本发明涉及硅碳棒涂层技术领域，具体涉及一种硅碳棒高温保护涂层及其制备方法。
背景技术
硅碳棒涂层是在硅碳棒制作好后在发热部表面涂的一种合成的表面薄膜，可在特殊的使用环境中起到延长硅碳棒使用寿命的作用，能阻隔加快硅碳棒老化的气体，保护硅碳棒的作用。然而，目前行业普遍使用的硅碳棒高温保护涂层材料成分单一，在不同工作介质中使用效果不佳，对提高硅碳棒的使用寿命有限等缺点。
具体地，原硅碳棒使用的高温抗氧化抗腐蚀涂层粉料主要由二硅化钼和一般的石墨粉料组成，之后加水玻璃液体混合后涂敷在硅碳棒的发热部表面，该类涂层有很大的局限性。此外，中国专利201610682759.1公开了一种二硅化钼加氮化硅粉料改进后的涂层方法，发明名称为重结晶硅碳棒表面高温抗氧化涂层的制备方法。然而，在复杂的高温酸性炉况下，上述涂层均未起到良好的抗氧化和抗腐蚀的保护作用，导致硅碳棒很快被氧化腐蚀，对硅碳棒的使用延寿有限。基于此，提供一种新型的硅碳棒高温保护涂层尤为重要。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明旨在提供一种硅碳棒高温保护涂层及其制备方法，从而提高硅碳棒在高温酸性介质工作环境下的抗氧化抗腐蚀的保护作用，以延长硅碳棒的使用寿命。目前现有技术的缺点主要在于高温涂层过于简单基本上是硅化钼石墨的粉料和水玻璃溶液的混合体，在高温炉况气氛呈酸性的复杂状况下，炉内高温分解物、碳氧化物、氮氧化物、卤化物等都会对硅碳棒的主体材料碳化硅产生致命的氧化腐蚀破坏作用。旧涂层在这样的炉况下，起不到很好的保护作用，从而降低了硅碳棒的使用寿命。本发明提供的全新硅碳复合涂层，能够显著提高硅碳棒在高温酸性介质工作环境下的抗氧化抗腐蚀作用，从而大幅延长硅碳棒的使用寿命。具体地，本发明涂层厚度为20～35μm，最高使用温度可达1400℃；且本发明涂层可以将硅碳棒使用寿命提高50％以上，费效比明显。
为此，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种硅碳棒保护涂层，保护涂层的原料包括甲组粉料和乙组混合液；其中，甲组粉料选用碳化硅、石墨、氧化铝、氮化硅、莫来石、铝钴合金和硅铁合金中的一种或多种；乙组混合液选用硅酸钾水溶液和/或甲醛改性聚乙烯醇；且甲组粉料和乙组混合液的质量比优选(25～30)：(70～75)。
优选地，甲组粉料的原料组分按重量份计，包括碳化硅12～27重量份、石墨4～15重量份、氧化铝15～27重量份、氮化硅1～7重量份、莫来石5～16重量份、铝钴合金5～16重量份和硅铁合金15～25重量份。
优选地，乙组混合液选用质量比为1：(0.5～0.8)的硅酸钾水溶液和甲醛改性聚乙烯醇。
优选地，保护涂层的原料还包括丙组分：丙组分选用硅氧烷，且硅氧烷的加入量占甲组粉料和乙组混合液总质量的2.5～3％。
优选地，碳化硅的粒度为320目，纯度≥90％；石墨的粒度为320目，纯度为固定碳含量≥97％；氧化铝的粒度为320目，纯度≥90％；氮化硅的粒度为320目；其中，氮含量为40～45％；莫来石的粒度为200目；其中，氧化铝含量为78％；铝钴合金的粒度为200目；其中，氧化铝含量为55％；硅铁合金的粒度为320目；其中，硅含量≥15％。
需要说明的是，制备本发明保护涂层的各原料药是按照重量份作为配比，在生产时可按照相应的比例增大或减少，如大规模生产可以以千克或以吨为单位，小规模生产也可以克为单位，重量可以增大或减小，但各组成之间的原料重量配比比例不变。
第二方面，本发明提供一种硅碳棒保护涂层的制备方法，包括以下步骤：s101：按比例称取甲组粉料的各原料组分，之后干混，得到甲组粉料；s102：将硅酸钾水溶液和甲醛改性聚乙烯醇按照预设比例混合均匀，得到乙组混合液；s103：将甲组粉料与乙组混合液搅拌均匀，得到呈胶体状的料浆；s104：待料浆中的固体含量为28～35％，且优选30％时，加入丙组分硅氧烷并混合均匀，得到硅碳棒保护涂层。
