以氧化物的形式） ， 而该 稀土氧化物可以是单一一种稀土氧化物， 也可以是多种稀土氧化物的混 合， 对稀土氧化物的具体种类本发明没有特别限定， 上述稀土氧化物含量 以粘结剂中添加的全部稀土氧化物计， 在实际生产中 ·据对粘结剂的应用 要求可以使用制备或商购的氧化物， 也可以直接使用稀土矿， 只要其满足 本发明粘结剂对稀土氧化物添加量的要求。 另外， 本发明的粘结剂中所用 到的其它成分也均为可自行制备或商购的工业产品， 其中的多聚碑酸铝通 常也称聚合磷酸铝， 一般为磷酸铝的三聚物。 采用水为分散介质， 将各成 分混合并在 80-95 °C搅拌反应 1-4 小时， 即可得到本发明的粘结剂， 该粘 结剂此时为乳白色悬浮液体系， 密度 1.6-2.2g/cm³， pH值 4.5-6.5。

本发明的粘结剂 （例如实施例中制备的粘结剂）可适用于各类需要涂 施于耐高温材料表面形成防护层的涂料中， 也可适用于一些耐高温材料 中， 例如用于热轧金属材料的高温涂料和高温防氧化涂料、 阻燃涂料、 高 温窑炉填补料等， 粘结剂在其中的添加量可以为所述耐高温材料重量的 10%-20%, 使耐高温材料在 1200°C时抗拉强度平均为 15兆帕左右， 即， 能在高温环境中长期使用并保持其优良的粘结性能。 具体地：

该粘结剂可用于高温涂层和高温防氧化涂层等金属热处理暂时性保护 涂层中， 能实现涂料直接在 400-1000°C高温金属工件表面喷涂， 瞬间形 成防氧化涂层， 并且在加热炉中能保持优良的粘结性能， 从而有助于减少 金属材料在加热处理过程中的氧化烧损， 提高基体表面质量；

该粘结剂可用于高温窑炉填补料（修补料） 中， 粘结剂与填补料组分 如刚玉、 石英、 铝矾土、 耐火粘土、 以及碳、 碳化物等耐火骨料均有良好 的润湿性和胶合性能， 可与骨料配制成整体构筑材料和修补用材料、 砌筑 材料及接缝材料等不定形耐火浆料。 配制的耐火浆料同样可以实现高温环 境的直接喷涂修补， 填补料在高温下也能具有良好的强度， 测定结果在 1300°C下的平均抗压强度在 90兆帕左右， 抗折强度在 8兆帕左右， 修补 料与基体耐火材料有很好的结合性能， 热膨胀系数相当， 改善了涂层的防 护性能， 利于提高炉体寿命， 节约了修复工期和能量， 也可延长窑炉寿 命； 该粘结剂还可适用于各种耐高温材料中， 例如作为耐火材料或阻燃材 料的粘结剂， 提高耐火材料在高温环境下的强度。

本发明提供的粘结剂的技术特点：

1、 本发明的粘结剂是一种利用无机材料制成的耐高温无机复合粘结 剂， 应用温度范围广， 可以在 1700°C高温环境中保持其粘结性能；

2、 本发明提供的耐高温无机复合粘结剂可替代目前使用的粘结剂添 加于耐高温涂料中， 涂料可直接在 400-1000°C的高温基体表面应用 （例 如喷涂）形成防护涂层， 水分挥发的同时粘结剂组分会瞬间粘附在基体表 面而利于耐高温涂层在基体表面的形成和附着， 形成的耐高温涂层均匀致 密、 抗热震性能好， 利于在高温条件下对基体形进行保护， 防护效果显 著；

3、 本发明提供的耐高温无机复合粘结剂应用范围广， 既可应用于金 属基体的防护涂层， 也可用于高温耐火材料和高温窑炉修补料中。

总之， 本发明粘结剂在冶金及耐火材料领域均有良好的应用前景。 具体实施方式

以下结合具体实施例详细说明本发明的实施方案， 以具体揭示本发明 的实质所在， 但不能理解为对本发明可实施范围的任何限定， 在不脱离该 实质精神的基础上可以有不同的更改和修饰。 实施例 1

原料配比： 氢氧化铝 5kg、 磷酸 25kg、 氧化铈 0.1kg、 硅溶胶 12kg、 多聚礫酸铝 （三聚磷酸铝） 8kg、 硼砂 3kg。

按上述原料配比混合加入 46.9kg水， 在反应器中约 90。C恒温搅拌 2 小时左右， 得到乳白色悬浮液产品， 装入包装容器中， 即得到耐高温无机 复合粘结剂产品。 实施例 2

