荒煤氣換熱器內(nèi)壁納米不粘涂層

荒煤氣換熱器內(nèi)壁納米不粘涂層

工藝開發(fā)與應(yīng)用研究

結(jié)題報(bào)告

寶山鋼鐵股份有限公司

安徽工業(yè)大學(xué)

2015年10月20日

摘要

焦油粘接和結(jié)焦是是制約焦?fàn)t荒煤氣余熱利用的主要因素。安工大承接了寶

鋼的“荒煤氣換熱器內(nèi)壁納米不粘涂層工藝開發(fā)與應(yīng)用研究”項(xiàng)目，本項(xiàng)目以寶

鋼2#焦?fàn)t其中一根上升管作為研究對(duì)象，改性不粘納米涂料配方和性能，確定

大工件噴涂工藝，完成上升管換熱器內(nèi)壁涂層的涂裝，達(dá)到工業(yè)實(shí)驗(yàn)的要求。具

體的研究成果如下：

1.基材表面的處理工藝：先經(jīng)過100目的金剛砂噴砂處理表面氧化層，再

使用角磨機(jī)進(jìn)行局部或全面表面打磨處理，然后使用100目砂紙打磨清理。

2.噴涂厚度：對(duì)于CQ涂料，厚度應(yīng)保證在30um左右，涂料應(yīng)噴涂?jī)纱危?/p>

對(duì)于NQ涂料，厚度保證在25um左右，底料、面料各噴涂2次。

3.升溫速度：控制在9.5℃/min左右。

4.保溫時(shí)間：CQ涂層低溫固化流平時(shí)，保溫時(shí)間在5min左右較好；NQ

涂層高溫流平固化時(shí)，保溫時(shí)間在35min左右較好。

5.冷卻方式：三種冷卻方式對(duì)致密性和不粘性有一定影響，CQ、NQ涂層

應(yīng)選擇爐冷的冷卻方式。

6.涂層導(dǎo)熱性能影響試驗(yàn)表明：在同等傳熱條件下，有涂層和無涂層的溫

度變化一致，有涂層和無涂層平均溫差在10℃左右，涂層對(duì)傳熱過程影響很小。

7.通過NQ和CQ涂層的性能對(duì)比測(cè)試試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在耐溫性、耐酸堿性、耐

熱震性、耐焦油浸泡性以及不粘性測(cè)試中，NQ涂層的綜合性能優(yōu)于CQ涂層。

8.通過大工件涂層加工試驗(yàn)研究，噴槍噴涂方式確定為：

槍桿運(yùn)動(dòng)方式：軸心偏上的位置，延軸向移動(dòng)；

槍桿移動(dòng)速度：緩慢移動(dòng)，盡量保持勻速；

觀察涂料附著情況，局部附著不均勻（一般在內(nèi)壁上部），可旋轉(zhuǎn)管子，使

不均勻處在下部，再次噴涂。

9.上升管換熱器內(nèi)壁噴涂結(jié)果表明：表觀上無明顯裂紋、蝕點(diǎn)和缺陷，滿

足工業(yè)實(shí)驗(yàn)要求；工業(yè)實(shí)驗(yàn)5個(gè)多月后，金屬表面無明顯腐蝕，達(dá)到預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：焦?fàn)t荒煤氣、換熱器、納米不粘涂層、余熱回收

目錄

1項(xiàng)目背景和完成情況........................................................................................1

1.1項(xiàng)目背景.................................................................................................1

1.2項(xiàng)目目標(biāo)及技術(shù)指標(biāo).............................................................................1

1.3項(xiàng)目?jī)?nèi)容.................................................................................................1

1.4關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn).................................................................................3

1.5項(xiàng)目完成情況.........................................................................................4

2荒煤氣余熱回收現(xiàn)狀和研究?jī)?nèi)容....................................................................5

2.1荒煤氣余熱回收技術(shù)現(xiàn)狀.....................................................................5

2.2不粘涂料研究現(xiàn)狀.................................................................................6

2.3研究方案.................................................................................................7

2.4原材料及設(shè)備.........................................................................................9

2.5指標(biāo)說明及測(cè)試方法.............................................................................9

3納米不粘涂層制備操作工藝研究..................................................................13

3.1涂層的制備參數(shù)控制...........................................................................13

3.2基材粗糙度對(duì)涂層性能的影響...........................................................13

3.3涂料噴涂次數(shù)對(duì)涂層性能的影響........................................................22

3.4升溫速度對(duì)涂層性能的影響...............................................................31

3.5保溫時(shí)間對(duì)涂層性能的影響...............................................................41

