耐火构件涂层的制备方法 |
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申请号 | CN01120695.0 | 申请日 | 2001-08-13 | 公开(公告)号 | CN1217881C | 公开(公告)日 | 2005-09-07 |
申请人 | W.C.贺利氏股份有限及两合公司; | 发明人 | W·科克; F·克吕格尔; D·勒普顿; H·曼哈德; J·默克; | ||||
摘要 | 本 发明 涉及耐火构件表面涂层的制备方法,其中,一贵金属 合金 作为涂层材料施加到所述的耐火构件上。本发明的任务是提供一种快速、经济制备玻璃工业用构件上的涂层方法。其解决方案是,贵金属合金含有一定量的可 氧 化的物质,由 硼 和/或磷和/或锑和/或砷构成,将所述耐火材料和涂层在含氧氛围内至少一次地加热到 温度 T,此温度大于或等于贵金属合金的液相温度TL,同时可氧化的物质被氧化,产生的氧化物至少部分 蒸发 ,保持温度T一定时间,使得涂层中可氧化物质的含量小于0.1at%,接着将已涂层的耐火构件冷却。 | ||||||
权利要求 | 1.耐火构件涂层的制备方法,其中,贵金属合金作为涂层材料施 加到所述的耐火构件上,同时贵金属合金的金属熔点大于1400℃且贵 金属由铂和/或铱和/或铑和/或钌和/或金构成;贵金属合金作为粉末使 用,而所述耐火构件被涂以该粉末,其特征是:贵金属合金的液相温度 TL在900-1400℃范围内,贵金属合金的贵金属含量为≥84至≤99.5重 量百分比,而可氧化的物质含量为≥0.5至≤16重量百分比,同时可氧 化的物质由硼和/或磷和/或锑和/或砷构成, |
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说明书全文 | 技术领域本发明涉及耐火构件表面涂层的制备方法。 背景技术生产玻璃所使用的建筑构件,尤其是用于玻璃熔融池和馈电线 (Feeder)区域内的构件,必须经受高温和腐蚀性的氛围。特别高腐蚀 性的侵扰可发生在诸如玻璃熔融物、熔融物上方的氛围和耐火材料之间 的三相交界处,这时的玻璃池中玻璃熔融物高度上的耐火材料的磨损腐 蚀很大。磨损掉的耐火材料污染了玻璃熔融物,使玻璃的质量下降。为 保证玻璃产品的高质量并延长耐火材料构件的寿命,通常的做法是将耐 火材料构件加以涂层或是铺盖、镶盖以金属。 欧洲专利公开文本EP 0 559 330 A1中描述了这样一种技术,使用在 玻璃池中。此时,一层金属或金属合金制成的非多孔涂层保护了陶瓷基 底不受玻璃熔融物和熔融物上方的腐蚀氛围的侵袭。该非多孔薄层通过 火焰喷射施加到耐火构件基底上,紧接着通过机械或热处理加密。基底 和非多孔涂层的热胀系数被相互协调,使得涂层不致从基底上剥落。 欧洲专利文本EP 0 471 505 B1和公开文本EP 0 679 733 A2披露了 金属基底和由多个金属和陶瓷层构成的涂层组成的构件,该涂层上的最 外层是由一个贵金属或贵金属合金构成且非多孔,同时此最外层最好是 通过热喷、电镀或呈粉末形式施加到构件上,尔后进行机械和/或热处理 而密固。 实践证明,对上述各涂层所必不可少的处理方法步骤是有缺点且耗 费大,因为与玻璃熔融物和腐蚀氛围接触的、含贵金属外层必须进行后 续加工而密固以使其开孔密封。 德国专利DE 196 51 851 C1描述了一种制备带贵金属、最好是铂的 涂层的氧化物陶瓷构件,供玻璃工业使用。该方法使用一种烧结膏 (Einbrennpaste),它具有平均初始颗粒尺寸小于等于10微米的铂颗粒, 在构件上烧成一层密闭的牢固涂层。通过变形度ф≥2.5的冷变形颗粒变 成小板片,尔后在氧化氛围内经过温度-时间程序后烧固。此时,涂层 厚度可在一个工作循环达到约10微米。虽然这种方法不需进行后续加工 使涂层致密,但铂颗粒在烧结前的冷变形也是很费工的工序。 发明内容因此,本发明的任务是提供一种快速、经济制备玻璃工业用构件上 的涂层方法,涂层具有良好的防腐蚀性,以及本发明涂层之用途。 