CN114921116A - 一种热交换用铝合金表面喷涂涂料、制备方法及涂层 - Google Patents

一种热交换用铝合金表面喷涂涂料、制备方法及涂层 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热交换用铝合金表面喷涂涂料、制备方法及涂层。制备方法如下：S1、在中温温度条件下，将单硬脂酸甘油酯溶于丙酮中，得到单硬脂酸甘油酯的丙酮溶液；S2、在中温温度条件下，将纳米二氧化硅分散于S1制备的溶液中，经充分搅拌，得到二氧化硅的悬浊液；S3、在中温条件下将纳米二氧化钛加入到S2制备的悬浊液中，经充分搅拌，得到四元混合悬浊液；S4、在中温条件下将纳米氮化铝粉加入到S3制备的悬浊液中，经充分搅拌，得到五元悬浊液，也即铝合金表面喷涂涂料。将喷涂涂料注入喷枪，喷射到铝合金表面，再经烘烤，得到铝合金涂层。该制备方法工艺简单，能提高铝合金的耐热性，同时保证铝合金有较高的导热系数。

Description

一种热交换用铝合金表面喷涂涂料、制备方法及涂层
技术领域
本发明涉及金属表面用涂料制备技术领域，更具体的涉及一种热交换用铝合金表面喷涂涂料、制备方法及涂层。
背景技术
铝合金是以铝为基础加入其他元素组成的合金，主要合金元素有镁、锌、硅、铜、锰以及稀土等。目前，商业应用铝合金主要有二元合金系、三元合金系和多元合金系。铝合金是一种轻质金属材料，其密度仅相当于钢的1/4，具有比强度高、比弹性模量大、导电导热性好、密度低等优点，具有广阔的应用前景。在常温下，铝合金表面会生成致密的氧化铝薄膜，以防止铝进一步被氧化。但是，如果是在较高温度下，铝合金的氧化和腐蚀速度加剧，需要对铝合金进行适当的表面处理，以达到耐热、抗氧化的作用。
铝合金具有较高的导热率，在常用金属中仅次于铜。但是与铜相比，铝合金密度低，价格便宜，因此在热交换领域有广泛的应用。但是，铝合金作为热交换材料，在直接接触高温介质，如天然气燃烧产生的热气体时，因介质温度超过其熔点，将会很快熔化。因此，对于热交换用铝合金，需要对其进行表面处理，以达到耐高温的作用，进而延长铝合金的服役时间。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种热交换用铝合金表面喷涂涂料、制备方法及涂层，该制备方法工艺简单，达到保护铝合金的目的，同时保证有较高的导热率。
本发明提出的一种热交换用铝合金表面喷涂涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、在中温温度条件下，将单硬脂酸甘油酯溶于丙酮中，得到单硬脂酸甘油酯的丙酮溶液；
S2、在中温温度条件下，将纳米二氧化硅分散于S1制备的溶液中，经充分搅拌，得到二氧化硅的悬浊液；
S3、在中温条件下将纳米二氧化钛加入到S2制备的悬浊液中，经充分搅拌，得到四元混合悬浊液；
S4、在中温条件下将纳米氮化铝粉加入到S3制备的悬浊液中，经充分搅拌，得到五元悬浊液，也即铝合金表面喷涂涂料。
优选地，S1中，中温的温度为40-50℃。
优选地，S1中，单硬脂酸甘油酯和丙酮的比值为1-2g:100ml。
优选地，S2中，中温的温度为40-50℃，搅拌时间为30-40min。
优选地，S2中，纳米二氧化硅和丙酮的比值为10-12g:100ml。
优选地，S3中，中温的温度为40-50℃，搅拌时间为20-30min。
优选地，S3中，纳米二氧化钛和丙酮的比值为4-5g:100ml。
优选地，S4中，中温的温度为40-50℃，搅拌时间为20-30min。
本发明提出的一种热交换用铝合金表面喷涂涂料，由上述任一项所述的方法制得。
