一种磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料及其制备方法
一种磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及陶瓷涂覆材料技术领域，尤其涉及一种磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料及其 制备方法，主要应用于冶金、电力、煤炭行业中管道、燃烧间部件的耐磨、耐腐蚀及耐高温的 防护。
【背景技术】
[0002] 随着工业技术的发展，冶金、电力、煤炭等行业对动力系统的需求也不断提高；而 且燃煤供应紧张且煤粉品质下降，因此为保证工作效率则需增加单位时间的送煤量，这会 使热气流煤粉中夹杂的灰分更多，气流流速更快，加之煤燃烧后会产生水及含氮、含硫、含 氯等腐蚀性气体，这些都将导致金属管道、燃烧间等部件长期在高速粉尘冲击、高温、潮湿、 腐蚀环境下工作，加速了材料的恶化，引发爆管、停机等问题，造成了材料的浪费及时间的 损失，甚至威胁生命、财产的安全。
[0003] 因此设计一种耐磨、耐腐蚀、耐高温的磷酸盐掺杂陶瓷材料涂覆在金属材料表面， 可以有效保护金属直接接触腐蚀性气体及高速粉尘的冲击，从而延长材料的使用寿命。
【发明内容】
[0004] 本发明是为了解决金属材料在高速粉尘冲击及湿热、腐蚀环境下容易损耗的问 题，而提供了一种磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料及其制备方法，通过在金属材料表面涂覆磷酸 盐掺杂陶瓷材料，从而对金属材料具有一定的保护作用，达到延长金属材料使用寿命的目 的。
[0005] 本发明采用如下技术方案：
[0006] 本发明的磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料是由磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液、稀释剂和 陶瓷组分组成，其具体重量份组成如下：
[0007] 磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液1~4份
[0008] 稀释剂 15~20份
[0009] 陶瓷组分 20~40份。
[0010] 所述的磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液是由以下重量份的原料制成：
[0011] 质量分数为85%的磷酸溶液80~120份 氢氧化铝 15~25份 重铬酸钾或三氧化铬 1~5份 双氧水或甲醛 5~25份 丙酮或乙醇 5~20份。
[0012] 所述的磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液的制备方法如下：
[0013] 按照质量份数比称取质量分数为85%的磷酸溶液，氢氧化铝，重铬酸钾或三氧化 铬，混合搅拌均匀得到混合溶液，将混合溶液升温至120°C~150°C保持Ih~4h，升温速率 为15°C /min~30°C /min，反应完成后冷却至15°C~25°C，向其中滴加配方量的双氧水 或甲醛并充分搅拌，滴加完成后冷却至15°C~25°C，然后加入配方量的丙酮或乙醇搅拌均 匀，得到磷酸二氢铝-磷酸二氢铬混合溶液。
[0014] 所述的稀释剂是由以下重量份的原料制成：
[0015] 质量分数为85 %的磷酸溶液80~120份
[0016] 蒸馈水 50~80份。
[0017] 所述的稀释剂的制备方法如下：
[0018] 按照质量份数比称取质量分数为85%的磷酸溶液，蒸馏水，混合搅拌均匀，得到稀 释剂。
[0019] 所述的陶瓷组分是由以下重量份的原料制成：
[0020] 氧化铝 120~180份 氮化铝 10~20份 石英粉 70~130份 锂长石粉 50~300份 氧化锆 100~150份 氧化钙 5~20份 氧化镁 3~15份 四氧化三铅 1~20份 四硼酸钠 1~20份 三聚磷酸钠 1~20份。
[0021] 其中，氧化错的粒径范围为20 μπι~200 μπι ;氮化错的粒径范围为200nm~ 1000 nm ;石英粉的粒径范围为5 μ m~50 μ m ;锂长石粉的粒径范围为5 μ m~50 μ m ;氧化 错的粒径范围为300nm~lOOOnm。
[0022] 其中氧化铝、氮化铝、石英粉、氧化锆、锂长石粉的粒径均要求在粒径范围内，粒径 过大会导致涂覆材料不均匀；氧化钙，氧化镁质量要求在控制范围内，质量过多会导致适用 期变短；四氧化三铅、四硼酸钠、三聚磷酸钠质量要求在控制范围内，质量过多会导致耐高 温性能变差。
[0023] 所述的陶瓷组分的制备方法如下：
[0024] 按配比称取氧化铝、氮化铝、氧化锆、石英粉、锂长石粉、氧化钙、氧化镁、四氧化三 铅、四硼酸钠和三聚磷酸钠，用V型混料机混合6h，得到陶瓷组分。
[0025] 本发明的磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料的制备方法的具体步骤如下：
[0026] (1)按配比称取磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液，稀释剂，混合搅拌均匀，后加入配 比量的陶瓷组分，混合成均匀泥浆状，得到磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料；
[0027] (2)将步骤（1)得到的磷酸盐掺杂陶瓷材料涂覆于金属材料或可粘材料表面，控 制温度按照50°C~150°C，梯度升温，时间范围为12h~48h，使磷酸盐掺杂陶瓷材料硬化成 型。
[0028] 步骤（2)中，梯度升温要求梯度温度范围不超过30°C。升温过快会导致材料内部 孔隙增多，升温时间要按照升温要求，升温时间短将导致材料硬化不完全而失效。