3.6冷卻方式對(duì)涂層性能的影響...............................................................48

3.7本章小結(jié)...............................................................................................57

4納米不粘涂層性能測(cè)試的小試實(shí)驗(yàn)..............................................................58

4.1性能測(cè)試內(nèi)容.......................................................................................58

4.2納米涂層對(duì)傳熱性能影響實(shí)驗(yàn)...........................................................58

4.3涂層其他性能測(cè)試...............................................................................62

5納米不粘涂層大工件噴涂試驗(yàn)......................................................................89

5.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?..............................................................................................89

5.2實(shí)驗(yàn)方案...............................................................................................89

荒煤氣換熱器內(nèi)壁納米不粘涂層工藝開發(fā)與應(yīng)用

5.3涂層加工工藝.......................................................................................89

5.4實(shí)驗(yàn)過程...............................................................................................90

5.5性能測(cè)試...............................................................................................92

5.6實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析...................................................................................93

5.7本章小結(jié)...............................................................................................94

6上升管換熱器涂裝和工業(yè)實(shí)驗(yàn)......................................................................95

6.1上升管換熱器涂裝...............................................................................95

6.2工業(yè)實(shí)驗(yàn)...............................................................................................97

7加工成本測(cè)算..................................................................................................99

7.1實(shí)驗(yàn)加工成本.......................................................................................99

7.2規(guī)模生產(chǎn)加工成本分析.....................................................................101

8結(jié)論................................................................................................................102

附件：................................................................................................................103

荒煤氣換熱器內(nèi)壁納米不粘涂層工藝開發(fā)與應(yīng)用

1項(xiàng)目背景和完成情況

1.1項(xiàng)目背景

焦?fàn)t荒煤氣由于其成分復(fù)雜，且隨著溫度的降低有焦油等組分的析出，是制

約焦?fàn)t荒煤氣利用的關(guān)鍵因素。焦?fàn)t荒煤氣余熱利用技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一是解決

上升管換熱器內(nèi)壁結(jié)焦。

本項(xiàng)目的任務(wù)是在安工大前期開發(fā)的防粘結(jié)納米涂料的基礎(chǔ)上，開發(fā)大工件

噴涂工藝，并以寶鋼2#焦?fàn)t其中一根上升管作為制作對(duì)象，完成上升管的不粘

涂層的噴制。

1.2項(xiàng)目目標(biāo)及技術(shù)指標(biāo)

（1）項(xiàng)目目標(biāo)

1）開發(fā)出防結(jié)焦納米涂層的大工件噴涂工藝；

2）在1根上升管取熱裝置噴涂防結(jié)焦納米涂層，進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。

（2）技術(shù)指標(biāo)

1）實(shí)驗(yàn)工廠考核指標(biāo)：涂層防結(jié)焦性能300℃下涂層不破壞，目測(cè)無裂紋，

粘結(jié)面積小于5%；

2）工業(yè)試驗(yàn)考核指標(biāo)：上升管取熱裝置噴涂后表面厚度均勻；

3）工業(yè)試驗(yàn)考試指標(biāo)：正常工況條件下，在1套上升管取熱裝置上進(jìn)行工

業(yè)試驗(yàn)2月，涂層表面粘結(jié)面積小于10%；取熱位置涂層脫落面積小于2%。

1.3項(xiàng)目?jī)?nèi)容

（1）涂層需要量計(jì)算

根據(jù)寶鋼提供的上升管換熱器尺寸，確定涂層厚度和涂層加工工藝，計(jì)算涂

層需要各種涂料的有效用量并確定總用量；確定大工件圓形內(nèi)壁在噴涂過程中的

利用率。包括：1）底料噴涂利用率，2）面料噴涂利用率。經(jīng)過試驗(yàn)測(cè)試基本數(shù)

據(jù)，測(cè)試?yán)塾?jì)次數(shù)超過10次。

（2）耐熱溫度試驗(yàn)

為了研究不同溫度涂層的粘接性能和耐熱溫度，針對(duì)換熱器工況，將涂層加

熱到260℃、280℃、300℃、320℃、340℃，燒結(jié)時(shí)間1h、24h，通過紅外攝像

儀測(cè)量溫度，并進(jìn)行熱態(tài)焦油澆流實(shí)驗(yàn)，重量法測(cè)量粘接殘量，最后進(jìn)行失效實(shí)

驗(yàn)，找到失效溫度。

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荒煤氣換熱器內(nèi)壁納米不粘涂層工藝開發(fā)與應(yīng)用

