技术领域
[0001] 本
发明属于红外辐射材料技术领域，具体涉及一种红外辐射非晶涂层的制备方法。
背景技术
[0002] 高发射红外辐射材料可以明显提高工业炉窑的热效率并达到节能效果。开展高发射红外辐射材料的研究和开发对我国发展低
碳经济具有非常重要的现实意义，也符合我国产业政策的发展需求。
[0003] 在红外辐射加热技术中，一般要求红外辐射材料的红外辐射主
波长与被加热对象的吸收峰波长相对应。而随着
温度升高，红外辐射的主波峰会向短波段移动，这就要求红外辐射材料在短波段具有比较高的发射率。近年来，尽管红外辐射材料的研究取得了较大进展，远红外区（6~25mm）的发射率已超过0.9，但在
近红外区（0.76~3mm）和
中红外区（3~6mm）材料的发射率还比较低，只有0.5左右，甚至更低，这成为了当前利用红外辐射节能材料提高热工设备热效率的
瓶颈之一。
[0004] 目前高温红外辐射涂层的使用方式是先将红外辐射材料制成涂料，然后将涂料刷涂或
喷涂在基体表面，通过室温
固化和高温固化获得红外辐射涂层(一种高温炉窑内壁、
水冷壁表面喷刷涂料的施工工艺，CN1285876C；一种高温纳米远红外节能涂料，CN101550006A)。但该方法所制备的涂层在使用过程中存在几个难以克服的弊端：
[0005] 1）涂层与基体通过粘接剂结合，结合强度一般只有5~7Mpa，结合强度低，抗热震能
力差，长时间使用会导致粘结剂老化，从而导致涂层开裂、脱落，使用寿命短；
[0006] 2）由于涂层与金属基体采用粘接剂结合，高温下涂层与金属基体膨胀系数的差异会导致涂层开裂脱落，所以使用温度一般不能超过400℃，高温易脱落；
[0007] 3）现有粘接剂一般呈酸性或
碱性，导致红外辐射涂料本身对金属基体有一定的
腐蚀性，破坏基体。
[0008] 4）高温下涂层在中短红外波段的发射率偏低，只有0.5左右，其红外辐射主波长与被加热对象的吸收峰波长不对应，导致节能效果不明显。
发明内容
[0009] 本发明旨在克服上述
现有技术的不足，目的是提供一种周期短、能耗低和生产成本低的红外辐射非晶涂层的制备方法，所制备的红外辐射非晶涂层结合强度高、抗热震性能好、使用寿命长、使用温度高、红外发射率高、节能效果明显和能有效提高金属基体的抗腐蚀能力。
[0010] 为了实现上述目的，本发明采用的制备步骤是：
[0011] 步骤一、制备红外辐射粉料
[0012] 将5~20wt%的
氧化
铁细粉、5~20wt%的氧化锰细粉、1~3wt%的氧化
铜细粉、1~3wt%的氧化钴细粉、55~80wt%的堇青石细粉、1~3wt%的氧化镍细粉、1~3wt%的氧化
钛细粉和1~3wt%的氧化铬细粉混合均匀，制得混合料。将制得的混合料装入匣钵，再将所述匣钵放入
微波炉内，辐射加热，升温至1000~1250℃，保温30~60min，冷却，
粉碎，过筛，制得150~300目的红外辐射粉料，备用。
[0013] 步骤二、金属基体表面粗化处理
[0014] 以
石英砂、棕刚玉砂和金刚砂中的一种为
喷砂用原料，对金属基体表面进行喷砂，得表面粗化处理后的金属基体。
[0015] 步骤三、红外辐射非晶涂层的制备
[0016] 将步骤一制备的红外辐射粉料装入
等离子喷涂设备内，对粗化处理后的金属基体进行等离子喷涂，等离子喷涂的工艺参数为：
电弧电流为300~600A，电弧
电压为50~80V，
喷枪与表面粗化处理后的金属基体表面的距离为70~150mm，送粉速率为20~60g/min，主气为Ar气，流量为35~80L/min，副气为氢气，流量为20~60L/min，红外辐射非晶涂层的厚度为100mm~500mm，制得红外辐射非晶涂层。
