阅读说明：本技术 一种高温红外线辐射涂料及其制备方法 (High-temperature infrared radiation coating and preparation method thereof ) 是由 张崇关 于 2018-06-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高温红外线辐射涂料及其制备方法,包括以下组分：Fe<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>、MnO<Sub>2</Sub>、CuO、Co<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>、Cr<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>、Al<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>、SiO<Sub>2</Sub>、粘接剂和水,其中各组分的组分含量按重量份计为：Fe<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>：15份－92份、MnO<Sub>2</Sub>：10份－88份、CuO：2份－57份、Co<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>：0份－42份、Cr<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>：12份－77份、Al<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>：11份-100份、SiO<Sub>2</Sub>：7份－100份、粘接剂0份-60份和水：0份-150份；包括如下步骤：(1)准备原料配方(以组分份数计)：Fe<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>：15份－92份、MnO<Sub>2</Sub>：10份－88份、CuO：2份－57份、Co<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>：0份－42份、Cr<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>：12份－77份、Al<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>：11份-53份、SiO<Sub>2</Sub>：7份－62份、粘接剂0份-60份和水：0份-150份；(2)将上述组分混合后,经球磨、成型、烧成、粉碎工序,制得涂料；本发明通过调整原料配方和工艺参数来实现红外涂料的高发射率、高抗热震性以及基体与涂料间的高粘着性,工艺简单、操作方便。(The invention discloses a high-temperature infrared radiation coating and a preparation method thereof, wherein the coating comprises the following components: fe 2 O 3 、MnO 2 、CuO、Co 2 O 3 、Cr 2 O 3 、Al 2 O 3 、SiO 2 The adhesive comprises the following components in parts by weight: fe 2 O 3 : 15 to 92 parts of MnO 2 : 10-88 parts of CuO: 2 to 57 portions of Co 2 O 3 : 0 to 42 portions of Cr 2 O 3 : 12 to 77 portions of Al 2 O 3 : 11 to 100 portions of SiO 2 : 7-100 parts of adhesive, 0-60 parts of water: 0 to 150 parts; the method comprises the following steps: (1) preparing a raw material formula (in parts by weight): fe 2 O 3 : 15 to 92 parts of MnO 2 : 10-88 parts of CuO: 2 to 57 portions of Co 2 O 3 : 0 to 42 portions of Cr 2 O 3 : 12 to 77 portions of Al 2 O 3 : 11 to 53 portions of SiO 2 : 7-62 parts of adhesive, 0-60 parts of water: 0 to 150 parts; (2) mixing the components, and performing ball milling, molding, firing and crushing to obtain the coating; the invention realizes high emissivity, high thermal shock resistance and high adhesion between the substrate and the coating by adjusting the raw material formula and the process parameters, and has simple process and convenient operation.)

一种高温红外线辐射涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于红外涂料技术领域，尤其涉及一种高温红外线辐射涂料及其制备方法。

背景技术

红外辐射是波长在0.76μm～1000μm范围内的电磁波，热效应是其基本特征，红外辐射加热具有均匀快速加热、高效利用能源的优点。将红外辐射涂料应用在工业窑炉耐火材料内壁或蓄热器、热交换器的表面，可以有效提高炉内参与辐射传热物体表面的红外辐射能力及其光谱特性，增强炉内的辐射传热效率，改善窑炉内部温度的均匀性，促进加热、蓄热、热交换等过程的进行，提高工业窑炉使用过程中能源利用的有效性，并具有减少有害气体排放、降低排放烟气温度、延长工业窑炉使用寿命等良好的综合效益。

红外辐射涂层与基体的牢固结合是发挥其节能功能的前提。目前我国的红外辐射涂料主要用于耐火材料基体表面，且时常出现涂层脱落的现象，此外红外辐射涂料在金属基体表面的应用尚比较困难，并且也往往出现严重的脱落现象，严重限制了涂料效果的发挥而且在使用过程中涂层从基体表面涂层脱落的现象还比较常见。究其原因认为一方面是涂层与基体的粘接力不大，牢固性不够，另一方面是涂层与基体之间的热膨胀性能相差过大，抗热震性能差，导致涂层与基体接触面上热应力较大，引起涂层脱落。这已经成为影响红外辐射节能涂料推广应用的重要原因。如何提高涂层红外辐射性能的稳定性、涂层与基体结合的牢固性是业界亟待解决的技术问题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种高温红外线辐射涂料及其制备方法，涂层表面致密，具有优良的红外辐射性能和高温稳定性，能与耐火材料、金属等基体牢固结合，在高温下长期使用不易开裂，不易脱落，耐腐蚀，高抗热震性能。