优选地，铝钴合金的制备方法包括：将氧化铝和氧化钴按照预设比例进行球磨混料，之后煅烧，将煅烧后的产物冷却至室温，之后再次球磨，过筛，得到铝钴合金；其中，氧化铝和氧化钴的比例为2：3，煅烧条件具体为：以200℃/h升温速率升温至1200℃，保温2小时。
优选地，s102中：硅酸钾水溶液的制备方法为：称取模数为3.2的纯硅酸钾固体料，加水配制成质量百分浓度为10～20％，且优选15％的硅酸钾水溶液。
第三方面，本发明提供的保护涂层在硅碳棒中的应用，包括以下步骤：s201：将硅碳棒于90～100℃下烘干处理1～3小时，且优选于100℃下烘干处理2小时，之后去除棒体表面浮尘；s202：将保护涂层均匀喷在棒体发热部的表面，自然干燥，之后烘烤，冷却后得到喷涂有保护涂层的硅碳棒。
优选地，s201中：烘干处理于烘干炉中进行，采用高压空气吹净棒体表面的浮尘；s202中：自然干燥的时间为3～5小时，烘烤温度为280～300℃，时间为2～4小时，且优选自然干燥的时间为4小时，烘烤温度为300℃，时间为3小时；保护涂层的厚度为20～35μm。
本发明提供的上述技术方案具有以下优点：
(1)本发明提供的全新硅碳复合涂层，能够显著提高硅碳棒在高温酸性介质工作环境下的抗氧化抗腐蚀作用，从而大幅延长硅碳棒的使用寿命。具体地，本发明根据硅碳棒使用时的炉况，拓宽了保护涂层中的有效成分，针对炉内大量存在的高温分解物、碳氧化物、氮氧化物、卤化物等有效提高了涂层的防护作用。
(2)在硅碳棒的使用过程中，本发明涂层中的各种有效成分可以和硅碳棒表面的碳化硅熔合在一起，形成高强度高结合力高密度的固熔烧结体，使涂层具有很高的粘接强度，具有更高的耐磨强度。
(3)本发明涂层无需事先烧结，其在使用过程即可自行烧结，从而显著减少了工序，降低成本。
(4)本发明涂层厚度为20～35μm，最高使用温度可达1400℃。
(5)本涂层烧结体的外表面可以生成一种高温玻化釉面体，其可以有效地封闭硅碳棒的开口气孔率，从而提高涂层对棒体的保护能力。
(6)本发明的涂层工艺简洁可行，成本低、效果明显，且经过数年的使用表明：本发明涂层可以将硅碳棒使用寿命提高50％以上，费效比明显。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
下面将对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚的说明本发明的技术方案，因此只作为实例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为自常规试剂商店购买得到的。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，数据为三次重复实验的平均值或平均值±标准差。
本发明提供一种硅碳棒保护涂层的制备方法，包括以下步骤：
s101：按配方的比例碳化硅：石墨：氧化铝：氮化硅：莫来石：铝钴合金：硅铁合金＝(12～27)：(4～15)：(15～27)：(1～7)：(5～16)：(5～16)：(15～25)称取各原料组分，之后放入滚筒混料机内干混1.5小时，得到甲组粉料。
其中，铝钴合金的制备方法包括：将粒度为240目的工业纯氧化铝的和粒度为240目的工业纯的氧化钴按照40％：60％的比例混合，放入球磨机内球磨混料4小时，之后取出放在陶瓷匣钵内在电炉内煅烧，以200℃/h升温速率升温至1200℃，保温2小时；将煅烧后的产物自然冷却至室温，取出后再次放入球磨机内球磨4小时，取出后过200目筛，得到铝钴合金。
s102：称取模数为3.2的工业纯硅酸钾固体料，加水配制成15％的硅酸钾水溶液；之后将硅酸钾水溶液和甲醛改性聚乙烯醇按照1:(0.5～0.8)的比例混合均匀，得到乙组混合液。
s103：将甲组粉料与乙组混合液搅拌均匀，得到呈胶体状的料浆。
s104：待料浆中的固体含量为30％时，加入硅氧烷并混合均匀，得到硅碳棒保护涂层。其中，硅氧烷的加入量占甲组粉料和乙组混合液总质量的2.5～3％。
进一步地，申请人将上述制备得到的保护涂层应用到硅碳棒中，包括以下步骤：