原料配比： 氢氧化铝 7kg、 磷酸 32kg、 氧化钇 0.2kg、 硅溶胶 8kg、 多聚磷酸铝 5kg、 硼 、lkg。

按上述原料配比混合加入 46.8kg 自来水， 在反应器中约 85°C恒温搅 拌 3小时左右， 得到乳白色悬浮液产品， 装入包装容器中， 即得到耐高温 无机复合粘结剂产品。 实施例 3

原料配比： 氢氧化铝 5kg、 磷酸 16kg、 氧化镧 0.6kg、 硅溶胶 15kg, 多聚磷酸铝 12kg、 硼 、 4kg。

按上述原料配比混合加入 47.4kg 自来水， 在反应器中约 95°C恒温搅 拌 1小时左右， 得到乳白色悬浮液产品， 装入包装容器中， 即得到耐高温 无机复合粘结剂产品。 实施例 4

原料配比： 氢氧化铝 8kg、 磷酸 30kg、 氧化钪 0.3kg、 硅溶胶 6kg 多聚磷酸铝 3kg、 硼 、 2kg。

按上述原料配比混合加入 50.7kg 自来水， 在反应器中约 95°C恒温搅 拌 3小时左右， 得到乳白色悬浮液产品， 装入包装容器中， 即得到耐高温 无机复合粘结剂产品。 . 实施例 5

原料配比： 氢氧化铝 8kg、 磷酸 30kg、 氧化钪 0.1kg、 氧化乙 0.2kg、 硅溶胶 5kg、 多聚磷酸铝 4kg、 硼砂 lkg。

按上述原料配比混合加入 51.7kg 自来水， 在反应器中约 90°C恒温搅 拌 4小时左右， 得到乳白色悬浮液产品， 装入包装容器中， 即得到耐高温 无机复合粘结剂产品。 原料配比： 氢氧化铝 5kg、 磷酸 25kg、 氧化钕 0.2kg、 氧化钪 0.3kg、 硅溶胶 7kg、 多聚磷酸铝 6kg、 硼砂 lkg。

按上述原料配比混合加入 55.5kg 自来水， 在反应器中 95°C恒温搅拌 2 小时， 得到乳白色悬浮液产品， 装入包装容器中， 即得到耐高温无机复 合粘结剂产品。 根据以上各实施例及方法制作的耐高温无机复合粘结剂适用于耐高温 金属防护涂层、 高温窑炉填补料或其它耐火材料的涂料中， 具有良好的粘 结强度， 1200°C以上温度抗拉强度大于 10兆帕， 能在 170(TC高温环境中 长期使用并保持其优良粘结性能。

Claims (1)

1. 权利要求书

   1、 一种耐高温无机复合粘结剂， 以所述粘结剂总重量为基准， 其成 分包括： 氢氧化铝 5%-12%、 磷酸 15%-35%、 稀土氧化物 0.1%-1%、 硅溶 胶 5%-20%、 多聚磷酸铝 1%-15%、 硼 、 1%-5%、 余量为水。

   2、 根据权利要求 '1 所述的粘结剂， 其中， 所述稀土氧化物包括氧化 钇、 氧化镧、 氧化铈、 氧化钪或氧化钕等的一种或几种的混合物。

   3、 根据权利要求 1 所述的粘结剂， 其中， 所述稀土氧化物来自稀土 矿原料。

   4、 根据权利要求 1 所述的粘结剂， 其中， 所述粘结剂为各成分与水 混合并于 80-95 °C搅拌反应 1-4小时而得到的悬浮液。

   5、 制备权利要求 1-4任一项所述高温无机复合粘结剂的方法， 以所 述粘结剂总重量为基准， 取氢氧化铝 5%-12%、 磷酸 15%-35%、 稀土氧化 物 0.1%-1%、 硅溶胶 5%-20%、 多聚磷酸铝 1%-15%、 硼砂 1%-5%和余量 的水混合， 在 80-95 °C搅拌反应 1-4小时， 制成悬浮液。

   6、 一种耐高温材料， 其中包括权利要求 1-4任一项所述的粘结剂， 且所述粘结剂的含量为耐高温材料总重量的 10%-20%。

   7、 根据权利要求 6 所述的耐高温材料， 其包括耐高温金属防护涂 料、 高温窑炉修补料或耐火材料。