为了实现上述目的，本发明提供的一种高温红外线辐射涂料，包括以下组分：Fe₂O₃、MnO₂、CuO、Co₂O₃、Cr₂O₃、Al₂O₃、SiO₂、粘接剂和水，其中各组分的组分含量按重量份计为：Fe₂O₃：15份－92份、MnO₂：10份－88份、CuO：2份－57份、Co₂O₃：0份－42份、Cr₂O₃：12份－77份、Al₂O₃：11份-100份、SiO₂： 7份－100份、粘接剂0份-60份和水：0份-150份。

优选地，所述各组分的组分含量按重量份计为：Fe₂O₃：15份－64份、MnO₂： 27份－58份、CuO：7份－36份、Co₂O₃：5份－42份、Cr₂O₃：19份－59份、 Al₂O₃：21份-63份、SiO₂：12份－71份、粘接剂0份-45份和水：0份-100份；

优选地，所述粘接剂包括硅酸钠、铝酸钠、硅酸铝、硅溶胶、铝溶胶中的一种或两种以上的混合物；

优选地，包括如下步骤：

(1)准备原料配方以组分重量份数计：Fe₂O₃：15份－92份、MnO₂：10份－88份、CuO：2份－57份、Co₂O₃：0份－42份、Cr₂O₃：12份－77份、Al₂O₃： 11份-53份、SiO₂：7份－62份、粘接剂：0-60份和水：0份-150份；

(2)将上述原料混合加入球磨机，球磨1-3小时，过275-325目筛，得到干燥物；

(3)将步骤(2)得到的干燥物在0.01MPa-50MPa下压制成型后，在1000℃ -1400℃气氛下烧成1-6小时，粉碎，过200-325目筛，得到涂料粉体；

优选地，所述步骤(1)中水的组分大于0时，步骤(2)之前增设有干燥工序；

优选地，所述步骤(2)中的球磨工序为干法球磨或湿法球磨；

优选地，所述步骤(3)中烧成气氛为氧化气氛或还原气氛；

优选地，所述涂料的涂覆厚度为0.05mm-2.5mm。

本发明提供的，具有如下有益效果：

1.Fe₂O₃、MnO₂、CuO、Co₂O₃、Cr₂O₃、Al₂O₃、SiO₂在涂层抗热震性上相互促进，所制备的红外节能材料的发射率最高达到0.97，具有良好的高温稳定性，且在不同温度和波长下，其发射率具有互补性，大大提高粘结剂与金属基体和高温窑炉基体间的结合力，有效避免涂层脱落，具有良好的理化性能，延长涂层使用寿命。

2.Cr₂O₃热膨胀系数远低于普通过渡金属氧化物，与Al₂O₃、SiO₂等相结合可以更好的降低涂料的热膨胀系数，以适应不同基体的要求，大大增强抗热震性能，克服热循环过程中的剥落。

3.粘结剂除了自身性质对基体的附着力大，还可与其他原料很好的相互适应，将其牢固的粘接于与金属或非金属基体表面上，大大提高与金属基体和高温窑炉基体间的结合力，有效避免涂层脱落。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，以助于理解本发明的内容。

实施例1：

(1)按组分重量份数计，将40份Fe₂O₃、10份MnO₂、5份CuO、5份Co₂O₃、 15份Cr₂O₃、50份Al₂O₃、20份SiO₂、100份水混合加入球磨机中，湿法球磨1 小时，过325目筛，干燥；

(2)将上述干燥物在0.01MPa下压制成型后，在1050℃还原气氛下烧成2 小时，经粉碎，过250目筛，制得涂料。

在高铝砖表面涂覆2mm制备抗热震性实验的涂层试样，将涂层试样放入炉温为1100℃的炉内加热，并保温均热30min后取出涂层试样进行水淬，经水淬冷35次，涂料不脱落、不开裂。所制涂料在整个红外波段范围内发射率达到0.92。热膨胀系数3.0×10^-6/℃，将其用于炉衬为耐火材料的实验用电炉上，升温时间缩短了25％。

对比例1：

(1)按组分重量份数计，将40份Fe₂O₃、10份MnO₂、5份CuO、5份Co₂O₃、 10份TiO₂、5份ZnO、50份Al₂O₃、20份SiO₂、100份水混合加入球磨机中，湿法球磨1小时，过325目筛，干燥，得到干燥物；

(2)将步骤(1)得到干燥物在0.01MPa下压制成型后，在1050℃还原气氛下烧成2小时，经粉碎，过250目筛，制得涂料。

在高铝砖表面涂覆2mm制备抗热震性实验的涂层试样，将涂层试样放入炉温为1100℃的炉内加热，并保温均热30min后取出涂层试样进行水淬，经水淬 30次，涂料不脱落、不开裂。所制涂料在整个红外波段范围内发射率达到0.87。热膨胀系数3.4×10^-6/℃。

