本發(fā)明涉及化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及涂料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)的防腐涂料及其涂層的制備方法。

背景技術(shù)：

柴油或天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)要不斷經(jīng)受高溫至800℃與低溫至零下40℃間的溫度變化。排氣系統(tǒng)的前端包括排氣歧管以及增壓器排氣管等部件，一般為球墨鑄鐵所制備。這些鐵質(zhì)部件暴露在不同的溫度、環(huán)境下，很容易受到來(lái)自空氣中的腐蝕性氣體，如：氯離子、碳酸根離子、nox的攻擊，而易被氧化腐蝕導(dǎo)致生銹。腐蝕后的排氣系統(tǒng)會(huì)減少使用壽命，表面的銹跡也會(huì)剝落擴(kuò)散影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的其他部件的壽命。將鑄鐵部件更換成特種的高溫不銹鋼部件雖然是一個(gè)有效的處理方法，但會(huì)帶來(lái)成本、使用壽命、強(qiáng)度等其他問(wèn)題，在大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上仍沒(méi)有應(yīng)用。

鑄鐵部件的防腐處理最直接的方法是在發(fā)動(dòng)機(jī)部件表面噴涂防腐涂料。然而，普通的防腐涂料以有機(jī)高分子物為主要成分，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間地承受300℃以上高溫的烘烤。傳統(tǒng)上，含有金屬鋁粉的有機(jī)硅樹(shù)脂作為高溫涂料的主要選擇，并被廣泛使用多年。中國(guó)專利申請(qǐng)cn102140308公開(kāi)了“一種新型耐高溫涂料”，其為以鋁粉為主填料的有機(jī)硅樹(shù)脂耐高溫涂料，這種涂料的主要成分為甲基或苯基有機(jī)硅樹(shù)脂，金屬鋁粉的加入提高了使用溫度，在500℃溫度以下表現(xiàn)尚好，但在更高的溫度下，有機(jī)硅樹(shù)脂易發(fā)生熱裂解，金屬鋁也將發(fā)生氧化反應(yīng)，這種涂料無(wú)法在600℃以上的高溫下起到長(zhǎng)時(shí)間的防腐作用，無(wú)法滿足發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)的防腐。另有一種耐熱1000℃以上的無(wú)機(jī)高溫涂料(現(xiàn)代技術(shù)陶瓷，2011，第39頁(yè))，含有稀土氧化物，但其熱膨脹系數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)材料不匹配，無(wú)法承受冷熱劇變，無(wú)法使用在冷熱變化劇烈的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)的防腐上，在冷熱劇變過(guò)程中非常容易開(kāi)裂脫落。一些以硅酸鈉，磷酸二氫鋁等無(wú)機(jī)材料為主體的其他耐高溫涂料，由于涂層不致密，含有孔隙，無(wú)法防止腐蝕性氣體或者液體滲透，仍無(wú)法使用于發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣系統(tǒng)防腐。搪玻璃技術(shù)作為一個(gè)傳統(tǒng)的防腐技術(shù)，以玻璃質(zhì)材料為主體，可以在金屬的表面形成致密的涂層，耐一定的溫度，但其抗熱沖擊性很差，也無(wú)法用于需要反復(fù)的冷熱循環(huán)的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)。

隨著節(jié)能減排要求的不斷提高，天然氣或者柴油等發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度越來(lái)越高，必須有相適應(yīng)的、可以在800℃長(zhǎng)時(shí)間使用的高溫涂料得到開(kāi)發(fā)以解決發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)尤其是前端的高溫防腐問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種耐熱溫度更高，可在800℃的溫度長(zhǎng)時(shí)間使用，并且耐冷熱溫變、耐腐蝕可用于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)的耐高溫涂料。該涂料涂覆在排氣歧管或者增壓器上后，厚度正常不超過(guò)100微米，發(fā)動(dòng)機(jī)一旦啟動(dòng)，在經(jīng)過(guò)600℃的溫度后，可形成一致密無(wú)空隙的涂層，其能經(jīng)受多次反復(fù)的熱循環(huán)，不脫殼剝落。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明第一方面提供技術(shù)方案是：一種防腐涂料的制備方法，其包括如下步驟：