[0017] 所述氧化铁细粉中的Fe2O3含量大于95wt%，粒度小于200目。
[0018] 所述氧化锰细粉中的MnO2含量大于95wt%，粒度小于200目。
[0019] 所述氧化铜细粉中的CuO含量大于95wt%，粒度小于200目。
[0020] 所述氧化钴细粉中的Co2O3含量大于95wt%，粒度小于200目。
[0021] 所述堇青石细粉中的2MgO·2Al2O3·5SiO2含量大于95wt%，粒度小于200目。
[0022] 所述氧化镍细粉中的NiO含量大于95wt%，粒度小于200目。
[0023] 所述氧化钛细粉中的TiO2含量大于95wt%，粒度小于200目。
[0024] 所述氧化铬细粉中的Cr2O3含量大于95wt%，粒度小于200目。
[0025] 所述金属基体为铁质，
铝质和铜质材料中的一种。
[0026] 由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点：
[0027] 本发明采用微波加热固相反应合成红外辐射粉料，反应温度较传统方式低100℃以上，反应时间仅为传统生产红外辐射材料的方法的一半以下，具有周期短、能耗低和生产成本低的优势。
[0028] ②本发明的微波体加热效应和非热效应
加速了元素的扩散，使难以掺杂迁移的4+ 2+ 3+
Mn 、Cu 和Co 很容易进入Fe的晶格，形成强掺杂效应，从而获得结构复杂、晶格畸变大和对中短波段红外波响应积极的红外辐射材料。
[0029] 本发明采用等离子喷涂能导致红外辐射非晶涂层与金属基体之间形成部分
冶金结合，结合强度达40Mpa以上，明显高于采用涂料方式形成的涂层，形成的涂层抗热震性能好，使用温度高，使用寿命长。
[0030] 本发明采用等离子喷涂工艺制备的红外辐射涂层呈非晶结构，对红外波响应积极，在中短波段红外辐射率非常高，具有优异的红外辐射特性。
[0031] 本发明采用等离子喷涂工艺制备的红外辐射涂层致
密度高，孔隙少，对金属基体形成有效包覆，形成的陶瓷相为非晶结构，能有效提高金属基体的抗腐蚀能力。
[0032] 因此，本发明具有周期短、能耗低和生产成本低的特点，所制备的红外辐射非晶涂层结合强度高、抗热震性能好、使用寿命长、使用温度高、红外发射率高和能有效提高金属基体的抗腐蚀能力。
附图说明
[0033] 图1是本发明制备的一种红外辐射非晶涂层的XRD图谱；
[0034] 图2是图1所述的一种红外辐射非晶涂层的的红外发射率谱图；
[0035] 图3是图1所述的一种红外辐射非晶涂层的SEM照片。
具体实施方式
[0036] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制：
[0037] 为避免重复、先将本具体实施方式所涉及原料统一描述如下，
实施例中不再赘述：
[0038] 氧化铁细粉中的Fe2O3含量大于95wt%，粒度小于200目；
[0039] 氧化锰细粉中的MnO2含量大于95wt%，粒度小于200目；
[0040] 氧化铜细粉中的CuO含量大于95wt%，粒度小于200目；
[0041] 氧化钴细粉中的Co2O3含量大于95wt%，粒度小于200目；
[0042] 堇青石细粉中的2MgO·2Al2O3·5SiO2含量大于95wt%，粒度小于200目；
[0043] 氧化镍细粉中的NiO含量大于95wt%，粒度小于200目；