[0029] 本发明的积极效果如下：
[0030] 本发明以氧化铝-二氧化锆-石英粉陶瓷粉料为基体，其中添加的氧化锆具有较 强的耐磨性能，氮化铝、氧化钙、氧化镁能够提高磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液的硬化成型 速度，降低材料的成型温度，其他粉末能够调节体系的pH值，并起到烧结助剂的作用，石英 粉及锂长石的加入可以降低材料的成本，加之磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液和氧化铝、氮 化铝为无机胶黏剂组分，为磷酸盐掺杂陶瓷材料提供了较好的粘接性能，而陶瓷本身耐高 温、耐腐蚀能力比较强，因此制备的磷酸盐掺杂陶瓷材料具有耐磨、耐腐蚀、耐高温、粘接性 强等特点。
【具体实施方式】
[0031] 下面的实施例是对本发明的进一步详细描述。
[0032] 实施例1 :
[0033] 一、称取质量分数85%的磷酸10(^、重铬酸钾28加入50〇!^三口瓶中，将混合溶 液升温至50°C，并以500~800r/min的速度搅拌30min，直至重铬酸钾完全溶解形成橘黄 色溶液；将橘黄色溶液升温至70°C，称取20g氢氧化铝并将其均分成10份，每隔IOmin加 入1份并不断搅拌，全部加入后继续搅拌30min，至氢氧化铝完全溶解；然后将溶液升温至 140°C，继续反应I. 5h并不断搅拌，反应完毕后冷却至室温；再称取IOg双氧水逐滴加入 其中并不断搅拌，滴加完毕后冷却至室温；再加入IOmL丙酮溶液搅拌均匀，制得磷酸二氢 铝-磷酸二氢铬溶液；
[0034] 二、称取质量分数85 %的磷酸溶液100g和蒸馏水70g，将磷酸溶液与蒸馏水混合 搅拌均匀，得到稀释剂；
[0035] 三、称取氧化铝15g，氧化错12. 5g，石英粉10g，氮化铝0. 5g，氧化妈0. 5g，氧化镁 0. 25g，四氧化三铅lg，四硼酸钠0. 4g，三聚磷酸钠0. 4g，锂长石5g将粉末投入V型混料机 混合6h，得到陶瓷组分；
[0036] 四、称取一、二、三中得到的磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液4g、稀释剂16g、陶瓷组 分20g混合成均匀泥浆状，得到磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料。
[0037] 磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料的适用期：30min~120min。
[0038] 磷酸盐掺杂陶瓷材料的硬化条件：将磷酸盐掺杂陶瓷材料涂覆于金属材料或可粘 材料表面表面，50°C加热4h，70°C加热4h，90°C加热8h，130°C加热4h，150°C加热6h，即可使 磷酸盐掺杂陶瓷材料硬化。
[0039] 按照上述工艺制备的磷酸盐掺杂陶瓷材料，将其升温至1200°C，对其表面施加 50N的力，材料整体保持完整且表面无塌陷。升温至1000°C并测试磷酸盐掺杂陶瓷材料的 热失重情况，结果热失重率为6. 5 % ;粘接45#钢测试片，根据"GB/T 7124-2008,胶黏剂拉 伸剪切强度的测定（刚性材料对刚性材料）"，常温剪切强度为3. 07MPa，500°C处理Ih后剪 切强度为I. 76MPa ;根据"GB/T 9966. 4-2001天然饰面石材试验方法"用不锈钢与磷酸盐掺 杂陶瓷材料对磨，施加25N压力，转速为50rpm/min，磨耗量为0. 26g/cm2。
[0040] 实施例2 :
[0041] 一、称取质量分数85%的磷酸10(^、重铬酸钾28加入50〇!^三口瓶中，将混合溶 液升温至50°C，并以500~800r/min的速度搅拌30min，直至重铬酸钾完全溶解形成橘黄 色溶液；将橘黄色溶液升温至70°C，称取20g氢氧化铝并将其均分成10份，每隔IOmin加 入1份并不断搅拌，全部加入后继续搅拌30min，至氢氧化铝完全溶解；然后将溶液升温至 140°C，继续反应I. 5h并不断搅拌，反应完毕后冷却至室温；再称取IOg双氧水逐滴加入 其中并不断搅拌，滴加完毕后冷却至室温；再加入IOmL丙酮溶液搅拌均匀，制得磷酸二氢 铝-磷酸二氢铬溶液；
[0042] 二、称取质量分数85 %的磷酸溶液100g和蒸馏水70g，将磷酸溶液与蒸馏水混合 搅拌均匀，得到稀释剂；
[0043] 三、称取氧化铝15g，氧化错12. 5g，石英粉10g，氮化铝lg，氧化妈lg，氧化镁 〇. 5g，四氧化三铅lg，四硼酸钠0. 4g，三聚磷酸钠0. 4g，锂长石5g将粉末投入V型混料机混 合6h，得到陶瓷组分；
[0044] 四、称取一、二、三中得到的磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液4g、稀释剂16g、陶瓷组 分20g混合成均匀泥浆状，得到磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料。
[0045] 磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料的适用期：20min~60min。
[0046] 磷酸盐掺杂陶瓷材料的硬化条件：将磷酸盐掺杂陶瓷材料涂覆于金属材料或可粘 材料表面表面，50°C加热3h，70°C加热3h，90°C加热6h， 130°C加热3h，150°C加热6h，即可使 磷酸盐掺杂陶瓷材料硬化。