(1)基料的制備：將固含量在30％以上的酸性硅溶膠與硅烷偶聯(lián)劑在室溫下進(jìn)行水解反應(yīng)，硅溶膠與硅烷偶聯(lián)劑的重量比為1:1～3:1；

(2)填料漿料的制備：將填料原料在溶劑中進(jìn)行球磨成微小顆粒，漿料的固含量為40％～70％；

(3)將步驟(1)的基料與步驟(2)的填料漿料進(jìn)行混合，基料與漿料的重量比為1:1～1:4，攪拌均勻配制成涂料。

本發(fā)明一優(yōu)選技術(shù)方案，所述基料包括10～50重量份的酸性硅溶膠和0～30重量份的鋁溶膠；其中酸化的酸種類選自鹽酸，硫酸。

本發(fā)明一優(yōu)選技術(shù)方案，所述填料選自石英砂，氧化鋁，碳化硅，滑石粉，高嶺土粉，無(wú)機(jī)顏料，莫來(lái)石粉和云母粉中的至少一種。

本發(fā)明一優(yōu)選技術(shù)方案，所述硅烷偶聯(lián)劑選自四甲氧基硅烷，四乙氧基硅烷，甲基三甲氧基硅烷，甲基三乙氧基硅烷，二甲基二甲氧基硅烷，二甲基二乙氧基硅烷，乙基三甲氧基硅烷，乙基三乙氧基硅烷和γ―(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的至少一種；優(yōu)選地，所述硅烷偶聯(lián)劑選自四甲氧基硅烷，四乙氧基硅烷，甲基三甲氧基硅烷，甲基三乙氧基硅烷。

本發(fā)明一優(yōu)選技術(shù)方案，按重量份比例計(jì)，步驟(2)中，在所述填料中還加入0～50份的抗腐蝕金屬粉，所述抗腐蝕金屬粉選自al粉、ti粉、ni粉、cr粉、zn粉或不銹鋼粉中的至少一種或兩種以上的組合。

本發(fā)明一優(yōu)選技術(shù)方案，步驟(2)中，將填料材料球磨至d50為1μm～20μm。

優(yōu)選的，所述涂料的溶劑選自水、甲醇、乙醇或異丙醇中的至少一種或兩種以上的組合。

優(yōu)選的，所述涂料的ph值為3～8。

優(yōu)選的，所述涂料的固含量為30％～80％，液體含量為20-70％。

優(yōu)選的，所述涂料還包括0～30重量份的耐高溫顏料，所述耐高溫顏料選自銅鉻黑，鐵錳黑和鈦白粉中的至少一種。

優(yōu)選的，所述填料中還含有5～30重量份玻璃粉，優(yōu)選地所述玻璃粉為低溫玻璃粉，優(yōu)選地為tg在400℃以下的硼酸鹽玻璃粉、磷酸鹽玻璃粉或硅酸鹽玻璃粉，且這些玻璃粉內(nèi)不含pb，cd，hg等重金屬。

本發(fā)明第二方面提供技術(shù)方案是：一種防腐涂料涂層的制備方法，其包括如下步驟：

a.將涂料涂覆于鑄鐵部件表面，然后在150℃～200℃之間進(jìn)行烘干固化；

b.將固化后的涂層再經(jīng)過(guò)600℃～800℃之間的二次高溫?zé)崽幚砗?，形成致密涂層?/p>

本發(fā)明一優(yōu)選技術(shù)方案，步驟a中，將涂料噴涂或者刷涂或輥涂的方式施工于鑄鐵部件表面。

本發(fā)明一優(yōu)選技術(shù)方案，固化后的涂層的厚度在30～80微米之間。

本發(fā)明第三方面提供技術(shù)方案是：一種防腐涂料，其通過(guò)如下方法制備得到：

(1)基料的制備：將固含量在30％以上的酸性硅溶膠與硅烷偶聯(lián)劑在室溫下進(jìn)行水解反應(yīng)，硅溶膠與硅烷偶聯(lián)劑的重量比為1:1～3:1；