本发明提出的一种热交换用铝合金涂层，将上述的喷涂涂料注入喷枪，以0.3-0.4MPa的压力喷射到经充分除锈和除脂的铝合金表面，再经180-200℃烘烤2-3h，得到铝合金涂层。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明制备了热交换用铝合金表面喷涂涂料，并实施。这种喷涂涂料由三种主要的粉体材料加入到融入分散剂的有机溶剂中经充分搅拌得到分布均匀的悬浊液。在适当的温度下经过烘烤，有机溶剂挥发，粉体颗粒在有机溶剂的作用下，与铝合金材料表面有较好的结合力。本发明的多元纳米粉体复合方式，既保证铝合金涂层具有较好的耐高温性能，同时也保证了表面喷涂后的铝合金具有较好的导热系数。
附图说明
图1为实施例1经烘烤自然冷却之后的铝合金表面涂层XRD相分析结果；
图2为实施例1经烘烤自然冷却之后的铝合金表面涂层宏观照片；
图3为实施例1经烘烤自然冷却之后的铝合金表面涂层SEM照片；
图4为实施例1-6和对比例1制备的带表面涂层铝合金耐热温度；
图5为实施例1-6和对比例1制备的带表面涂层铝合金导热系数。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
S1、将1g单硬脂酸甘油酯在40℃的条件下溶解于100ml丙酮中，得到单硬脂酸甘油酯的丙酮溶液；
S2、将10g粒度约为100nm的二氧化硅粉末在40℃的条件下分散于单硬脂酸甘油酯的丙酮溶液中，经行星搅拌机搅拌，搅拌功率为100W，搅拌转速为120r/min，搅拌时间为30min，分散均匀后得到二氧化硅丙酮悬浊液；
S3、将4g粒度约为150nm二氧化钛粉末在40℃的条件下分散于二氧化硅丙酮悬浊液中，经行星搅拌机搅拌，搅拌功率为100W，搅拌转速为120r/min，搅拌时间为20min，得到二氧化硅、二氧化钛在丙酮中的悬浊液；
S4、将2g粒度约为100nm的氮化铝粉末在40℃的条件下分散于二氧化硅、二氧化钛在丙酮的悬浊液中，经行星搅拌机搅拌，搅拌功率为100W，搅拌转速为120r/min，搅拌时间为20min，得到二氧化硅、二氧化钛和氮化铝在丙酮中的悬浊液，将该悬浊液冷却至室温；
S5、将S4得到的悬浊液置入喷枪中，喷枪压力调节至0.3MPa，喷到经充分除锈和除脂的LY11铝合金表面；
S6、将喷涂后的铝合金置于180℃的条件下进行烘烤，烘烤时间2h，取出自然冷却。
实施例2
S1、将1.5g单硬脂酸甘油酯在40℃的条件下溶解于100ml丙酮中，得到单硬脂酸甘油酯的丙酮溶液；
S2、将11g粒度约为100nm的二氧化硅粉末在40℃的条件下分散于单硬脂酸甘油酯的丙酮溶液中，经行星搅拌机搅拌，搅拌功率为100W，搅拌转速为120r/min，搅拌时间为30min，分散均匀后得到二氧化硅丙酮悬浊液；
S3、将4.5g粒度约为150nm二氧化钛粉末在40℃的条件下分散于二氧化硅丙酮悬浊液中，经行星搅拌机搅拌，搅拌功率为100W，搅拌转速为120r/min，搅拌时间为20min，得到二氧化硅、二氧化钛在丙酮中的悬浊液；
S4、将2.5g粒度约为100nm的氮化铝粉末在40℃的条件下分散于二氧化硅、二氧化钛在丙酮的悬浊液中，经行星搅拌机搅拌，搅拌功率为100W，搅拌转速为120r/min，搅拌时间为20min，得到二氧化硅、二氧化钛和氮化铝在丙酮中的悬浊液，将该悬浊液冷却至室温；
S5、将S4得到的悬浊液置入喷枪中，喷枪压力调节至0.3MPa，喷到经充分除锈和除脂的LY11铝合金表面；
S6、将喷涂后的铝合金置于180℃的条件下进行烘烤，烘烤时间2h，取出自然冷却。
实施例3
S1、将1g单硬脂酸甘油酯在45℃的条件下溶解于100ml丙酮中，得到单硬脂酸甘油酯的丙酮溶液；
S2、将10g粒度约为100nm的二氧化硅粉末在45℃的条件下分散于单硬脂酸甘油酯的丙酮溶液中，经行星搅拌机搅拌，搅拌功率为100W，搅拌转速为120r/min，搅拌时间为30min，分散均匀后得到二氧化硅丙酮悬浊液；
S3、将4g粒度约为150nm二氧化钛粉末在45℃的条件下分散于二氧化硅丙酮悬浊液中，经行星搅拌机搅拌，搅拌功率为100W，搅拌转速为120r/min，搅拌时间为20min，得到二氧化硅、二氧化钛在丙酮中的悬浊液；