s201：将硅碳棒在烘干炉内于100℃下烘干处理2小时，出炉后用高压空气吹净棒体表面的浮尘。
s202：将保护涂层用涂料喷枪均匀地喷在棒体发热部的表面，自然干燥4小时，之后进入烘炉内300℃烘烤3小时，冷却，得到喷涂有保护涂层的硅碳棒。
下面结合具体实施方式进行说明：
实施例一
将本发明涂层用于锂电池行业，于2016年进行6批次。具体地，
本实施例提供一种硅碳棒保护涂层的制备方法，包括以下步骤：
s101：称取碳化硅690g、石墨粉219g、氮化硅141、氧化铝430、硅铁粉690g、莫来石粉240g、铝钴合金粉390g，共计2800g，把称好的料加入滚桶混料机内干混2.5小时，取出过200目筛装袋备用，即得到甲组粉料。
s102：称取3.5模数的固体硅酸钾1500g加入7500g纯净水在不锈钢锅内加热煮沸，等硅酸钾溶解后盛入大桶内冷却后再加入丙组料甲醛改性聚乙烯醇300g搅拌均匀呈胶体状液体备用，即得到乙组混合液。
s103：称取甲组粉料2800g，再称取8400g的乙组混合液，放入混料机内搅拌混制1.5小时得到料浆，备用。
s104：待料浆中的固体含量为30％时，加入硅氧烷并混合均匀，得到硅碳棒保护涂层。其中，硅氧烷的加入量占甲组粉料和乙组混合液总质量的2.5％。混好的料存放不得超过24小时。
此外，申请人将本实施例制备得到的保护涂层应用到硅碳棒中，包括以下步骤：
s201：将硅碳棒在烘干炉内于100℃下烘干处理2小时，出炉后用高压空气吹净棒体表面的浮尘。
s202：将保护涂层用涂料喷枪均匀地喷在棒体发热部的表面，自然干燥4小时，之后进入烘炉内300℃烘烤3小时，冷却，得到喷涂有保护涂层的硅碳棒。
本实施例中，涂层的厚度为20～35μm，划痕硬度为1级。且上述6批次采用新涂层的硅碳棒分别在两个厂家使用统计数据表明：硅碳棒的使用寿命提高了50％以上。
实施例二
将本发明涂层用于稀土行业煅烧电窑内硅碳棒上，于2016～2018年进行17批次。具体地，
本实施例提供一种硅碳棒保护涂层的制备方法，包括以下步骤：
s101：称取碳化硅660g、石墨240g、氮化硅150g、氧化铝360g、硅铁粉660g、莫来石粉300g、铝钴合金粉470g，共计：2840g，把称好的料加入滚桶混料机内干混2.5小时，取出过200目筛装袋备用，即得到甲组粉料。
s102：称取3.5模数的固体硅酸钾1500g加入7500g纯净水在不锈钢锅内加热煮沸，等硅酸钾溶解后盛入大桶内冷却后再加入丙组料甲醛改性聚乙烯醇300g搅拌均匀呈胶体状液体备用，即得到乙组混合液。
s103：称取甲组粉料2800g，再称取8400g的乙组混合液，放入混料机内搅拌混制1.5小时得到料浆，备用。
s104：待料浆中的固体含量为30％时，加入硅氧烷并混合均匀，得到硅碳棒保护涂层。其中，硅氧烷的加入量占甲组粉料和乙组混合液总质量的3％。混好的料存放不得超过24小时。
此外，申请人将本实施例制备得到的保护涂层应用到硅碳棒中，包括以下步骤：
s201：将硅碳棒在烘干炉内于100℃下烘干处理2小时，出炉后用高压空气吹净棒体表面的浮尘。
s202：将保护涂层用涂料喷枪均匀地喷在棒体发热部的表面，自然干燥4小时，之后进入烘炉内300℃烘烤3小时，冷却，得到喷涂有保护涂层的硅碳棒。
本实施例中，涂层的厚度为20～35μm，划痕硬度为1级。且上述6批次采用新涂层的硅碳棒在西北某一厂家使用统计数据表明：硅碳棒的使用寿命提高了50％以上。
当然，除了实施例一和实施例二列举的情况，其他原料组分的比例、制备过程中的其他条件和参数等也是可以的。
本发明提供的全新硅碳复合涂层，能够显著提高硅碳棒在高温酸性介质工作环境下的抗氧化抗腐蚀作用，从而大幅延长硅碳棒的使用寿命。具体地，本发明涂层厚度为20～35μm，最高使用温度可达1400℃；且本发明涂层可以将硅碳棒使用寿命提高50％以上，费效比明显。
在本说明书的描述中，需要理解的是，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。