(2)填料漿料的制備：將填料原料在溶劑中進(jìn)行球磨成微小顆粒，漿料的固含量為40％～70％；

(3)將步驟(1)的基料與步驟(2)的填料漿料進(jìn)行混合，基料與漿料的重量比為1:1～1:4，攪拌均勻配制成涂料。

本發(fā)明的第四方面提供一種上述一種制備得到的防腐涂料的用途，用于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)鑄件表面的涂覆。

用于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)的防腐涂料的制備方法，其包括如下步驟：

(1)基料的制備：將固含量在30％以上的酸性硅溶膠與硅烷偶聯(lián)劑在室溫下進(jìn)行水解反應(yīng)，反應(yīng)的時(shí)間為6小時(shí)以上24小時(shí)以下，硅溶膠與硅烷偶聯(lián)劑的重量比為1:1～3:1；

(2)填料料漿的制備：將填料原料在溶劑中進(jìn)行球磨至平均顆粒大小到20微米以下1微米以上，漿料的固含量在40％～70％；

(3)將步驟(1)的基料與球磨好的步驟(2)的填料料漿進(jìn)行混合，基料與漿料的混合質(zhì)量比為1:1～1:4，配制成涂料。

本發(fā)明解決了背景技術(shù)中存在的缺陷，具有如下有益效果：

1.本發(fā)明耐高溫涂料的原料中，以硅溶膠(或硅溶膠與鋁溶膠的復(fù)合溶膠)與硅烷偶聯(lián)劑的反應(yīng)物作為基料，相比于傳統(tǒng)的含鋁有機(jī)硅涂料，可耐更高的溫度至800度以上；使用以金屬氧化物為主要成分的陶瓷材料，則能避免高溫氧化，提高熱穩(wěn)定性和抗腐蝕性，有利于保持所形成涂層的良好外觀；使用低溫玻璃粉，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不僅有利于提高涂料整體的耐酸性，高溫時(shí)熔化還有利于增強(qiáng)基料中sio2間的粘合力，使涂層完全致密，能經(jīng)受更高的溫度。所述涂料的各種原料以合適的比例配比，協(xié)同作用使得本發(fā)明涂料結(jié)構(gòu)致密，可在600℃以上的高溫中較長(zhǎng)時(shí)間的使用，能夠經(jīng)受800℃以上高溫長(zhǎng)時(shí)間的烘烤，具有高低溫耐鹽霧，耐酸等防腐性，且其熱膨脹系數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)材料匹配，耐溫變性好，可以承受800℃的高溫與室溫或低溫之間反復(fù)的冷熱劇變，尤其適合用于發(fā)動(dòng)機(jī)的防腐。

2.本發(fā)明耐高溫涂料的原料中，還可以包括抗腐蝕金屬粉，其有利于提高附著力和防腐蝕耐高溫性能，al、ti、ni、cr、zn和不銹鋼的熔點(diǎn)不同，含有金屬粉體的涂料更可以作為底漆使用，可使活潑金屬如zn,al直接接觸金屬底部，實(shí)現(xiàn)電化學(xué)防腐，同時(shí)滿足涂料800℃以上的耐高溫、耐腐蝕需要。

3.本發(fā)明耐高溫涂料，其原料中的低溫玻璃粉選用硼酸鹽，磷酸鹽或硅酸鹽等低溫玻璃，例如氧化鉍硅酸鹽，不含pb,cd,hg和六價(jià)cr，在保證涂料耐高溫、耐腐蝕性能的同時(shí)又不會(huì)引入相關(guān)有毒離子，有利于環(huán)保。涂料的溶劑可以僅為水，也可以水為主，相對(duì)于以有機(jī)溶劑為主的體系也更加有利于健康和環(huán)保。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說(shuō)明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進(jìn)，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說(shuō)明書中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。