[0047] 按照上述工艺制备的磷酸盐掺杂陶瓷材料，将其升温至1200°C，对其表面施加 50N的力，材料整体保持完整且表面无塌陷。升温至1000°C并测试磷酸盐掺杂陶瓷材料的 热失重情况，结果热失重率为8. 0% ;粘接45#钢测试片，根据"GB/T 7124-2008,胶黏剂拉 伸剪切强度的测定（刚性材料对刚性材料）"，常温剪切强度为2. 54MPa，500°C处理Ih后剪 切强度为I. 41MPa ;根据"GB/T 9966. 4-2001天然饰面石材试验方法"用不锈钢与磷酸盐掺 杂陶瓷材料对磨，施加25N压力，转速为50rpm/min，磨耗量为0. 32g/cm2。
[0048] 实施例3 :
[0049] 一、称取质量分数85%的磷酸10(^、重铬酸钾28加入50〇!^三口瓶中，将混合溶 液升温至50°C，并以500~800r/min的速度搅拌30min，直至重铬酸钾完全溶解形成橘黄 色溶液；将橘黄色溶液升温至70°C，称取20g氢氧化铝并将其均分成10份，每隔IOmin加 入1份并不断搅拌，全部加入后继续搅拌30min，至氢氧化铝完全溶解；然后将溶液升温至 140°C，继续反应I. 5h并不断搅拌，反应完毕后冷却至室温；再称取IOg双氧水逐滴加入 其中并不断搅拌，滴加完毕后冷却至室温；再加入IOmL丙酮溶液搅拌均匀，制得磷酸二氢 铝-磷酸二氢铬溶液；
[0050] 二、称取质量分数85 %的磷酸溶液100g和蒸馏水70g，将磷酸溶液与蒸馏水混合 搅拌均匀，得到稀释剂；
[0051] 三、称取氧化铝15g，氧化错12. 5g，石英粉10g，氮化铝0. 5g，氧化妈0. 5g，氧化镁 0. 25g，四氧化三铅lg，四硼酸钠0. 4g，三聚磷酸钠0. 4g，锂长石5g将粉末投入V型混料机 混合6h，得到陶瓷组分；
[0052] 四、称取一、二、三中得到的磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液4g、稀释剂16g、陶瓷组 分30g混合成均匀泥浆状，得到磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料。
[0053] 磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料的适用期：30min~120min。
[0054] 磷酸盐掺杂陶瓷材料的硬化条件：将磷酸盐掺杂陶瓷材料涂覆于金属材料或可粘 材料表面表面，50°C加热4h，70°C加热4h，90°C加热8h，130°C加热4h，150°C加热6h，即可使 磷酸盐掺杂陶瓷材料硬化。
[0055] 按照上述工艺制备的磷酸盐掺杂陶瓷材料，将其升温至1200°C，对其表面施加 50N的力，材料整体保持完整且表面无塌陷。升温至1000°C并测试磷酸盐掺杂陶瓷材料的 热失重情况，结果热失重率为5. 4% ;粘接45#钢测试片，根据"GB/T 7124-2008,胶黏剂拉 伸剪切强度的测定（刚性材料对刚性材料）"，常温剪切强度为3. 43MPa，500°C处理Ih后剪 切强度为2. 06MPa ;根据"GB/T 9966. 4-2001天然饰面石材试验方法"用不锈钢与磷酸盐掺 杂陶瓷材料对磨，施加25N压力，转速为50rpm/min，磨耗量为0. 17g/cm2。
[0056] 实施例4 :
[0057] 一、称取质量分数85%的磷酸10(^、重铬酸钾28加入50〇!^三口瓶中，将混合溶 液升温至50°C，并以500~800r/min的速度搅拌30min，直至重铬酸钾完全溶解形成橘黄 色溶液；将橘黄色溶液升温至70°C，称取20g氢氧化铝并将其均分成10份，每隔IOmin加 入1份并不断搅拌，全部加入后继续搅拌30min，至氢氧化铝完全溶解；然后将溶液升温至 140°C，继续反应I. 5h并不断搅拌，反应完毕后冷却至室温；再称取IOg双氧水逐滴加入 其中并不断搅拌，滴加完毕后冷却至室温；再加入IOmL丙酮溶液搅拌均匀，制得磷酸二氢 铝-磷酸二氢铬溶液；
[0058] 二、称取质量分数85 %的磷酸溶液100g和蒸馏水70g，将磷酸溶液与蒸馏水混合 搅拌均匀，得到稀释剂；
[0059] 三、称取氧化铝15g，氧化错12. 5g，石英粉10g，氮化铝0. 5g，氧化妈0. 5g，氧化镁 0. 25g，四氧化三铅lg，四硼酸钠0. 4g，三聚磷酸钠0. 4g，锂长石5g将粉末投入V型混料机 混合6h，得到陶瓷组分；
[0060] 四、称取一、二、三中得到的磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液8g、稀释剂12g、陶瓷组 分20g混合成均匀泥浆状，得到磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料。
[0061] 磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料的适用期：30min~90min。
[0062] 磷酸盐掺杂陶瓷材料的硬化条件：将磷酸盐掺杂陶瓷材料涂覆于金属材料或可粘 材料表面表面，50°C加热6h，70°C加热6h，90°C加热12h，130°C加热6h，150°C加热8h，即可 使磷酸盐掺杂陶瓷材料硬化。
[0063] 按照上述工艺制备的磷酸盐掺杂陶瓷材料，将其升温至1200°C，对其表面施加 50N的力，材料整体保持完整且表面无塌陷。升温至1000°C并测试磷酸盐掺杂陶瓷材料的 热失重情况，结果热失重率为5. 7 % ;粘接45#钢测试片，根据"GB/T 7124-2008,胶黏剂拉 伸剪切强度的测定（刚性材料对刚性材料）"，常温剪切强度为3. 50MPa，500°C处理Ih后剪 切强度为2. HMPa ;根据"GB/T 9966. 4-2001天然饰面石材试验方法"用不锈钢与磷酸盐掺 杂陶瓷材料对磨，施加25N压力，转速为50rpm/min，磨耗量为0. 29g/cm2。