本发明的任务是通过如下方式实现的:一种耐火构件涂层的制备方 法,其中,贵金属合金作为涂层材料施加到所述的耐火构件上,同时贵 金属合金的金属熔点大于1400℃且贵金属由铂和/或铱和/或铑和/或钌 和/或金构成;贵金属合金作为粉末使用,而所述耐火构件被涂以该粉 末,其特征是:贵金属合金的液相温度TL在900-1400℃范围内,贵金属 合金的贵金属含量为≥84至≤99.5重量百分比,而可氧化的物质含量为 ≥0.5至≤16重量百分比,同时可氧化的物质由硼和/或磷和/或锑和/或砷 构成, -将所述耐火材料和涂层在含氧氛围内至少一次地加热到温度T, 此温度大于或等于贵金属合金的液相温度TL, -同时可氧化的物质被氧化,已产生的氧化物至少部分蒸发, -保持温度T一定时间,使得涂层中可氧化物质的含量小于0.1原子 %,接着将已涂层的耐火构件冷却。 根据本发明的方法,由高熔融的贵金属和作为熔剂起作用的可氧化 物质构成的贵金属合金熔融在一起,为此要求的温度低于所用贵金属的 熔点温度。 诸如德国专利文本DE OS 1558 902公开了带硼的贵金属合金,用以 使碳体(Kohlekoerper)和其它给石墨涂层的矿物质(参见美国专利US 7,087,932-通过德温特数据库检索Derwent-Datenbankrecherche)之间进 行焊接。而用来连接构件的、带磷的贵金属合金也在日本专利JP 63139072中披露(通过德温特数据库检索)。此外欧洲专利EP 0 209 264 也公开了带硼、磷或砷的非晶体铑合金。 可氧化物质在贵金属合金熔融时使之和耐火构件的结合更完全,使 其在构件上形成一层有高粘附力的涂层。 但在本发明的方法中,可氧化物质在贵金属合金熔融时和含氧氛围 中的氧气结合成氧化物而蒸发,由于此蒸发,涂层中可氧化物质含量下 降。蒸发过程所进行的时间可如此选择,使得可氧化物质基本上被蒸发 掉。本发明选择蒸发过程所进行的时间可如此选择,使得贵金属涂层的 可氧化物质含量小于0.1原子%。从而加工好的涂层的熔点几乎为所用贵 金属合金中合金本身的熔点,就是说,涂层可以有利地在较低的温度下 制成,而又可以使用在高得多的温度环境下。 最佳构成是,贵金属由含量≥70重量百分比的铂和≤30重量百分比 的金和/或铱和/或铑构成。 耐火构件可以是金属也可是陶瓷,陶瓷最好是使用三氧化二铝和/ 或氧化硅和/或氧化锆和/或硅酸锆和/或硅酸铝。 金属可使用钼和/或铁和/或镍和/或钴构成。如果金属由铁和/或镍和 /或钴和15-30重量百分比的铝和/或铬构成,其抗氧化性可加强。如果金 属中还含有0.01-0.3重量百分比的铪和/或钇和/或镧和/或铈或它们的氧 化物(氧化铪、氧化钇、氧化镧、氧化铈),则它的形成氧化物皮层 (Verzunderung)的倾向可以降低。此外,也可含铌、钽、硅等。在用 贵金属合金涂层前,金属也可先设置一层陶瓷层,此时同样优先使用三 氧化二铝和/或氧化硅和/或氧化锆和/或硅酸锆和/或硅酸铝。这种陶瓷涂 层可已通过蒸汽处理、阴极喷溅(Sputtern)、等离子喷射等方法获得。 粘附力特别强的涂层可以如此获得,如果贵金属合金粉末的在大颗 粒尺寸为150微米,理想的话为50微米。 此外,实践证明,液相温度TL选为1100-1300℃效果很好,此温度 范围内,可氧化物质的氧化物蒸发很快,用常规炉具即可毫无问题地达 到所需的温度。 为制备涂层,可将粉末抛洒或将呈悬浮液的形式粉末涂敷到耐火材 料构件上。耐火构件可通过浸入悬浮液或通过喷洒(Bespruehen)或涂 刷(Aufpinseln)或印压(Bedrucken)而涂以粉末悬浮液。这种方法比 已知的热喷射法经济。 贵金属合金由贵金属铂和可氧化物质硼构成,证明是本方法特别有 效的运用,有利的是,贵金属合金构成有0.5-2重量百分比的硼。 同样,金属合金可由贵金属铂和可氧化物质磷构成。最好贵金属合 金构成有2-3.5重量百分比的磷。 贵金属合金由贵金属铂和可氧化物质锑构成也是可能的。其中,最 好贵金属合金构成有8-16重量百分比的锑。 同样,贵金属合金可由贵金属铂和可氧化物质砷构成。此时,贵金 属合金构成最好有5-10重量百分比的砷。 因为锑、砷是剧毒物品,因此优先使用带硼和/或磷的贵金属合金。 涂层密度在如下条件下会特别高,即如果所述耐火构件及涂层被一 次加热到温度T1,此温度大于或等于液相温度TL,尔后所述耐火构件及 涂层二次加热到温度T2,此温度选择大于温度T1。 