一种耐高温高压水环境复合涂层的制备方法及应用

本发明涉及耐高温高压水环境涂层、高温高压腐蚀领域。

背景技术：

0、技术背景

1、在清洁绿色能源如地热水和核电站，其结构金属服役环境有着严苛的温度和压力。截至目前，研究者开发的耐水热涂层的方法主要是通过500℃以上的高温喷涂或者烧结耐热材料来制备。这种方法不仅条件严苛且涂层与金属基底结合力差，在高温高压水环境下防护性能低下。因此开发一种简易且能够长期在高温高压水环境中的涂层十分重要。

2、耐热聚合物树脂在日常生活中应用广泛，广泛应用于金属涂装防护，家庭装修，物品修饰等各个方面。目前市面上的耐水热涂层主要以硅树脂和特种塑料。常见硅树脂涂料涂覆的虽然耐温可以达到200～300℃，但在热水环境中容易发生降解或者溶胀导致结合力下降。特种塑料则难以附着在金属基底表面，在水热环境下破损后基材极易发生腐蚀。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种复合型耐高温高压水环境涂层的制备方法及应用。

2、本发明研发了一种复合型涂层，可以通过中高温固化与烧结在水热环境常用金属基底上涂覆，构筑耐高温高压水环境涂层。将常用的硅树脂，如甲基苯基硅树脂（提供主要涂层骨架）、耐高温有机树脂如聚苯硫醚（提供次要有机骨架）、无机复合金属氧化物纳米颗粒（为基底金属提供缓释功能）等进行预接枝，再利用异氰酸酯基团可在室温和高温下与氨基、羟基、羧基等活性基团较快速地发生反应的特性，将上述复合组分迅速固化。涂覆在负载了sio2纳米薄膜的金属表面烧结后，在高温高压水环境下能长期保持涂层的完整性，有效减缓基底金属的腐蚀过程。

3、一种耐高温高压水环境复合涂层的制备方法，

4、1）配置a组分：称取0.1~5 g硅树脂，0.1~5 g耐高温有机树脂粉末，0.1~5 g锆和铈的复合氧化物粉末，量取5~50 ml有机溶剂，在磁力搅拌下分散成均一的悬浊液；

5、配置b组分：异氰酸酯多聚体类物质0.5~5 ml；

6、a组份中的硅树脂为甲基硅树脂、环氧硅树脂、苯基硅树脂等硅树脂中的一种或多种；

7、a组份中的耐高温有机树脂粉末为聚苯硫醚（pps）粉末、聚四氟乙烯（ptfe）粉末和乙烯四氟乙烯共聚物（pfa）粉末的一种或多种；

8、a组分中的锆和铈的复合氧化物粉末为cexzr1-xo，x=0.5~0.8，中的一种；

9、2）将a、b两组份混合后通过浸涂、刷涂、滴涂，或者旋涂方式负载到沉积了sio2中间层的金属上，负载次数为1～5次，置于180℃恒温干燥箱烘干；

10、3）将制得的以sio2为中间层的负载了复合组分涂料的金属材料置于马弗炉中，按照100℃至340℃升温2～4h，再以340℃恒温1～3h，最后自动降到室温的程序进行煅烧，冷却后得到以sio2为中间层的耐高温高压水环境复合涂层。

11、所述的制备方法， sio2的预处理层制备：

12、1）金属基体经无水丙酮超声除油10～30min，去离子水冲洗后，用无水乙醇冲洗干净后60～100℃恒温干燥烘待用；

13、2）驱体溶液配制：加入50～100ml无水乙醇、50～100ml0.2m硝酸钠溶液、1～10ml硅酸四甲酯或硅酸四乙酯，1m醋酸溶液调ph至2.0～5.0，室温下搅拌6～24h，待用；

14、3）在三电极槽中加入配好的前驱体溶液，以金属基体作为工作电极，ag/agcl作为参比电极，铂片为对电极，控制电位在-1.0～-3.0v，沉积时间为100s～500s，沉积温度30～60℃，沉积后依次用去离子水、乙醇冲洗后40～100℃烘干，冷却后即制得负载了sio2纳米薄膜的金属。

15、所述的金属基体包括低碳钢、不锈钢、铝合金和铜合金。

16、所述的制备方法，a组份中的有机溶剂为甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇中的一种或多种。

17、所述的制备方法， a组份的磁力搅拌下分散时间为12~24小时。

18、所述的制备方法，b组份的异氰酸酯多聚体类物质为异氰酸酯三聚体类物质中的一种或多种，所述的异氰酸酯三聚体氰酸酯类物质包括六亚甲基二异氰酸酯二聚体、甲苯二异氰酸酯二聚体、异佛尔酮二异氰酸酯二聚体；三聚体类物质包括六亚甲基二异氰酸酯三聚体、甲苯二异氰酸酯三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体。

19、所述的制备方法， a、b两组份混合的温度为室温~50℃。

20、一种耐高温高压水环境复合涂层，包括所述sio2层、复合涂料的a组份和b组份。

21、所述的耐高温高压水环境复合涂层的应用，烧结固化后的复合涂层用于在120～250℃和0.15～10mpa的水环境中保护金属。

22、本发明的有益效果：

23、（1）该复合涂层的制备条件简便，常见的刷涂与喷涂法均适用。复合涂层在中高温下即可烧结固化，易于实际使用。

24、（2）该复合涂层与金属基底结合力优异，适合长期在水热环境下使用。

25、（3）复合涂层负载了金属氧化物缓蚀剂，在长期有效减缓金属腐蚀的同时，可以减少有机缓蚀剂对环境污染。

技术特征：

1.一种耐高温高压水环境复合涂层的制备方法，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，sio2的预处理层制备：

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的金属基体包括低碳钢、不锈钢、铝合金和铜合金。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，a组份中的有机溶剂为甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，a组份的磁力搅拌下分散时间为12~24小时。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，b组份的异氰酸酯多聚体类物质为异氰酸酯三聚体类物质中的一种或多种，所述的异氰酸酯三聚体氰酸酯类物质包括六亚甲基二异氰酸酯二聚体、甲苯二异氰酸酯二聚体、异佛尔酮二异氰酸酯二聚体；三聚体类物质包括六亚甲基二异氰酸酯三聚体、甲苯二异氰酸酯三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，a、b两组份混合的温度为室温~50℃。

8.一种耐高温高压水环境复合涂层，其特征在于，包括根据权利要求1中所述sio2层、复合涂料的a组份和b组份。

9.根据权利要求7所述的耐高温高压水环境复合涂层的应用，其特征在于，烧结固化后的复合涂层用于在120～250℃和0.15～10mpa的水环境中保护金属。

技术总结
本发明公开了一种耐高温高压水环境复合涂层的制备方法及应用。该方法以SiO<subgt;2</subgt;为预处理层（提供涂层与基底的结合力），硅树脂为主要树脂骨架，以耐高温有机树脂材料作为纳米颗粒（烧结后作为次要树脂骨架），以锆和铈的复合氧化物纳米颗粒为高温缓蚀剂，并采用异氰酸酯多聚体类作为上述组分的交联固化剂，制备得到高温烧结后的耐高温高压水环境涂层。本发明的涂层可涂制在低碳钢、不锈钢、铝合金和铜合金等金属基底上，使其实现耐高温高压水环境下的腐蚀。涂层固化并烧结后表面光滑具备一定的疏水性。

技术研发人员：胡吉明,李全德,张中伟,马奕,巩秀芳,胡文辉
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2025/3/16