[0064] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以 理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换 和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1. 一种磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料，其特征在于：所述的磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料是由 磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液、稀释剂和陶瓷组分组成，其具体重量份组成如下： 磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液1~4份 稀释剂 15~20份 陶瓷组分 20~40份。2. 如权利要求1所述的磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料，其特征在于：所述的磷酸二氢 铝-磷酸二氢铬溶液是由以下重量份的原料制成：3. 如权利要求2所述的磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料，其特征在于：所述的磷酸二氢 铝-磷酸二氢铬溶液的制备方法如下： 按照质量份数比称取质量分数为85%的磷酸溶液，氢氧化铝，重铬酸钾或三氧化铬， 混合搅拌均匀得到混合溶液，将混合溶液升温至120°C~150°C保持Ih~4h，升温速率为 15°C /min~30°C /min，反应完成后冷却至15°C~25°C，向其中滴加配方量的双氧水或甲 醛并充分搅拌，滴加完成后冷却至15°C~25°C，然后加入配方量的丙酮或乙醇搅拌均匀， 得到磷酸二氢铝-磷酸二氢铬混合溶液。4. 如权利要求1所述的磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料，其特征在于：所述的稀释剂是由以 下重量份的原料制成： 质量分数为85%的磷酸溶液80~120份 蒸馏水 50~80份。5. 如权利要求4所述的磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料，其特征在于：所述的稀释剂的制备 方法如下： 按照质量份数比称取质量分数为85 %的磷酸溶液，蒸馏水，混合搅拌均匀，得到稀释 剂。6. 如权利要求1所述的磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料，其特征在于：所述的陶瓷组分是由 以下重量份的原料制成：7. 如权利要求6所述的磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料，其特征在于：氧化铝的粒径范围 为20 μ m~200 μ m ;氮化错的粒径范围为200nm~1000 nm ;石英粉的粒径范围为5 μ m~ 50 μ m ;锂长石粉的粒径范围为5 μ m~50 μ m ;氧化错的粒径范围为300nm~lOOOnm。8. 如权利要求7所述的磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料，其特征在于：所述的陶瓷组分的制 备方法如下： 按配比称取氧化铝、氮化铝、氧化锆、石英粉、锂长石粉、氧化钙、氧化镁、四氧化三铅、 四硼酸钠和三聚磷酸钠，用V型混料机混合6h，得到陶瓷组分。9. 一种制备如权利要求1-8任一项所述的磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料的方法，其特征在 于：所述制备方法的具体步骤如下： (1) 按配比称取磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液，稀释剂，混合搅拌均匀，后加入配比量 的陶瓷组分，混合成均匀泥浆状，得到磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料； (2) 将步骤（1)得到的磷酸盐掺杂陶瓷材料涂覆于金属材料或可粘材料表面，控制温 度按照50°C~150°C，梯度升温，时间范围为12h~48h，使磷酸盐掺杂陶瓷材料硬化成型。10. 如权利要求9所述的制备方法，其特征在于：步骤（2)中，梯度升温要求梯度温度 范围不超过30°C。
【专利摘要】本发明公开了一种磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料，本发明是要解决金属材料在高速粉尘冲击及湿热、腐蚀环境下容易损耗的问题，通过在金属材料表面涂覆磷酸盐掺杂陶瓷材料，从而对金属材料具有一定的保护作用，达到延长金属材料使用寿命的目的。磷酸盐掺杂陶瓷材料是由磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液、稀释剂和陶瓷组分三部分组成，制备过程如下：一、制备磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液；二、制备稀释剂；三、制备陶瓷组分；四、制备磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料。本发明制备的磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料，耐磨、耐腐蚀、耐高温性能好，且具有一定的粘接性能，主要应用于金属材料及其他可粘材料的气体冲蚀防护。
【IPC分类】C04B35/14, C04B35/10, C04B35/48, C04B35/63, C04B35/16
【公开号】CN104892006
【申请号】CN201510212498
【发明人】王珏, 刘洪成, 于倩, 何冬青, 张晓臣, 张伟君
