改性磷酸盐陶瓷涂层的制备及其在高温锅炉中的应用

发布时间：2020-06-19 15:51

【摘要】：磷酸盐陶瓷涂层具有耐高温,耐腐蚀性和耐磨损擦磨损性能好,粘结强度大等特点,被广泛应用于高温工业。本文针对燃煤锅炉管道腐蚀问题,选用料浆法制备改性磷酸盐耐腐蚀陶瓷涂层,以H_3PO_4、Al(OH)_3、MgO和ZnO等为原料,采用液相法制备了磷酸铝镁、磷酸铝锌和磷酸铝镁锌三个体系的改性粘结剂,研究了改性磷酸盐粘结剂中不同金属原子比对粘结剂的pH值、固化温度、微观形貌、晶体稳定性和热稳定性等性能的影响。将制备好的磷酸铝镁、磷酸铝锌和磷酸铝镁锌粘结剂分别与一定配比的填料混合制备出磷酸盐陶瓷涂层,研究了粘结剂中不同的金属原子对涂层耐腐蚀性能、耐热性、抗热震性等影响。本文制备出的磷酸铝镁、磷酸铝锌、和磷酸铝镁锌三个体系的粘结剂的pH都为酸性,pH介于0.7~1.2之间,均比磷酸二氢铝大。三个体系磷酸盐粘结剂都有相同的固化特点,在300℃前,粘结剂的初步固化完成,近80 wt%的水分已脱去。磷酸铝镁粘结剂在高温烧结过程中晶体稳定性明显比单独的磷酸二氢铝和磷酸二氢镁好,形成的晶粒较小。磷酸铝锌粘结剂烧结后整体呈非晶态,但高温下也有少量的Zn(PO_3)_2、Zn_3(PO_4)_2和b-Al(PO_3)_3晶体生成。磷酸铝粘结剂中同时引入Mg、Zn原子,增加了体系的混乱度后,粘结剂晶体的高温稳定性好,在高温烧结过程中没有发生晶型转变,主要形成的是Mg(PO_3)_2和Zn_2(PO_3)_4晶体。扫描电子显微镜(SEM)显示,在磷酸铝镁粘结剂中,随着Mg原子的增加,粘结剂烧结后表面形成颗粒状的晶体增多,裂纹等缺陷减少;当Mg原子含量超过临界值时,粘结剂的缺陷又增多,A1M2(A代表Al,M代表Mg,该式表示粘结剂中Al和Mg的原子比为1:2,下同)粘结剂表面形貌最好。在磷酸铝锌粘结剂中,随着Zn原子的增多,粘结剂烧结后表面形成的鳞片状结晶物质越多,在Al/Zn=1:1和Al/Zn=1:2时,磷酸铝锌粘结剂最为连续致密。鳞片状物质尺寸不仅跟粘结剂存放时间有关,还与粘结剂中的Al/Zn比有关,生长速度呈先缓慢,后快速,最后几乎不再增加的趋势。磷酸铝镁锌粘结剂表面连续致密,有少量可见的晶体形成,粘结剂出现的缺陷较少,涂层的性能较好。针对涂层的耐腐蚀性能,测试了涂层的耐酸性液体介质腐蚀、耐高温熔盐腐蚀和电化学腐蚀。结果均表明Mg、Zn原子的引入,可提高磷酸铝粘结剂的耐腐蚀性,磷酸铝镁锌的耐腐蚀性均比其他的高,说明了高熵涂层中混乱度增加,涂层耐腐蚀性也增加。测试涂层的耐700℃性能和抗热震性能,结果表明,Mg、Zn原子的引入,可提高磷酸铝粘结剂的耐热性能和抗热震性能,且Zn原子的贡献较Mg高。测试涂层的耐摩擦磨损性能,结果表明Mg原子对磷酸铝涂层耐摩擦磨损性能提升明显,但Zn对磷酸铝的耐摩擦磨损性能则提升不大。
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.453;TK229
【图文】：

偏磷酸盐,聚磷酸盐

改性磷酸盐陶瓷涂层的制备及其在高温锅炉中的应用业锅炉对涂层的高温性能的要求，磷酸盐陶瓷涂层具有优异的综合磷酸盐陶瓷涂层作为研究。粘结剂身并无粘结性，但它与金属氧化物或氢氧化物等形成的磷酸盐具有盐可以 MaOb xP2O5 yH2O 表示，式中 M 为金属元素，一般有铝、、铜等金属。以料浆法制备涂层的胶黏剂 M/P 的摩尔比通常为 0.2，胶黏剂难以固化，涂层固化后形成有效粘结成分少，涂层性能差；易发生自聚产生沉淀，难以得到均匀的胶黏剂，当 P/M 的摩尔比黏剂固化后可形成聚合体，具有较高的粘附性，粘结效果好。磷酸时，以磷酸二氢铝为例，机理如图 1.1、图 1.2 所示：

磷酸铝,金属氧化物,反应产物,胶黏剂

但它与金属氧化物或氢氧化物等形成的磷酸盐具有盐可以 MaOb xP2O5 yH2O 表示，式中 M 为金属元素，一般有铝、铜等金属。以料浆法制备涂层的胶黏剂 M/P 的摩尔比通常为 0.胶黏剂难以固化，涂层固化后形成有效粘结成分少，涂层性能差易发生自聚产生沉淀，难以得到均匀的胶黏剂，当 P/M 的摩尔比剂固化后可形成聚合体，具有较高的粘附性，粘结效果好。磷酸，以磷酸二氢铝为例，机理如图 1.1、图 1.2 所示：图 1.1 聚磷酸盐、偏磷酸盐形成Figure 1.1 Formation of polyphosphate and metaphosphate.

【参考文献】