高温钢铁隔热包覆涂料的研制及其性能的研究

论文摘要

对于高温钢铁表面的防腐,常规的有机涂层很难长期耐400℃的高温,而一般的无机隔热涂层脆性较大,容易脱落,抗热震性能极差。目前在研和使用的有机隔热包覆涂层最高极限使用温度为350℃,超过该温度后包覆涂层的物理机械性能和粘接强度急剧下降,包覆涂层成片脱落。本文从涂层的隔热性能、耐水性能和抗热震性能出发,成功研制了一种无机隔热包覆涂料。涂料的粘结剂为模数n=2.2～2.5的钠水玻璃,该涂层硬度较高但耐水性稍差。加入固化剂可很好的改善涂层的耐水性,在涂料中加入1%的固化剂,涂层的耐水强度保持率能达到70%。SiO2和Al2O3为涂料的辅助粉料,SiO2能在高温下形成共熔体对涂层起到助熔的作用以减轻涂层的热震开裂,Al2O3加速涂层的固化,使涂层达到更好的固化效果。膨胀珍珠岩作为涂料的隔热增强材料具有很好的增强效果,2.5cm涂层底部温度为400℃时,加入1.5%的膨胀珍珠岩涂层的表面温度在160℃左右。纤维材料对隔热性能有一定的增强作用,因为纤维在涂料中构成连续网络骨架结构,纤维与纤维之间的接触为可松动的点接触,不能形成连续通路,这种组织结构对热流可起很好的屏蔽作用。320#耐高温填料的加入极大的增加了涂层的抗热震性,因为它的加入能降低涂层的热膨胀和收缩产生内应力,而且该填料导热性较好,有助于热流的传递,能降低材料内部的温度梯度和热应力,减少热冲击对材料的损伤,减少应力集中的作用,从而减少涂层热震失效。加入12%320#耐高温填料的涂层在温差为200℃左右时,涂层强度几乎没有损失。温差为400℃左右时,涂层的热震强度保持率能达到60%左右。增强纤维205的加入对涂层的抗热震性能有增强效果,2～4cm增强纤维205加入量为0.8%时涂层的热震强度保持率为54.5%。本文中该无机隔热包覆涂料的最佳配方为水玻璃:40～45%,石英粉:35～40%,固化剂A:4～8%,固化剂P:0.5～1%,膨胀珍珠岩1～1.5%,320#耐高温填料:8～12%,增强纤维205:0.4～1.2%,高岭土1～5%。涂层的最佳固化工艺为:室温/24h→50℃/24h→80℃/24h→150℃/24h。在该配方和固化工艺下,涂层的隔热,耐水和抗热震三种综合性能达到平衡最高值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 钢铁高温腐蚀
• 1.2 目前防止高温腐蚀的措施
• 1.3 目前耐高温防腐蚀涂料的种类
• 1.3.1 有机耐高温防腐蚀涂料
• 1.3.2 无机耐高温防腐蚀涂料
• 1.4 水玻璃粘结剂及其固化
• 1.4.1 水玻璃的生产方法及性质
• 1.4.2 水玻璃基涂料的硬化机理及性能
• 1.5 无机隔热包覆涂层的隔热性能
• 1.5.1 隔热材料
• 1.5.2 隔热材料的表格密度和隔热性能
• 1.5.3 隔热涂层的导热
• 1.6 无机隔热包覆涂层的热震性能
• 1.6.1 无机隔热包覆层抗热震参数的评定
• 1.6.2 R阻力曲线行为对材料抗热震性能的影响
• 1.6.3 热震裂纹形成的微观机理
• 1.7 课题研究的目的和意义
• 1.8 课题研究的主要研究内容及拟采用的技术路线
• 1.8.1 研究内容
• 1.8.2 技术路线
• 第二章 试验仪器、原料及方法
• 2.1 实验仪器和设备
• 2.2 原料
• 2.3 表面形貌分析仪器
• 2.4 抗压强度试验仪
• 2.5 抗折强度试验仪
• 2.6 冷热交替性能的测定
• 2.7 耐水性能的测定
• 第三章 无机隔热包覆涂料的制备及组分的选择
• 3.1 无机隔热包覆涂料的制备
• 3.1.1 包覆涂料的配制
• 3.1.2 实验过程
• 3.2 无机隔热包覆涂料的组成及组分的选择
• 3.2.1 无机隔热涂料的组成
• 3.2.2 粘结剂的选择
• 3.2.3 水玻璃模数对涂层强度的影响
• 3.2.4 固化剂及耐水性
• 3.3 粉料的选择
• 3.4 本章小结
• 第四章 无机隔热包覆涂层的隔热性能
• 4.1 引言
• 4.2 颗粒状隔热材料的选择及其性能
• 4.2.1 不同隔热材料的加入与包覆涂层隔热性能的关系
• 4.2.2 不同隔热材料的加入量与包覆涂层强度的关系
• 4.2.3 加入膨胀珍珠岩后涂层的显微结构变化
• 4.2.4 膨胀珍珠岩加入量对涂层强度及耐水性的影响
• 4.3 纤维增强无机隔热包覆涂层的隔热性能
• 4.3.1 纤维加入后涂层的传热过程
• 4.3.2 纤维的加入对涂层隔热性能的影响
• 4.4 隔热层在不同温度下的升温过程
• 4.5 隔热层的厚度与隔热性能的关系
• 4.6 本章小结
• 第五章 无机隔热包覆涂层的抗热震性能
• 5.1 前言
• 5.2 耐高温填料增强无机隔热包覆涂料的性能
• 5.2.1 不同耐高温填料加入量对包覆涂层强度的影响
• 5.2.2 不同耐高温填料对包覆涂层热震性能的影响
• 5.2.3 320#耐高温填料的加入量对包覆涂层热震性能的影响
• 5.3 纤维增强无机隔热包覆涂层的性能
• 5.3.1 不同纤维的加入对包覆涂层性能影响
• 5.3.2 加入增强纤维205后涂层的显微结构变化
• 5.3.3 不同增强纤维205长度对涂料性能的影响
• 5.3.4 增强纤维205的加入量对包覆涂层热震性能的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文主要成果、结论及研究展望
• 6.1 全文的主要成果、结论
• 6.2 全文展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