【申请人】黑龙江省科学院高技术研究院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月29日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及陶瓷涂覆材料技术领域，尤其涉及一种磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料及其 制备方法，主要应用于冶金、电力、煤炭行业中管道、燃烧间部件的耐磨、耐腐蚀及耐高温的 防护。
【背景技术】
[0002] 随着工业技术的发展，冶金、电力、煤炭等行业对动力系统的需求也不断提高；而 且燃煤供应紧张且煤粉品质下降，因此为保证工作效率则需增加单位时间的送煤量，这会 使热气流煤粉中夹杂的灰分更多，气流流速更快，加之煤燃烧后会产生水及含氮、含硫、含 氯等腐蚀性气体，这些都将导致金属管道、燃烧间等部件长期在高速粉尘冲击、高温、潮湿、 腐蚀环境下工作，加速了材料的恶化，引发爆管、停机等问题，造成了材料的浪费及时间的 损失，甚至威胁生命、财产的安全。
[0003] 因此设计一种耐磨、耐腐蚀、耐高温的磷酸盐掺杂陶瓷材料涂覆在金属材料表面， 可以有效保护金属直接接触腐蚀性气体及高速粉尘的冲击，从而延长材料的使用寿命。
【发明内容】
[0004] 本发明是为了解决金属材料在高速粉尘冲击及湿热、腐蚀环境下容易损耗的问 题，而提供了一种磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料及其制备方法，通过在金属材料表面涂覆磷酸 盐掺杂陶瓷材料，从而对金属材料具有一定的保护作用，达到延长金属材料使用寿命的目 的。
[0005] 本发明采用如下技术方案：
[0006] 本发明的磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料是由磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液、稀释剂和 陶瓷组分组成，其具体重量份组成如下：
[0007] 磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液1~4份
[0008] 稀释剂 15~20份
[0009] 陶瓷组分 20~40份。
[0010] 所述的磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液是由以下重量份的原料制成：
[0011] 质量分数为85%的磷酸溶液80~120份 氢氧化铝 15~25份 重铬酸钾或三氧化铬 1~5份 双氧水或甲醛 5~25份 丙酮或乙醇 5~20份。
[0012] 所述的磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液的制备方法如下：
[0013] 按照质量份数比称取质量分数为85%的磷酸溶液，氢氧化铝，重铬酸钾或三氧化 铬，混合搅拌均匀得到混合溶液，将混合溶液升温至120°C~150°C保持Ih~4h，升温速率 为15°C /min~30°C /min，反应完成后冷却至15°C~25°C，向其中滴加配方量的双氧水 或甲醛并充分搅拌，滴加完成后冷却至15°C~25°C，然后加入配方量的丙酮或乙醇搅拌均 匀，得到磷酸二氢铝-磷酸二氢铬混合溶液。
[0014] 所述的稀释剂是由以下重量份的原料制成：
[0015] 质量分数为85 %的磷酸溶液80~120份
[0016] 蒸馈水 50~80份。
[0017] 所述的稀释剂的制备方法如下：
[0018] 按照质量份数比称取质量分数为85%的磷酸溶液，蒸馏水，混合搅拌均匀，得到稀 释剂。
[0019] 所述的陶瓷组分是由以下重量份的原料制成：
[0020] 氧化铝 120~180份 氮化铝 10~20份 石英粉 70~130份 锂长石粉 50~300份 氧化锆 100~150份 氧化钙 5~20份 氧化镁 3~15份 四氧化三铅 1~20份 四硼酸钠 1~20份 三聚磷酸钠 1~20份。
[0021] 其中，氧化错的粒径范围为20 μπι~200 μπι ;氮化错的粒径范围为200nm~ 1000 nm ;石英粉的粒径范围为5 μ m~50 μ m ;锂长石粉的粒径范围为5 μ m~50 μ m ;氧化 错的粒径范围为300nm~lOOOnm。
[0022] 其中氧化铝、氮化铝、石英粉、氧化锆、锂长石粉的粒径均要求在粒径范围内，粒径 过大会导致涂覆材料不均匀；氧化钙，氧化镁质量要求在控制范围内，质量过多会导致适用 期变短；四氧化三铅、四硼酸钠、三聚磷酸钠质量要求在控制范围内，质量过多会导致耐高 温性能变差。
[0023] 所述的陶瓷组分的制备方法如下：
[0024] 按配比称取氧化铝、氮化铝、氧化锆、石英粉、锂长石粉、氧化钙、氧化镁、四氧化三 铅、四硼酸钠和三聚磷酸钠，用V型混料机混合6h，得到陶瓷组分。
[0025] 本发明的磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料的制备方法的具体步骤如下：
[0026] (1)按配比称取磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液，稀释剂，混合搅拌均匀，后加入配 比量的陶瓷组分，混合成均匀泥浆状，得到磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料；
[0027] (2)将步骤（1)得到的磷酸盐掺杂陶瓷材料涂覆于金属材料或可粘材料表面，控 制温度按照50°C~150°C，梯度升温，时间范围为12h~48h，使磷酸盐掺杂陶瓷材料硬化成 型。
[0028] 步骤（2)中，梯度升温要求梯度温度范围不超过30°C。升温过快会导致材料内部 孔隙增多，升温时间要按照升温要求，升温时间短将导致材料硬化不完全而失效。