本發(fā)明一實(shí)施例中，一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)的耐高溫涂料，由下述原料經(jīng)分步混合而成。所述原料，按重量份比例計(jì)，包括10～80份的基料，10～80份的陶瓷材料，和5～30份的低溫玻璃粉；所述基料包括10～50份的硅溶膠(和0～30份的鋁溶膠)；所述陶瓷材料包括石英砂，氧化鋁，碳化硅，滑石粉，高嶺土粉，莫來(lái)石粉，和云母粉中的至少一種。本發(fā)明耐高溫涂料的原料中，以硅溶膠(或硅溶膠與鋁溶膠的混合溶膠)與硅烷偶聯(lián)劑的反應(yīng)物作為基料，相比于有機(jī)硅涂料，耐高溫性更好；使用以金屬氧化物為主要成分的陶瓷材料，則能避免高溫氧化，提高熱穩(wěn)定性和抗腐蝕性，有利于保持所形成涂層的良好外觀；使用低溫玻璃粉，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不僅有利于提高涂料整體的耐酸性，高溫時(shí)熔化還有利于增強(qiáng)基料中sio2間的粘合力，使形成的涂層完全致密。優(yōu)選的，所述硅溶膠的固含量為25～35％，鋁溶膠的固含量為15～5％。進(jìn)一步的，所述硅溶膠和鋁溶膠中的溶劑分別為水。優(yōu)選的，按重量份比例計(jì)，所述陶瓷材料包括石英砂0～40份，氧化鋁0～30份，碳化硅0～30份，滑石粉0～25份，高嶺土粉0～20份，莫來(lái)石粉0～20份，云母粉0～20份。所述涂料的各種原料以合適的比例配比，協(xié)同作用使得本發(fā)明涂料可在600℃以上的高溫中較長(zhǎng)時(shí)間的使用，且其熱膨脹系數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)材料匹配，耐溫變性好，適合用于發(fā)動(dòng)機(jī)的防腐。

涂料的溶劑可以僅為水，也可以水為主，包含水以及有機(jī)溶劑甲醇、乙醇、和異丙醇中的至少一種，相對(duì)于以有機(jī)溶劑為主的體系也更加有利于健康和環(huán)保。溶劑中的水來(lái)源于硅溶膠或鋁溶膠，也可以單獨(dú)加入。

按重量份比例計(jì)，所述原料還包括0～50份的抗腐蝕金屬粉，所述抗腐蝕金屬粉為金屬al粉,ti粉,ni粉,cr粉,zn粉和不銹鋼粉中的至少一種。進(jìn)一步的，所述抗腐蝕金屬粉包括金屬al粉0～20份,ti粉0～20份,ni粉0份20％,cr粉0～20份,zn粉0～50份，不銹鋼粉0～20份。其有利于提高附著力和防腐蝕耐高溫性能，使涂料的導(dǎo)熱性得到改善，結(jié)構(gòu)更加致密。al、ti、ni、cr，zn和不銹鋼的熔點(diǎn)不同，可使涂料在不同溫度下形成熔融涂層，滿足涂料800℃以上的耐高溫、耐腐蝕需要。

按重量份比例計(jì)，所述原料還包括0～30份的耐高溫顏料。進(jìn)一步的，所述耐高溫顏料包括鈦白粉0～10份，銅鉻黑粉0～30份，鐵錳黑粉0～30份。

按重量份比例計(jì)，所述原料還包括氣相白炭黑0～10份，既有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，又在涂料中起到補(bǔ)強(qiáng)、增稠、觸變、絕緣、消光和防沉作用。