最好温度T1选为小于1400℃,温度T2选为大于1400℃。 所述温度T2保持一定的时间,使得涂层中氧化物含量小于0.01原子 %。理想状态是小于0.005原子%。 所述耐火构件最好被涂以一定厚度的粉末,其层厚在加热后为 50-500微米。 耐火构件可完全或局部被涂层覆盖。例如涂层可以只在特别高腐蚀 性的侵扰发生之处,如在玻璃熔融物、熔融物上方的氛围和耐火材料之 间的三相交界处,这里的耐火材料腐蚀很大。 所述含氧氛围由空气或氧气构成,当然也可使用其它含氧的混合气 体,如氩氧混合气或氮氧混合气。 所述涂层在冷却后还可被电镀涂层,以提高其涂层厚度或改变其性 能。 根据本发明方法的涂层制备到耐火构件上,该构件则可用以和玻璃 熔融物接触。 具体实施方式以下通过实施例1-4对本发明作进一步的说明,附例中: 实施例1是使用铂-硼合金的方法(一次加热); 实施例2是使用铂-硼合金的方法(两次加热); 实施例3是使用铂-铑-硼合金的方法(两次加热); 实施例4是使用铂-磷合金的方法(两次加热)。 实施例1 制备含1.5重量百分比硼、最大颗粒尺寸小于45微米的铂-硼合金粉 末。将合金粉末用乙醇调成可涂抹的悬浮液,将之借助刷子涂抹到多孔 刚玉(Korund)耐火构件上,层厚为100微米。将涂层后的构件加热至 1000℃,保持此温度12小时,尔后将构件连同涂层一并冷却,确定涂层 中硼的含量,测量值为小于0.04原子%,构件上涂层的粘附力很强。进 行涂层的抗腐蚀测试,将之与组分为54重量百分比的氧化硅、22重量百 分比氧化钙、14重量百分比氧化铝、8.5重量百分比氧化硼、0.5重量百 分比氧化钠、0.5重量百分比氧化钾、0.5重量百分比氧化锰的玻璃熔融 物在1250℃下接触8小时,没有任何被腐蚀的迹象。 实施例2 制备含1.5重量百分比硼、最大颗粒尺寸小于45微米的铂-硼合金粉 末。将合金粉末用乙醇调成可涂抹的悬浮液,将之借助刷子涂抹到多孔 刚玉(Korund)耐火构件上,层厚为100微米。将涂层后的构件加热至 温度T1=1000℃,保持此温度12小时。尔后将构件连同涂层一并冷却, 将构件第二次加热至温度T2=1600℃,保持此温度超过12小时。 将构件连同涂层一并冷却,确定涂层中硼的含量,测量值为小于 0.01原子%,构件上涂层的粘附力很强。进行涂层的抗腐蚀测试,将之 与组分一极低稠度的铅玻璃熔融物(组分为80重量百分比的氧化铅、 15重量百分比氧化硅、4重量百分比氧化钾、0.5重量百分比氧化钠、0.5 重量百分比氧化钾、0.5重量百分比氧化砷)在1150℃下接触170小时, 涂层未被铅玻璃熔融物腐蚀透。 实施例3 制备含1.5重量百分比硼的的铂-铑-硼合金粉末,其中,贵金属由90 重量百分比铂和10重量百分比铑构成,最大颗粒尺寸小于35微米。将合 金粉末用乙醇调成可涂抹的悬浮液,将之借助刷子涂抹到多孔刚玉 (Korund)耐火构件上,层厚为150微米。将涂层后的构件加热至温度 T1=1000℃,保持此温度12小时。尔后将构件连同涂层一并冷却,将构 件第二次加热至温度T2=1600℃,保持此温度12小时。 将构件连同涂层再次一并冷却,确定涂层中硼的含量,测量值为小 于0.01原子%,构件上涂层的粘附力很强。 进行涂层的抗腐蚀测试,将之与组分如实施例1中的玻璃熔融物在 1250℃下接触8小时,没有任何被腐蚀的迹象。 实施例4 将由铁的氧化物分散固化高温材料(组分:19重量百分比铬、5.5 重量百分比铝、0.5重量百分比钛、0.5重量百分比氧化钇,其余为铁) 制成的、形状呈玻璃厂中使用的拉杆(Ziehdorn)的金属构件借助大气 等离子喷射法施加200微米后的氧化锆陶瓷层。制作带2.5重量百分比磷 的铂-磷合金粉末,粉末颗粒尺寸小于35微米。将合金粉末用乙醇调成 可涂抹的悬浮液,将之借助刷子涂抹到拉杆陶瓷层上,层厚为100微米。 将涂层后的构件加热至温度T1=950℃,保持此温度12小时。尔后将构件 连同涂层一并冷却,将构件第二次加热至温度T2=1350℃,保持此温度 12小时。 将构件连同涂层再次一并冷却,确定涂层中磷的含量,测量值为小 于0.01原子%,构件上涂层的粘附力很强。 进行涂层的抗腐蚀测试,将之与组分如实施例1中的玻璃熔融物在 1250℃下接触8小时,没有任何被腐蚀的迹象。 |