[0029] 本发明的积极效果如下：
[0030] 本发明以氧化铝-二氧化锆-石英粉陶瓷粉料为基体，其中添加的氧化锆具有较 强的耐磨性能，氮化铝、氧化钙、氧化镁能够提高磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液的硬化成型 速度，降低材料的成型温度，其他粉末能够调节体系的pH值，并起到烧结助剂的作用，石英 粉及锂长石的加入可以降低材料的成本，加之磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液和氧化铝、氮 化铝为无机胶黏剂组分，为磷酸盐掺杂陶瓷材料提供了较好的粘接性能，而陶瓷本身耐高 温、耐腐蚀能力比较强，因此制备的磷酸盐掺杂陶瓷材料具有耐磨、耐腐蚀、耐高温、粘接性 强等特点。
【具体实施方式】
[0031] 下面的实施例是对本发明的进一步详细描述。
[0032] 实施例1 :
[0033] 一、称取质量分数85%的磷酸10(^、重铬酸钾28加入50〇!^三口瓶中，将混合溶 液升温至50°C，并以500~800r/min的速度搅拌30min，直至重铬酸钾完全溶解形成橘黄 色溶液；将橘黄色溶液升温至70°C，称取20g氢氧化铝并将其均分成10份，每隔IOmin加 入1份并不断搅拌，全部加入后继续搅拌30min，至氢氧化铝完全溶解；然后将溶液升温至 140°C，继续反应I. 5h并不断搅拌，反应完毕后冷却至室温；再称取IOg双氧水逐滴加入 其中并不断搅拌，滴加完毕后冷却至室温；再加入IOmL丙酮溶液搅拌均匀，制得磷酸二氢 铝-磷酸二氢铬溶液；
[0034] 二、称取质量分数85 %的磷酸溶液100g和蒸馏水70g，将磷酸溶液与蒸馏水混合 搅拌均匀，得到稀释剂；
[0035] 三、称取氧化铝15g，氧化错12. 5g，石英粉10g，氮化铝0. 5g，氧化妈0. 5g，氧化镁 0. 25g，四氧化三铅lg，四硼酸钠0. 4g，三聚磷酸钠0. 4g，锂长石5g将粉末投入V型混料机 混合6h，得到陶瓷组分；
[0036] 四、称取一、二、三中得到的磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液4g、稀释剂16g、陶瓷组 分20g混合成均匀泥浆状，得到磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料。
[0037] 磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料的适用期：30min~120min。
[0038] 磷酸盐掺杂陶瓷材料的硬化条件：将磷酸盐掺杂陶瓷材料涂覆于金属材料或可粘 材料表面表面，50°C加热4h，70°C加热4h，90°C加热8h，130°C加热4h，150°C加热6h，即可使 磷酸盐掺杂陶瓷材料硬化。
[0039] 按照上述工艺制备的磷酸盐掺杂陶瓷材料，将其升温至1200°C，对其表面施加 50N的力，材料整体保持完整且表面无塌陷。升温至1000°C并测试磷酸盐掺杂陶瓷材料的 热失重情况，结果热失重率为6. 5 % ;粘接45#钢测试片，根据"GB/T 7124-2008,胶黏剂拉 伸剪切强度的测定（刚性材料对刚性材料）"，常温剪切强度为3. 07MPa，500°C处理Ih后剪 切强度为I. 76MPa ;根据"GB/T 9966. 4-2001天然饰面石材试验方法"用不锈钢与磷酸盐掺 杂陶瓷材料对磨，施加25N压力，转速为50rpm/min，磨耗量为0. 26g/cm2。
[0040] 实施例2 :
[0041] 一、称取质量分数85%的磷酸10(^、重铬酸钾28加入50〇!^三口瓶中，将混合溶 液升温至50°C，并以500~800r/min的速度搅拌30min，直至重铬酸钾完全溶解形成橘黄 色溶液；将橘黄色溶液升温至70°C，称取20g氢氧化铝并将其均分成10份，每隔IOmin加 入1份并不断搅拌，全部加入后继续搅拌30min，至氢氧化铝完全溶解；然后将溶液升温至 140°C，继续反应I. 5h并不断搅拌，反应完毕后冷却至室温；再称取IOg双氧水逐滴加入 其中并不断搅拌，滴加完毕后冷却至室温；再加入IOmL丙酮溶液搅拌均匀，制得磷酸二氢 铝-磷酸二氢铬溶液；
[0042] 二、称取质量分数85 %的磷酸溶液100g和蒸馏水70g，将磷酸溶液与蒸馏水混合 搅拌均匀，得到稀释剂；
[0043] 三、称取氧化铝15g，氧化错12. 5g，石英粉10g，氮化铝lg，氧化妈lg，氧化镁 〇. 5g，四氧化三铅lg，四硼酸钠0. 4g，三聚磷酸钠0. 4g，锂长石5g将粉末投入V型混料机混 合6h，得到陶瓷组分；
[0044] 四、称取一、二、三中得到的磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液4g、稀释剂16g、陶瓷组 分20g混合成均匀泥浆状，得到磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料。
[0045] 磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料的适用期：20min~60min。
[0046] 磷酸盐掺杂陶瓷材料的硬化条件：将磷酸盐掺杂陶瓷材料涂覆于金属材料或可粘 材料表面表面，50°C加热3h，70°C加热3h，90°C加热6h， 130°C加热3h，150°C加热6h，即可使 磷酸盐掺杂陶瓷材料硬化。
[0047] 按照上述工艺制备的磷酸盐掺杂陶瓷材料，将其升温至1200°C，对其表面施加 50N的力，材料整体保持完整且表面无塌陷。升温至1000°C并测试磷酸盐掺杂陶瓷材料的 热失重情况，结果热失重率为8. 0% ;粘接45#钢测试片，根据"GB/T 7124-2008,胶黏剂拉 伸剪切强度的测定（刚性材料对刚性材料）"，常温剪切强度为2. 54MPa，500°C处理Ih后剪 切强度为I. 41MPa ;根据"GB/T 9966. 4-2001天然饰面石材试验方法"用不锈钢与磷酸盐掺 杂陶瓷材料对磨，施加25N压力，转速为50rpm/min，磨耗量为0. 32g/cm2。