S4、将2g粒度约为100nm的氮化铝粉末在45℃的条件下分散于二氧化硅、二氧化钛在丙酮的悬浊液中，经行星搅拌机搅拌，搅拌功率为100W，搅拌转速为120r/min，搅拌时间为20min，得到二氧化硅、二氧化钛和氮化铝在丙酮中的悬浊液，将该悬浊液冷却至室温；
S5、将S4得到的悬浊液置入喷枪中，喷枪压力调节至0.3MPa，喷到经充分除锈和除脂的LY11铝合金表面；
S6、将喷涂后的铝合金置于180℃的条件下进行烘烤，烘烤时间2h，取出自然冷却。
实施例4
S1、将1.5g单硬脂酸甘油酯在45℃的条件下溶解于100ml丙酮中，得到单硬脂酸甘油酯的丙酮溶液；
S2、将11g粒度约为100nm的二氧化硅粉末在45℃的条件下分散于单硬脂酸甘油酯的丙酮溶液中，经行星搅拌机搅拌，搅拌功率为100W，搅拌转速为120r/min，搅拌时间为30min，分散均匀后得到二氧化硅丙酮悬浊液；
S3、将4.5g粒度约为150nm二氧化钛粉末在45℃的条件下分散于二氧化硅丙酮悬浊液中，经行星搅拌机搅拌，搅拌功率为100W，搅拌转速为120r/min，搅拌时间为20min，得到二氧化硅、二氧化钛在丙酮中的悬浊液；
S4、将2.5g粒度约为100nm的氮化铝粉末在45℃的条件下分散于二氧化硅、二氧化钛在丙酮的悬浊液中，经行星搅拌机搅拌，搅拌功率为100W，搅拌转速为120r/min，搅拌时间为20min，得到二氧化硅、二氧化钛和氮化铝在丙酮中的悬浊液，将该悬浊液冷却至室温；
S5、将S4得到的悬浊液置入喷枪中，喷枪压力调节至0.4MPa，喷到经充分除锈和除脂的LY11铝合金表面；
S6、将喷涂后的铝合金置于180℃的条件下进行烘烤，烘烤时间2.5h，取出自然冷却。
实施例5
S1、将2g单硬脂酸甘油酯在45℃的条件下溶解于100ml丙酮中，得到单硬脂酸甘油酯的丙酮溶液；
S2、将12g粒度约为100nm的二氧化硅粉末在45℃的条件下分散于单硬脂酸甘油酯的丙酮溶液中，经行星搅拌机搅拌，搅拌功率为100W，搅拌转速为120r/min，搅拌时间为30min，分散均匀后得到二氧化硅丙酮悬浊液；
S3、将5g粒度约为150nm二氧化钛粉末在45℃的条件下分散于二氧化硅丙酮悬浊液中，经行星搅拌机搅拌，搅拌功率为100W，搅拌转速为120r/min，搅拌时间为20min，得到二氧化硅、二氧化钛在丙酮中的悬浊液；
S4、将3g粒度约为100nm的氮化铝粉末在45℃的条件下分散于二氧化硅、二氧化钛在丙酮的悬浊液中，经行星搅拌机搅拌，搅拌功率为100W，搅拌转速为120r/min，搅拌时间为20min，得到二氧化硅、二氧化钛和氮化铝在丙酮中的悬浊液，将该悬浊液冷却至室温；
S5、将S4得到的悬浊液置入喷枪中，喷枪压力调节至0.3MPa，喷到经充分除锈和除脂的LY11铝合金表面；
S6、将喷涂后的铝合金置于180℃的条件下进行烘烤，烘烤时间3h，取出自然冷却。
实施例6
S1、将2g单硬脂酸甘油酯在50℃的条件下溶解于100ml丙酮中，得到单硬脂酸甘油酯的丙酮溶液；
S2、将12g粒度约为100nm的二氧化硅粉末在50℃的条件下分散于单硬脂酸甘油酯的丙酮溶液中，经行星搅拌机搅拌，搅拌功率为100W，搅拌转速为120r/min，搅拌时间为30min，分散均匀后得到二氧化硅丙酮悬浊液；
S3、将5g粒度约为150nm二氧化钛粉末在50℃的条件下分散于二氧化硅丙酮悬浊液中，经行星搅拌机搅拌，搅拌功率为100W，搅拌转速为120r/min，搅拌时间为20min，得到二氧化硅、二氧化钛在丙酮中的悬浊液；
S4、将3g粒度约为100nm的氮化铝粉末在50℃的条件下分散于二氧化硅、二氧化钛在丙酮的悬浊液中，经行星搅拌机搅拌，搅拌功率为100W，搅拌转速为120r/min，搅拌时间为20min，得到二氧化硅、二氧化钛和氮化铝在丙酮中的悬浊液，将该悬浊液冷却至室温；
S5、将S4得到的悬浊液置入喷枪中，喷枪压力调节至0.4MPa，喷到经充分除锈和除脂的LY11铝合金表面；
S6、将喷涂后的铝合金置于180℃的条件下进行烘烤，烘烤时间3h，取出自然冷却。