结果表明，采用TiO₂、ZnO取代Cr₂O₃，使涂层的抗热震性和发射率大大降低。

实施例2：

(1)按组分重量份数计，将22份Fe₂O、47份MnO₂、20份CuO、15份Co₂O₃、 67份Cr₂O₃、19份Al₂O₃、81份SiO₂混合加入球磨机中，干法球磨1.5小时，过 275目筛；

(2)将步骤(1)所得物料在20MPa下压制成型后，在1200℃还原气氛下烧成1小时，经粉碎，过250目筛，制得涂料。

在硅砖表面涂覆1.5mm制备抗热震性实验的涂层试样，将涂层试样放入炉温为1000℃的炉内加热，并保温均热30min后取出涂层试样进行水淬，经水淬冷38次，涂料不脱落、不开裂。所制涂料在整个红外波段范围内发射率达到0.93。热膨胀系数2.9×10^-6/℃。将其用于工业标准辐射元件与氧化铝轻质耐火砖上，节能效果达到了20％以上。

对比例2：

(1)按组分重量份数计，将22份Fe₂O、47份MnO₂、20份CuO、15份Co₂O₃、 19份Al₂O₃、81份SiO₂混合加入球磨机中，干法球磨1.5小时，过275目筛；

(2)将步骤(1)所得物料在20MPa下压制成型后，在1200℃还原气氛下烧成1小时，经粉碎，过250目筛，制得涂料。

在硅砖表面涂覆1.5mm制备抗热震性实验的涂层试样，将涂层试样放入炉温为1000℃的炉内加热，并保温均热30min后取出涂层试样进行水淬，经水淬冷22次，涂料不脱落、不开裂。所制涂料在整个红外波段范围内发射率达到0.84。热膨胀系数4.3×10^-6/℃。

对比例3：

(1)按组分重量份数计，将67份Cr₂O₃加入球磨机中，干法球磨1.5小时，过275目筛；

(2)将步骤(1)所得物料在20MPa下压制成型后，在1200℃还原气氛下烧成1小时，经粉碎，过250目筛，制得涂料。

在硅砖表面涂覆1.5mm制备抗热震性实验的涂层试样，将涂层试样放入炉温为1000℃的炉内加热，并保温均热30min后取出涂层试样进行水淬，经水淬冷8次，涂料不脱落、不开裂。所制涂料在整个红外波段范围内发射率达到0.4。热膨胀系数6.2×10^-6/℃。

结果表明，增加组分Cr₂O₃，由于其自身的热膨胀系数远低于普通过渡金属氧化物，与Fe₂O₃、MnO₂、CuO、Co₂O₃、Al₂O₃、SiO₂等组分结合在涂层抗热震性上相互促进，可以更好的降低涂料的热膨胀系数，以适应不同基体的要求，大大增强抗热震性能，克服热循环过程中的剥落。

实施例3：

(1)按组分重量份数计，将38份Fe₂O、27份MnO₂、31份CuO、29份Co₂O₃、 33份Cr₂O₃、27份Al₂O₃、46份SiO₂、100份水混合加入球磨机中，湿法球磨3 小时，过300目筛，干燥，得到干燥物；

(2)将步骤(1)所得物料在50MPa下压制成型后，在1150℃氧化气氛下烧成2小时，经粉碎，过275目筛，制得涂料。

在高铝砖表面涂覆0.5mm制备抗热震性实验的涂层试样，将涂层试样放入炉温为1100℃的炉内加热，并保温均热30min后取出涂层试样进行水淬，经水淬冷40次，涂料不脱落、不开裂。所制涂料在整个红外波段范围内发射率达到 0.96。热膨胀系数2.4×10^-6/℃。将其用于工业标准辐射元件与氧化铝轻质耐火砖上，节能效果达到了20％以上。表明涂层与耐火材料基体相牢固结合，在高温下长期使用不开裂，具有高抗热震性和高发射率。

实施例4：

(1)按组分重量份数计，将68份Fe₂O、17份MnO₂、52份CuO、40份Co₂O₃、 28份Cr₂O₃、32份Al₂O₃、21份SiO₂、5份硅溶胶和5份硅溶胶混合加入球磨机中，干法球磨1.5小时，过275目筛，得到物料；