[0048] 实施例3 :
[0049] 一、称取质量分数85%的磷酸10(^、重铬酸钾28加入50〇!^三口瓶中，将混合溶 液升温至50°C，并以500~800r/min的速度搅拌30min，直至重铬酸钾完全溶解形成橘黄 色溶液；将橘黄色溶液升温至70°C，称取20g氢氧化铝并将其均分成10份，每隔IOmin加 入1份并不断搅拌，全部加入后继续搅拌30min，至氢氧化铝完全溶解；然后将溶液升温至 140°C，继续反应I. 5h并不断搅拌，反应完毕后冷却至室温；再称取IOg双氧水逐滴加入 其中并不断搅拌，滴加完毕后冷却至室温；再加入IOmL丙酮溶液搅拌均匀，制得磷酸二氢 铝-磷酸二氢铬溶液；
[0050] 二、称取质量分数85 %的磷酸溶液100g和蒸馏水70g，将磷酸溶液与蒸馏水混合 搅拌均匀，得到稀释剂；
[0051] 三、称取氧化铝15g，氧化错12. 5g，石英粉10g，氮化铝0. 5g，氧化妈0. 5g，氧化镁 0. 25g，四氧化三铅lg，四硼酸钠0. 4g，三聚磷酸钠0. 4g，锂长石5g将粉末投入V型混料机 混合6h，得到陶瓷组分；
[0052] 四、称取一、二、三中得到的磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液4g、稀释剂16g、陶瓷组 分30g混合成均匀泥浆状，得到磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料。
[0053] 磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料的适用期：30min~120min。
[0054] 磷酸盐掺杂陶瓷材料的硬化条件：将磷酸盐掺杂陶瓷材料涂覆于金属材料或可粘 材料表面表面，50°C加热4h，70°C加热4h，90°C加热8h，130°C加热4h，150°C加热6h，即可使 磷酸盐掺杂陶瓷材料硬化。
[0055] 按照上述工艺制备的磷酸盐掺杂陶瓷材料，将其升温至1200°C，对其表面施加 50N的力，材料整体保持完整且表面无塌陷。升温至1000°C并测试磷酸盐掺杂陶瓷材料的 热失重情况，结果热失重率为5. 4% ;粘接45#钢测试片，根据"GB/T 7124-2008,胶黏剂拉 伸剪切强度的测定（刚性材料对刚性材料）"，常温剪切强度为3. 43MPa，500°C处理Ih后剪 切强度为2. 06MPa ;根据"GB/T 9966. 4-2001天然饰面石材试验方法"用不锈钢与磷酸盐掺 杂陶瓷材料对磨，施加25N压力，转速为50rpm/min，磨耗量为0. 17g/cm2。
[0056] 实施例4 :
[0057] 一、称取质量分数85%的磷酸10(^、重铬酸钾28加入50〇!^三口瓶中，将混合溶 液升温至50°C，并以500~800r/min的速度搅拌30min，直至重铬酸钾完全溶解形成橘黄 色溶液；将橘黄色溶液升温至70°C，称取20g氢氧化铝并将其均分成10份，每隔IOmin加 入1份并不断搅拌，全部加入后继续搅拌30min，至氢氧化铝完全溶解；然后将溶液升温至 140°C，继续反应I. 5h并不断搅拌，反应完毕后冷却至室温；再称取IOg双氧水逐滴加入 其中并不断搅拌，滴加完毕后冷却至室温；再加入IOmL丙酮溶液搅拌均匀，制得磷酸二氢 铝-磷酸二氢铬溶液；
[0058] 二、称取质量分数85 %的磷酸溶液100g和蒸馏水70g，将磷酸溶液与蒸馏水混合 搅拌均匀，得到稀释剂；
[0059] 三、称取氧化铝15g，氧化错12. 5g，石英粉10g，氮化铝0. 5g，氧化妈0. 5g，氧化镁 0. 25g，四氧化三铅lg，四硼酸钠0. 4g，三聚磷酸钠0. 4g，锂长石5g将粉末投入V型混料机 混合6h，得到陶瓷组分；
[0060] 四、称取一、二、三中得到的磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液8g、稀释剂12g、陶瓷组 分20g混合成均匀泥浆状，得到磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料。
[0061] 磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料的适用期：30min~90min。
[0062] 磷酸盐掺杂陶瓷材料的硬化条件：将磷酸盐掺杂陶瓷材料涂覆于金属材料或可粘 材料表面表面，50°C加热6h，70°C加热6h，90°C加热12h，130°C加热6h，150°C加热8h，即可 使磷酸盐掺杂陶瓷材料硬化。
[0063] 按照上述工艺制备的磷酸盐掺杂陶瓷材料，将其升温至1200°C，对其表面施加 50N的力，材料整体保持完整且表面无塌陷。升温至1000°C并测试磷酸盐掺杂陶瓷材料的 热失重情况，结果热失重率为5. 7 % ;粘接45#钢测试片，根据"GB/T 7124-2008,胶黏剂拉 伸剪切强度的测定（刚性材料对刚性材料）"，常温剪切强度为3. 50MPa，500°C处理Ih后剪 切强度为2. HMPa ;根据"GB/T 9966. 4-2001天然饰面石材试验方法"用不锈钢与磷酸盐掺 杂陶瓷材料对磨，施加25N压力，转速为50rpm/min，磨耗量为0. 29g/cm2。
