一种热态修补用铝硅质耐磨喷涂料的制备方法
阅读说明：本技术 一种热态修补用铝硅质耐磨喷涂料的制备方法 (Preparation method of aluminum-silicon wear-resistant spray coating for thermal state repair ) 是由 陈金凤 程水明 丛培源 项冰 于 2021-08-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种热态修补用铝硅质耐磨喷涂料的制备方法,将废电瓷颗粒和硅灰按质量比100︰(20～25)加入行星式混练机中混合5～8分钟,得到混合颗粒料；将所得混合颗粒料、ρ-氧化铝、黏土、硅线石和硅藻土加入回转式混练机中混合10～12分钟,得到前驱体混合料；向所得前驱体混合料中依次加入占所述前驱体混合料6～8wt％的温石棉纤维和8～10wt％的磷酸二氢铝溶液,搅拌5～8分钟,密封困料30～40分钟,得到混合料；向所得混合料中加入占所述混合料0.5～1.5wt％的羧甲基纤维素,搅拌5～8分钟,即得热态修补用铝硅质耐磨喷涂料；所得耐磨喷涂料结合性强,与衬体烧结整体性好,施工回弹少,耐磨性强,制备过程工艺简单,且以工业固废为原料,大幅降低了喷涂料的开发成本,环境友好。(The invention discloses a preparation method of an aluminum-silicon wear-resistant spray coating for hot repair, which comprises the steps of adding waste electric ceramic particles and silica fume into a planetary type mixing machine according to the mass ratio of 100: 20-25, and mixing for 5-8 minutes to obtain a mixed particle material; adding the obtained mixed granular material, rho-alumina, clay, sillimanite and diatomite into a rotary mixing machine to mix for 10-12 minutes to obtain a precursor mixture; sequentially adding chrysotile fibers accounting for 6-8 wt% of the precursor mixture and aluminum dihydrogen phosphate solution accounting for 8-10 wt% of the precursor mixture into the precursor mixture, stirring for 5-8 minutes, and sealing for ageing for 30-40 minutes to obtain a mixture; adding carboxymethyl cellulose accounting for 0.5-1.5 wt% of the mixture into the obtained mixture, and stirring for 5-8 minutes to obtain the aluminum-silicon wear-resistant spray coating for thermal state repair; the obtained wear-resistant spray coating has the advantages of strong associativity, good sintering integrity with a lining body, less construction resilience, strong wear resistance and simple preparation process, takes industrial solid wastes as raw materials, greatly reduces the development cost of the spray coating, and is environment-friendly.)