对比例1
将2g单硬脂酸甘油酯在50℃的条件下溶解于100ml丙酮中，得到单硬脂酸甘油酯的丙酮溶液；将12g二氧化硅纳米粉末分散到单硬脂酸甘油酯的丙酮溶液中，50℃的条件下分散于单硬脂酸甘油酯的丙酮溶液中，经行星搅拌机搅拌，搅拌功率为100W，搅拌转速为120r/min，搅拌时间为30min，分散均匀后得到二氧化硅丙酮悬浊液；将5g粒度约为150nm二氧化钛粉末在50℃的条件下分散于二氧化硅丙酮悬浊液中，经行星搅拌机搅拌，搅拌功率为100W，搅拌转速为120r/min，搅拌时间为20min，得到二氧化硅、二氧化钛在丙酮中的悬浊液；将得到的悬浊液注入喷枪，以0.4MPa的压力喷到LY11铝合金表面，将喷涂后的铝合金置于180℃的条件下进行烘烤，烘烤时间3h，取出自然冷却。
对实施例1-6和对比例1制备的表面喷涂LY11铝合金进行耐热和导热系数测试，如表1和图4、图5所示。
表1表面喷涂LY11铝合金进行耐热和耐腐蚀性能
样品 耐高温温度(℃) 导热系数(w/m·K)
实施例1 1000.8 45.4
实施例2 1010.4 44.6
实施例3 1010.8 46.2
实施例4 1020.5 45.8
实施例5 1018.6 47.1
实施例6 1014.5 47.2
对比例1 1018.8 20.4
由表1和图4、图5可以看出，本发明制备的铝合金涂层具有很好的耐高温作用，不同的实施例使LY11铝合金耐热温度的处于1000.8-1020.5℃范围，导热系数为44.6-47.2w/m·K，是一种能够显著地提高铝合金表面耐高温性能的涂料。同时，与没有加氮化铝粉末的涂层相比，氮化铝粉末的加入能够显著地提高喷涂后铝合金的导热系数。

Claims (10)

1.一种热交换用铝合金表面喷涂涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在中温温度条件下，将单硬脂酸甘油酯溶于丙酮中，得到单硬脂酸甘油酯的丙酮溶液；
S2、在中温温度条件下，将纳米二氧化硅分散于S1制备的溶液中，经充分搅拌，得到二氧化硅的悬浊液；
S3、在中温条件下将纳米二氧化钛加入到S2制备的悬浊液中，经充分搅拌，得到四元混合悬浊液；
S4、在中温条件下将纳米氮化铝粉加入到S3制备的悬浊液中，经充分搅拌，得到五元悬浊液，也即铝合金表面喷涂涂料。
2.根据权利要求1所述的一种热交换用铝合金表面喷涂涂料的制备方法，其特征在于，S1中，中温的温度为40-50℃。
3.根据权利要求1所述的一种热交换用铝合金表面喷涂涂料的制备方法，其特征在于，S1中，单硬脂酸甘油酯和丙酮的比值为1-2g:100ml。
4.根据权利要求1所述的一种热交换用铝合金表面喷涂涂料的制备方法，其特征在于，S2中，中温的温度为40-50℃，搅拌时间为30-40min。
5.根据权利要求1所述的一种热交换用铝合金表面喷涂涂料的制备方法，其特征在于，S2中，纳米二氧化硅和丙酮的比值为10-12g:100ml。
6.根据权利要求1所述的一种热交换用铝合金表面喷涂涂料的制备方法，其特征在于，S3中，中温的温度为40-50℃，搅拌时间为20-30min。
7.根据权利要求1所述的一种热交换用铝合金表面喷涂涂料的制备方法，其特征在于，S3中，纳米二氧化钛和丙酮的比值为4-5g:100ml。
8.根据权利要求1所述的一种热交换用铝合金表面喷涂涂料的制备方法，其特征在于，S4中，中温的温度为40-50℃，搅拌时间为20-30min。
9.一种热交换用铝合金表面喷涂涂料，其特征在于，所述涂料由权利要求1-8任一项所述的方法制得。
10.一种热交换用铝合金涂层，其特征在于，将权利要求9的喷涂涂料注入喷枪，以0.3-0.4MPa的压力喷射到经充分除锈和除脂的铝合金表面，再经180-200℃烘烤2-3h，得到铝合金涂层。
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