[0064] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以 理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换 和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1. 一种磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料，其特征在于：所述的磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料是由 磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液、稀释剂和陶瓷组分组成，其具体重量份组成如下： 磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液1~4份 稀释剂 15~20份 陶瓷组分 20~40份。2. 如权利要求1所述的磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料，其特征在于：所述的磷酸二氢 铝-磷酸二氢铬溶液是由以下重量份的原料制成：3. 如权利要求2所述的磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料，其特征在于：所述的磷酸二氢 铝-磷酸二氢铬溶液的制备方法如下： 按照质量份数比称取质量分数为85%的磷酸溶液，氢氧化铝，重铬酸钾或三氧化铬， 混合搅拌均匀得到混合溶液，将混合溶液升温至120°C~150°C保持Ih~4h，升温速率为 15°C /min~30°C /min，反应完成后冷却至15°C~25°C，向其中滴加配方量的双氧水或甲 醛并充分搅拌，滴加完成后冷却至15°C~25°C，然后加入配方量的丙酮或乙醇搅拌均匀， 得到磷酸二氢铝-磷酸二氢铬混合溶液。4. 如权利要求1所述的磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料，其特征在于：所述的稀释剂是由以 下重量份的原料制成： 质量分数为85%的磷酸溶液80~120份 蒸馏水 50~80份。5. 如权利要求4所述的磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料，其特征在于：所述的稀释剂的制备 方法如下： 按照质量份数比称取质量分数为85 %的磷酸溶液，蒸馏水，混合搅拌均匀，得到稀释 剂。6. 如权利要求1所述的磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料，其特征在于：所述的陶瓷组分是由 以下重量份的原料制成：7. 如权利要求6所述的磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料，其特征在于：氧化铝的粒径范围 为20 μ m~200 μ m ;氮化错的粒径范围为200nm~1000 nm ;石英粉的粒径范围为5 μ m~ 50 μ m ;锂长石粉的粒径范围为5 μ m~50 μ m ;氧化错的粒径范围为300nm~lOOOnm。8. 如权利要求7所述的磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料，其特征在于：所述的陶瓷组分的制 备方法如下： 按配比称取氧化铝、氮化铝、氧化锆、石英粉、锂长石粉、氧化钙、氧化镁、四氧化三铅、 四硼酸钠和三聚磷酸钠，用V型混料机混合6h，得到陶瓷组分。9. 一种制备如权利要求1-8任一项所述的磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料的方法，其特征在 于：所述制备方法的具体步骤如下： (1) 按配比称取磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液，稀释剂，混合搅拌均匀，后加入配比量 的陶瓷组分，混合成均匀泥浆状，得到磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料； (2) 将步骤（1)得到的磷酸盐掺杂陶瓷材料涂覆于金属材料或可粘材料表面，控制温 度按照50°C~150°C，梯度升温，时间范围为12h~48h，使磷酸盐掺杂陶瓷材料硬化成型。10. 如权利要求9所述的制备方法，其特征在于：步骤（2)中，梯度升温要求梯度温度 范围不超过30°C。
【专利摘要】本发明公开了一种磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料，本发明是要解决金属材料在高速粉尘冲击及湿热、腐蚀环境下容易损耗的问题，通过在金属材料表面涂覆磷酸盐掺杂陶瓷材料，从而对金属材料具有一定的保护作用，达到延长金属材料使用寿命的目的。磷酸盐掺杂陶瓷材料是由磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液、稀释剂和陶瓷组分三部分组成，制备过程如下：一、制备磷酸二氢铝-磷酸二氢铬溶液；二、制备稀释剂；三、制备陶瓷组分；四、制备磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料。本发明制备的磷酸盐掺杂陶瓷涂覆材料，耐磨、耐腐蚀、耐高温性能好，且具有一定的粘接性能，主要应用于金属材料及其他可粘材料的气体冲蚀防护。
【IPC分类】C04B35/14, C04B35/10, C04B35/48, C04B35/63, C04B35/16
【公开号】CN104892006
【申请号】CN201510212498
【发明人】王珏, 刘洪成, 于倩, 何冬青, 张晓臣, 张伟君
【申请人】黑龙江省科学院高技术研究院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月29日
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