技术领域
本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种热态修补用铝硅质耐磨喷涂料的制备方法
背景技术
喷涂料是利用高速气流作为载体进行施工的一类不定形耐火材料，主要适用于窑炉内衬的快速修补，施工过程中无需架设模板，具有省时省力、施工迅速的特点。
喷涂料可分为干式喷涂、半湿式喷涂、湿式喷涂及混合喷涂等几类，但总体而言，均要求喷涂料具有良好的结合性、粘附性和烧结性(魏博.“结合剂品种对喷补料性能的影响”，《耐火与石灰》，2019，44(6)：pp35～37)。
喷涂料的结合性主要源自结合剂的性能，目前常用的结合剂包括以水泥、水玻璃或溶胶等为主的水系结合(张青霞，聂建华，李洪波，等.“SiO2微粉对水泥结合铝镁质喷补料性能的影响”，《耐火材料》，2020，54(5)：pp390～394)，该类结合剂主要存在以下几个方面的缺点：(1)水系结合的喷涂料中不可避免含有大量水分，虽利于施工，但高温下最终逸出在材料内留下气孔，导致材料开裂；(2)水系结合的喷涂料，其高温性能被结合剂中的杂质组分恶化。如水泥中含有钙、水玻璃中含有钠等，这些组分在高温下均容易形成低熔点物相，严重影响喷涂料的高温性能。
喷涂料的粘附性主要源自各组分的颗粒级配与结合剂的相互作用。粘附性过高或过低均不利于喷涂施工(全荣.“塑性喷补施工法及喷补料的开发”，《耐火与石灰》，2011，36(1)： pp26～29)。粘附性过高，喷涂料易于成团而难以铺展；粘附性过低，则导致喷涂料回弹多，浪费原料且影响施工。
喷涂料的烧结性能主要体现在两方面，一是喷涂料自身快速烧结，另一方面还能够与窑炉衬体的本体材料烧结形成有效整体(魏博.“氧化镁原料对电炉喷补料烧结性的影响”，《耐火与石灰》，2017，42(4)：pp30～33)。因此，不能仅仅衡量喷补料自身的烧结性能，而应在服役环境下考虑喷补料与衬体本体形成烧结而紧密结合。
CN201910783154.5公开了一种热态修补喷涂料及其制备方法，以棕刚玉、广西泥和纯铝酸钙水泥为主要原料，加水混合后制得；虽然解决热态快速修补，喷涂料粘结好，强度高；但是水泥结合含钙组分恶化喷涂料高温热态性能。
CN201310366807.2公开了一种窑炉修补用喷补料，以镁砂、镁橄榄石等为主要原料，硼砂为结合剂，加水混匀后制得；虽然提高喷补料粘附率，抗剥落性好；但是镁砂等原料成本高，且易水化，影响材料的硬化与烧结。
CN201610010144.4公开了一种红柱石刚玉抗脱落喷补料，以红柱石刚玉料为原料，通过红柱石与刚玉的镶嵌包裹形成紧密结合；虽然提高喷补料耐火度、抗热震和防脱落；但是原料组分在高温下热膨胀系数不匹配，容易导致材料产生微裂纹和孔隙。
发明内容
本发明主要目的在于提供一种热态修补用铝硅质耐磨喷涂料的制备方法，该耐磨喷涂料结合性强，与衬体烧结整体性好，施工回弹少，耐磨性强，制备过程工艺简单，且以工业固废为原料，大幅降低了喷涂料的开发成本，环境友好。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
一种热态修补用铝硅质耐磨喷涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)将废电瓷颗粒和硅灰按质量比100︰(20～25)加入行星式混练机中混合5～8分钟，得到混合颗粒料；
2)将所得混合颗粒料、ρ-氧化铝、黏土、硅线石和硅藻土按质量比100︰(5～8)︰(10～15) ︰(10～15)︰(15～20)，加入回转式混练机中混合10～12分钟，得到前驱体混合料；
3)向所得前驱体混合料中依次加入占所述前驱体混合料6～8wt％的温石棉纤维和8～10wt％的磷酸二氢铝溶液，搅拌5～8分钟，密封困料30～40分钟，得到混合料；