[0044] 氧化钛细粉中的TiO2含量大于95wt%，粒度小于200目；
[0045] 氧化铬细粉中的Cr2O3含量大于95wt%，粒度小于200目。
[0046] 实施例1
[0047] 一种红外辐射非晶涂层的制备方法，该制备方法的具体步骤是：
[0048] 步骤一、制备红外辐射粉料
[0049] 将5~10wt%的氧化铁细粉、5~10wt%的氧化锰细粉、1~2wt%的氧化铜细粉、1~2wt%的氧化钴细粉、75~80wt%的堇青石细粉、1~2wt%的氧化镍细粉、1~2wt%的氧化钛细粉和1~2wt%的氧化铬细粉混合均匀，制得混合料。将制得的混合料装入匣钵，再将所述匣钵放入
微波炉内，辐射加热，升温至1000~1050℃，保温50~60min，冷却，粉碎，过筛，制得150~200目的红外辐射粉料，备用。
[0050] 步骤二、金属基体表面粗化处理
[0051] 以石英砂为喷砂用原料，对金属基体表面进行喷砂，得表面粗化处理后的金属基体。
[0052] 步骤三、红外辐射非晶涂层的制备
[0053] 将步骤一制备的红外辐射粉料装入等离子喷涂设备内，对粗化处理后的金属基体进行等离子喷涂，等离子喷涂的工艺参数为：电弧电流为300~400A，电弧电压为50~60V，喷枪与表面粗化处理后的金属基体表面的距离为70~90mm，送粉速率为20~30g/min，主气为Ar气，流量为35~45L/min，副气为氢气，流量为20~30L/min，红外辐射非晶涂层的厚度为100 ~200mm，制得红外辐射非晶涂层。
[0054] 实施例2
[0055] 一种红外辐射非晶涂层的制备方法，该制备方法的具体步骤是：
[0056] 步骤一、制备红外辐射粉料
[0057] 将10~15wt%的氧化铁细粉、10~15wt%的氧化锰细粉、2~3wt%的氧化铜细粉、2~3wt%的氧化钴细粉、60~70wt%的堇青石细粉、2~3wt%的氧化镍细粉、2~3wt%的氧化钛细粉和2~3wt%的氧化铬细粉混合均匀，制得混合料。将制得的混合料装入匣钵，再将所述匣钵放入微波炉内，辐射加热，升温至1050~1100℃，保温40~50min，冷却，粉碎，过筛，制得
200~250目的红外辐射粉料，备用。
[0058] 步骤二、金属基体表面粗化处理
[0059] 以棕刚玉砂为喷砂用原料，对金属基体表面进行喷砂，得表面粗化处理后的金属基体。
[0060] 步骤三、红外辐射非晶涂层的制备
[0061] 将步骤一制备的红外辐射粉料装入等离子喷涂设备内，对粗化处理后的金属基体进行等离子喷涂，等离子喷涂的工艺参数为：电弧电流为400~500A，电弧电压为60~70V，喷枪与表面粗化处理后的金属基体表面的距离为90~110mm，送粉速率为30~40g/min，主气为Ar气，流量为45~55L/min，副气为氢气，流量为30~40L/min，红外辐射非晶涂层的厚度为200 ~300mm，制得红外辐射非晶涂层。
[0062] 实施例3
[0063] 一种红外辐射非晶涂层的制备方法，该制备方法的具体步骤是：
[0064] 步骤一、制备红外辐射粉料
[0065] 将15~20wt%的氧化铁细粉、15~20wt%的氧化锰细粉、1~2wt%的氧化铜细粉、1~2wt%的氧化钴细粉、55~60wt%的堇青石细粉、1~2wt%的氧化镍细粉、1~2wt%的氧化钛细粉和1~2wt%的氧化铬细粉混合均匀，制得混合料。将制得的混合料装入匣钵，再将所述匣钵放入微波炉内，辐射加热，升温至1100~1150℃，保温50~60min，冷却，粉碎，过筛，制得