(2)将步骤(1)所得物料在10MPa下压制成型后，在1350℃还原气氛下烧成1小时，经粉碎，过200目筛，制得涂料。

在莫来石耐火砖表面涂覆0.5mm制备抗热震性实验的涂层试样，将涂层试样放入炉温为1200℃的炉内加热，并保温均热30min后取出涂层试样进行水淬，经水淬冷45次，涂料不脱落、不开裂。所制涂料在整个红外波段范围内发射率达到0.98。热膨胀系数2.0×10^-6/℃。将其用于工业标准辐射元件与氧化铝轻质耐火砖上，节能效果达到了20％以上。表明涂层与耐火材料基体相牢固结合，在高温下长期使用不开裂，具有高抗热震性和高发射率。

实施例5：

(1)按组分重量份数计，将15份Fe₂O、79份MnO₂、11份CuO、1份Co₂O₃、 58份Cr₂O₃、63份Al₂O₃、35份SiO₂混合加入球磨机中，干法球磨3小时，过300 目筛，得到物料；

(2)将步骤(1)所得物料在40MPa下压制成型后，在1400℃氧化气氛下烧成2小时，经粉碎，过265目筛，制得涂料。

在金属基体表面涂覆0.8mm制备抗热震性实验的涂层试样，将涂层试样放入炉温为1200℃的炉内加热，并保温均热30min后取出涂层试样进行水淬，经水淬冷38次，涂料不脱落、不开裂。所制涂料在整个红外波段范围内发射率达到0.93。热膨胀系数2.9×10^-6/℃。表明涂层与金属基体相牢固结合，在高温下长期使用不开裂，具有高抗热震性和高发射率。

实施例6：

(1)按组分重量份数计，将57份Fe₂O、33份MnO₂、47份CuO、33份Co₂O₃、 41份Cr₂O₃、20份Al₂O₃、5份SiO₂、5份水混合加入球磨机中，湿法球磨2小时，过290目筛，干燥，得到干燥物；

(2)将步骤(1)所得干燥物在40MPa下压制成型后，在1000℃氧化气氛下烧成3小时，经粉碎，过225目筛，制得涂料。

在金属基体表面涂覆1.2mm制备抗热震性实验的涂层试样，将涂层试样放入炉温为1000℃的炉内加热，并保温均热30min后取出涂层试样进行水淬，经水淬冷31次，涂料不脱落、不开裂。所制涂料在整个红外波段范围内发射率达到0.91。热膨胀系数3.0×10^-6/℃。表明涂层与金属基体相牢固结合，在高温下长期使用不开裂，具有高抗热震性和高发射率。

实施例7：

(1)按组分重量份数计，将79份Fe₂O、21份MnO₂、13份CuO、41份Co₂O₃、 72份Cr₂O₃、46份Al₂O₃、19份SiO₂、22份铝溶胶混合加入球磨机中，干法球磨 1.5小时，过295目筛，得到物料；

(2)将步骤(1)所得物料在0.07MPa下压制成型后，在1250℃氧化气氛下烧成2小时，经粉碎，过235目筛，制得粉体。

在金属基体表面涂覆2.5mm制备抗热震性实验的涂层试样，将涂层试样放入炉温为1150℃的炉内加热，并保温均热30min后取出涂层试样进行水淬，经水淬冷33次，涂料不脱落、不开裂。所制涂料在整个红外波段范围内发射率达到0.92。热膨胀系数2.8×10^-6/℃。表明涂层与金属基体相牢固结合，在高温下长期使用不开裂，具有高抗热震性和高发射率。

实施例8：

(1)按组分重量份数计，将29份Fe₂O、15份MnO₂、3份CuO、20份Co₂O₃、 13份Cr₂O₃、27份Al₂O₃、33份SiO₂、7份硅酸钠、19份硅酸铝、10份铝酸钠加入球磨机中，干法球磨2.5小时，过315目筛，得到物料；

(2)将步骤(1)所得物料在20MPa下压制成型后，在1200℃还原气氛下烧成4小时，经粉碎，过285目筛，制得粉体。

在粘土耐火砖表面涂覆2.0mm制备抗热震性实验的涂层试样，将涂层试样放入炉温为1100℃的炉内加热，并保温均热30min后取出涂层试样进行水淬，经水淬冷37次，涂料不脱落、不开裂。所制涂料在整个红外波段范围内发射率达到0.95。热膨胀系数2.6×10^-6/℃。表明涂层与耐火材料基体相牢固结合，将其用于陶瓷窑炉上的粘土耐火砖上，在高温下长期使用不开裂，具有高抗热震性和高发射率。节能效果达到了15％以上。

结果表明，粘接剂除自身对基体的附着力外，还可与其他原料之间相互适应，将涂料牢固的粘接于与金属或非金属基体表面上，大大提高粘结剂与金属基体和高温窑炉基体间的结合力，有效避免涂层脱落。

本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。