上述耐高溫涂料的制備方法。

第一步：基料中的硅溶膠(或硅鋁復(fù)合溶膠)與硅烷偶聯(lián)劑發(fā)生水解反應(yīng)，形成高分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。反應(yīng)體系ph3～7，水解反應(yīng)所需要的水來(lái)自硅溶膠或鋁溶膠，也可以單獨(dú)加入?？墒褂糜袡C(jī)溶劑作為助劑，例如甲醇，乙醇，異丙醇，丁醇和丙二醇甲醚中的一種或幾種，輔助硅烷偶聯(lián)劑的水解反應(yīng)。即溶劑為水或水與有機(jī)溶劑的混合，溶劑的用量為該水解體系反應(yīng)前總重量的10％～50％；還可使用醋酸，硫酸，鹽酸或硝酸作為水解反應(yīng)的催化劑，催化劑用量為水解體系反應(yīng)前總重量的0.1％～5％。水解反應(yīng)的溫度控制在0～100℃之間，反應(yīng)時(shí)間為1～24h，具體隨著反應(yīng)溫度的高低進(jìn)行調(diào)整。

第二步：填料的漿料的制備：將陶瓷粉體材料，低溫玻璃粉，作為填料。加入抗腐蝕金屬粉，耐高溫顏料，和氣相白炭黑，混合得到本發(fā)明的耐高溫涂料。用超細(xì)球磨機(jī)粉碎陶瓷粉體材料，至陶瓷材料顆粒的平均顆粒大小在10μm以下。

第三步，將基料與填料的漿料混合，用醋酸調(diào)節(jié)ph至4～6。將反應(yīng)產(chǎn)物冷卻至室溫，然后過(guò)濾200目紗布，排除超大顆粒等雜物,得到本發(fā)明耐高溫涂料。

實(shí)施例1：

第一步：將固含量在30％的中性硅溶膠(蘇州納迪微電子有限公司，nd-0201)與甲基三甲氧基硅烷1:1在室溫下進(jìn)行水解反應(yīng)，加入醋酸調(diào)節(jié)ph至4，反應(yīng)的時(shí)間為6小時(shí)，作為基料。

第二步：用超細(xì)球磨機(jī)粉碎陶瓷粉體材料，至顆粒平均大小d50在4μm左右的陶瓷漿料。溶劑為異丙醇，粉體為1000目石英砂，α-氧化鋁粉體，滑石粉，銅鉻黑粉，按照比例1:1:0.5:1進(jìn)行球磨,總固體含量為60％，作為陶瓷涂料的填料。

第三步：按1:1比例將填料的漿料投入到基料中，將混合產(chǎn)物冷卻至室溫，然后過(guò)濾200目紗布，排除超大顆粒等雜物,得到耐高溫涂料。

使用本發(fā)明的耐高溫涂料時(shí)，需要先將發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣歧管或者增壓器的鑄鐵部件進(jìn)行拋丸處理，再進(jìn)一步進(jìn)行噴砂處理，徹底除去表面任何的油污，鐵銹等異物，然后用高壓空氣進(jìn)行清洗。將處理后的發(fā)動(dòng)機(jī)部件用無(wú)氣高壓噴涂的方式進(jìn)行涂裝本發(fā)明涂料，也可采用用刷涂和滾涂的方式。涂裝后的部件送入150-200℃的隧道爐固化，成型。噴涂后的本發(fā)明涂料干厚度控制在100μm以下，優(yōu)選的，60-80μm。

將與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管同樣材質(zhì)的鑄鐵部件進(jìn)行切割、噴砂處理，然后將本發(fā)明各實(shí)施例的耐高溫涂料分別噴涂到部件上，并按照gb1727-92方法分別制備漆膜，涂漆后的部件在800℃空氣中進(jìn)行熱處理，然后對(duì)噴涂烘烤后的各部件進(jìn)行如下各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)，測(cè)試方法及結(jié)果如下：

由上表可知，本發(fā)明實(shí)施例的各種涂料均滿足表中各項(xiàng)測(cè)試要求，達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)，能夠經(jīng)受800℃以上長(zhǎng)時(shí)間的烘烤，可以承受800℃與室溫間的反復(fù)的冷熱劇變，結(jié)構(gòu)致密，具有耐鹽霧，耐酸等防腐性，具有一定的硬度以經(jīng)受設(shè)備安裝過(guò)程中的機(jī)械沖擊、運(yùn)營(yíng)中的震動(dòng)。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)例的限制，上述實(shí)例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。