250~300目的红外辐射粉料，备用。
[0066] 步骤二、金属基体表面粗化处理
[0067] 以金刚砂为喷砂用原料，对金属基体表面进行喷砂，得表面粗化处理后的金属基体。
[0068] 步骤三、红外辐射非晶涂层的制备
[0069] 将步骤一制备的红外辐射粉料装入等离子喷涂设备内，对粗化处理后的金属基体进行等离子喷涂，等离子喷涂的工艺参数为：电弧电流为500~600A，电弧电压为70~80V，喷枪与表面粗化处理后的金属基体表面的距离为110~130mm，送粉速率为40~50g/min，主气为Ar气，流量为55~65L/min，副气为氢气，流量为40~50L/min，红外辐射非晶涂层的厚度为300~400mm，制得红外辐射非晶涂层。
[0070] 实施例4
[0071] 一种红外辐射非晶涂层的制备方法，该制备方法的具体步骤是：
[0072] 步骤一、制备红外辐射粉料
[0073] 将5~10wt%的氧化铁细粉、5~10wt%的氧化锰细粉、2.5~3wt%的氧化铜细粉、2.5~3wt%的氧化钴细粉、70~75wt%的堇青石细粉、2~3wt%的氧化镍细粉、2~3wt%的氧化钛细粉和2~3wt%的氧化铬细粉混合均匀，制得混合料。将制得的混合料装入匣钵，再将所述匣钵放入微波炉内，辐射加热，升温至1150~1200℃，保温30~40min，冷却，粉碎，过筛，制得
150~200目的红外辐射粉料，备用。
[0074] 步骤二、金属基体表面粗化处理
[0075] 以棕刚玉砂为喷砂用原料，对金属基体表面进行喷砂，得表面粗化处理后的金属基体。
[0076] 步骤三、红外辐射非晶涂层的制备
[0077] 将步骤一制备的红外辐射粉料装入等离子喷涂设备内，对粗化处理后的金属基体进行等离子喷涂，等离子喷涂的工艺参数为：电弧电流为500~600A，电弧电压为70~80V，喷枪与表面粗化处理后的金属基体表面的距离为130~150mm，送粉速率为50~60g/min，主气为Ar气，流量为65~80L/min，副气为氢气，流量为50~60L/min，红外辐射非晶涂层的厚度为400~500mm，制得红外辐射非晶涂层。
[0078] 实施例5
[0079] 一种红外辐射非晶涂层的制备方法，该制备方法的具体步骤是：
[0080] 步骤一、制备红外辐射粉料
[0081] 将10~15wt%的氧化铁细粉、10~15wt%的氧化锰细粉、2~2.5wt%的氧化铜细粉、2.5~3wt%的氧化钴细粉、60~70wt%的堇青石细粉、1~2wt%的氧化镍细粉、2~3wt%的氧化钛细粉和1~2wt%的氧化铬细粉混合均匀，制得混合料。将制得的混合料装入匣钵，再将所述匣钵放入微波炉内，辐射加热，升温至1200~1250℃，保温40~50min，冷却，粉碎，过筛，制得
150~200目的红外辐射粉料，备用。
[0082] 步骤二、金属基体表面粗化处理
[0083] 以金刚砂为喷砂用原料，对金属基体表面进行喷砂，得表面粗化处理后的金属基体。
[0084] 步骤三、红外辐射非晶涂层的制备
[0085] 将步骤一制备的红外辐射粉料装入等离子喷涂设备内，对粗化处理后的金属基体进行等离子喷涂，等离子喷涂的工艺参数为：电弧电流为400~500A，电弧电压为60~70V，喷枪与表面粗化处理后的金属基体表面的距离为90~110mm，送粉速率为40~50g/min，主气为Ar气，流量为65~80L/min，副气为氢气，流量为50~60L/min，红外辐射非晶涂层的厚度为200~300mm，制得红外辐射非晶涂层。