4)向所得混合料中加入占所述混合料0.5～1.5wt％的羧甲基纤维素，搅拌5～8分钟，即得热态修补用铝硅质耐磨喷涂料。
按上述方案，所述废电瓷颗粒的粒度为0.1～2mm，所述废电瓷颗粒的体积密度为2.68～2.84g/cm3，吸水率为8～10％，Al2O3含量为40～45wt％，SiO2含量为45～50wt％。
按上述方案，所述ρ-氧化铝的粒度为80～100μm，Al2O3含量≥98.5wt％，真密度为3.4～3.6g/cm3。
按上述方案，所述黏土的粒度为50～60μm，Al2O3含量为25～30wt％，SiO2含量为30～40wt％，真密度为1.4～1.6g/cm3。
按上述方案，所述硅线石的粒度为40～50μm，Al2O3含量为60～65wt％，SiO2含量为30～35wt％，真密度为3.0～3.1g/cm3。
按上述方案，所述硅藻土的粒度为60～100μm，Al2O3含量为3～5wt％，SiO2含量为85～88wt％，真密度为0.6～0.8g/cm3。
按上述方案，所述温石棉纤维的SiO2含量为35～40wt％，MgO含量为40～45wt％，Al2O3含量为0.5～2wt％，Fe2O3含量≤0.8wt％，温石棉纤维直径为5～15μm，温石棉纤维长度为5～25mm，温石棉纤维容重0.4～0.6g/cm3。
相对于现有技术，本发明产生的有益效果是：
本发明中以废电瓷和硅灰等工业固废为原料，降低了喷涂料的制备成本。制备过程无需特殊设备或仪器，工艺简单。
本发明利用硅灰中单质Si在高温热态下氧化形成活性SiO2组分提高填充与烧结性能，促进喷涂料的快速烧结与整体成形。
本发明采用无水泥结合，避免含钙等有害组分引入，保障喷涂料的高温热态力学性能。
本发明选用磷酸盐结合，制备及服役过程中无有害气体或液体产生；利用磷酸盐和羧甲基纤维素的交联结合，显著提高喷涂料的结合性能，降低喷涂料的回弹。
本发明通过硅线石高温二次莫来石化反应形成柱状莫来石网络交错结构，增强喷涂料的耐磨性；同时利用二次莫来石化反应所引发的体积膨胀抵消SiO2晶型转变所引发的体积收缩，保持喷涂料良好的体积稳定性。
本发明利用硅藻土和温石棉纤维的堆积与填充，降低喷涂料的导热性能，实现高温工业窑炉的节能降耗。
本发明中使用的主要原料为成本低、易获得，实现了工业固废的资源化利用，环保效应显著；所制得耐磨喷涂料结合性强，与衬体烧结整体性好，施工回弹少，耐磨性强，可以应用于循环流化床锅炉返料器的喷涂修复。
本发明制备的热态修补用铝硅质耐磨喷涂料经检测：回弹率2.7～3.5％；1250℃131烧后体积密度2.43～2.68g/cm3；1250℃131烧后常温耐磨性试验磨损量为2.4～3.3cm3。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明热态修补用铝硅质耐磨喷涂料的制备方法，具体过程如下：
1)将废电瓷颗粒和硅灰按质量比100︰(20～25)加入行星式混练机中混合5～8分钟，得到混合颗粒料；
2)将所得混合颗粒料、ρ-氧化铝、黏土、硅线石和硅藻土按质量比100︰(5～8)︰(10～15) ︰(10～15)︰(15～20)，加入回转式混练机中混合10～12分钟，得到前驱体混合料；
3)向所得前驱体混合料中依次加入占所述前驱体混合料6～8wt％的温石棉纤维和8～10wt％的磷酸二氢铝溶液，搅拌5～8分钟，密封困料30～40分钟，得到混合料；
4)向所得混合料中加入占所述混合料0.5～1.5wt％的羧甲基纤维素，搅拌5～8分钟，即得热态修补用铝硅质耐磨喷涂料。
为避免重复，先将具体实施方式所涉及的物料统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述废电瓷颗粒的粒度为0.1～2mm，所述废电瓷颗粒的体积密度为2.68～2.84g/cm3，吸水率为8～10％，Al2O3含量为40～45wt％，SiO2含量为45～50wt％。
所述ρ-氧化铝的粒度为80～100μm，Al2O3含量≥98.5wt％，真密度为3.4～3.6g/cm3。
所述黏土的粒度为50～60μm，Al2O3含量为25～30wt％，SiO2含量为30～40wt％，真密度为1.4～1.6g/cm3。
所述硅线石的粒度为40～50μm，Al2O3含量为60～65wt％，SiO2含量为30～35wt％，真密度为3.0～3.1g/cm3。
所述硅藻土的粒度为60～100μm，Al2O3含量为3～5wt％，SiO2含量为85～88wt％，真密度为0.6～0.8g/cm3。
所述温石棉纤维的SiO2含量为35～40wt％，MgO含量为40～45wt％，Al2O3含量为0.5～2wt％，Fe2O3含量≤0.8wt％，温石棉纤维直径为5～15μm，温石棉纤维长度为5～25mm，温石棉纤维容重0.4～0.6g/cm3。
实施例1
1)按废电瓷颗粒和硅灰的质量比为100︰23，加入行星式混练机中混合6分钟，得到混合颗粒料；
2)按所述混合颗粒料、ρ-氧化铝、黏土、硅线石和硅藻土的质量比为100︰5︰12︰13︰18，加入回转式混练机中混合10分钟，得到前驱体混合料；
3)向所述前驱体混合料中依次加入占所述前驱体混合料6wt％的温石棉纤维和8wt％的磷酸二氢铝溶液，搅拌7分钟，密封困料35分钟，得到混合料；
4)向所述混合料中加入占所述混合料0.8wt％的羧甲基纤维素，搅拌7分钟，即得热态修补用铝硅质耐磨喷涂料。
本实施例制备的热态修补用铝硅质耐磨喷涂料经检测：回弹率2.8％；1250℃131烧后体积密度2.52g/cm3；1250℃131烧后常温耐磨性试验磨损量为2.7m3。
实施例2
1)按废电瓷颗粒和硅灰的质量比为100︰22，加入行星式混练机中混合5分钟，得到混合颗粒料；
2)按所述混合颗粒料、ρ-氧化铝、黏土、硅线石和硅藻土的质量比为100︰8︰14︰13︰17，加入回转式混练机中混合12分钟，得到前驱体混合料；
3)向所述前驱体混合料中依次加入占所述前驱体混合料7.5wt％的温石棉纤维和8.5wt％的磷酸二氢铝溶液，搅拌7分钟，密封困料30分钟，得到混合料；
4)向所述混合料中加入占所述混合料1.2wt％的羧甲基纤维素，搅拌5分钟，即得热态修补用铝硅质耐磨喷涂料。
本实施例制备的热态修补用铝硅质耐磨喷涂料经检测：回弹率3.3％；1250℃131烧后体积密度2.66g/cm3；1250℃131烧后常温耐磨性试验磨损量为2.4cm3。
实施例3
1)按废电瓷颗粒和硅灰的质量比为100︰25，加入行星式混练机中混合6分钟，得到混合颗粒料；
2)按所述混合颗粒料、ρ-氧化铝、黏土、硅线石和硅藻土的质量比为100︰6︰11︰13︰18，加入回转式混练机中混合11分钟，得到前驱体混合料；
3)向所述前驱体混合料中依次加入占所述前驱体混合料7wt％的温石棉纤维和9.5wt％的磷酸二氢铝溶液，搅拌8分钟，密封困料40分钟，得到混合料；
4)向所述混合料中加入占所述混合料1.5wt％的羧甲基纤维素，搅拌7分钟，即得热态修补用铝硅质耐磨喷涂料。
本实施例制备的热态修补用铝硅质耐磨喷涂料经检测：回弹率3.1％；1250℃131烧后体积密度2.61g/cm3；1250℃131烧后常温耐磨性试验磨损量为2.8cm3。
实施例4
1)按废电瓷颗粒和硅灰的质量比为100︰24，加入行星式混练机中混合7分钟，得到混合颗粒料；
2)按所述混合颗粒料、ρ-氧化铝、黏土、硅线石和硅藻土的质量比为100︰8︰15︰12︰15，加入回转式混练机中混合12分钟，得到前驱体混合料；
3)向所述前驱体混合料中依次加入占所述前驱体混合料6wt％的温石棉纤维和10wt％的磷酸二氢铝溶液，搅拌5分钟，密封困料30分钟，得到混合料；
4)向所述混合料中加入占所述混合料0.6wt％的羧甲基纤维素，搅拌8分钟，即得热态修补用铝硅质耐磨喷涂料。
本实施例制备的热态修补用铝硅质耐磨喷涂料经检测：回弹率2.9％；1250℃131烧后体积密度2.52g/cm3；1250℃131烧后常温耐磨性试验磨损量为3.3cm3。
最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种基于粉煤灰的轻质耐火骨料及其制备方法