（3）對(duì)涂層進(jìn)行熱震性試驗(yàn)

在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用時(shí)，荒煤氣流量和溫度波動(dòng)十分頻繁，為了考察其熱震性，

針對(duì)工業(yè)使用換熱壁涂層進(jìn)行急冷急熱實(shí)驗(yàn)，考察涂料的抗熱震性能。首先進(jìn)行

水冷抗熱震實(shí)驗(yàn)，如果不理想再進(jìn)行空冷實(shí)驗(yàn)；涂層厚度分為兩個(gè)厚度下進(jìn)行對(duì)

比。水冷急冷急熱次數(shù)大于10次，加熱溫度340℃。

（4）涂層對(duì)導(dǎo)熱性能（涂層）影響

針對(duì)寶鋼的換熱器鋼板厚度，在有涂層和無涂層條件下，利用熱電偶測(cè)量側(cè)

面溫度變化規(guī)律。試驗(yàn)條件：熱面溫度控制在150℃、200℃、250℃、300℃、

340℃。測(cè)試方案為在標(biāo)準(zhǔn)電爐上放置一塊鋼板，然后將噴涂一半涂層的樣品鋼

板放置上面，然后測(cè)試樣本鋼板上表面溫度隨時(shí)間變化的規(guī)律。

（5）大工件涂層加工工藝

以前的研究是針對(duì)小樣Φ22mm進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，難以滿足換熱器大尺寸施工工

藝要求，因此要進(jìn)行大工件工藝進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。大工件實(shí)驗(yàn)是指結(jié)合換熱器尺寸，確

定直徑500mm，長(zhǎng)度500-1000mm的大工件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)擬定的四根工件均進(jìn)

行了涂層涂裝實(shí)驗(yàn)?；牟捎媚ド埃ɑ蛩嵯矗┑忍幚恚M(jìn)行噴涂和固化燒結(jié)，重

點(diǎn)開發(fā)噴涂工藝和固化工藝。噴涂又分為兩種，即底層和面層，固化也是底層固

化工藝和面層固化工藝，共四個(gè)工藝實(shí)驗(yàn)。

1）底層噴涂工藝

主要目的是形成基礎(chǔ)膜物，實(shí)現(xiàn)工件金屬表面與面層涂層的有效聯(lián)接。膜層

厚度20-30um。硬度、光澤度均較高，耐水、耐熱及短時(shí)耐輕度火焰性能較好；

噴涂過程較復(fù)雜，要經(jīng)過多次噴涂實(shí)現(xiàn)表面均勻。根據(jù)擬采用的噴涂方案：手工

噴涂或機(jī)械旋轉(zhuǎn)噴涂，結(jié)合實(shí)際實(shí)驗(yàn)中的多次噴涂研究決定采用手工噴涂。噴涂

方案的關(guān)鍵是噴涂層厚度厚度和均勻性控制工藝。得到特定條件下的底層噴涂壓

力和時(shí)間參數(shù)。

2）面層噴涂工藝

主要目的是形成性能良好的使用膜物，膜層厚度30-40um，實(shí)現(xiàn)工件表面不

粘結(jié)、耐溫、耐酸、耐堿和沖刷。其硬度、光澤度高、耐水、耐熱及短時(shí)耐輕度

火焰性能較好；噴涂過程與底層相似，但是與底層相比①粘度不同，②噴涂工件

表面熱態(tài)噴涂。所以壓力和流量控制尤為重要，同時(shí)操作時(shí)間要短，防止工件

2

荒煤氣換熱器內(nèi)壁納米不粘涂層工藝開發(fā)與應(yīng)用

降溫過度。要經(jīng)過多次噴涂實(shí)現(xiàn)表面均勻。噴涂方案與底層一樣采用手工噴涂。

噴涂方案的關(guān)鍵是噴涂層厚度厚度和均勻性控制工藝。得到特定條件下的面層噴

涂壓力和時(shí)間參數(shù)。

3）底層烘烤工藝

工件底層噴涂后，在工業(yè)實(shí)驗(yàn)爐中加熱烘烤，實(shí)現(xiàn)底層涂層的固化，涂層固

化的質(zhì)量取決于工件的結(jié)構(gòu)、操作過程、溫度水平和加熱時(shí)間。在操作過程中，

低溫固化爐子溫度的均勻性較難控制，因此是操作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過實(shí)驗(yàn)找到更

合理的加熱時(shí)間和固化溫度。

4）面層烘烤工藝

工件面層噴涂后，在工業(yè)實(shí)驗(yàn)爐中加熱烘烤，實(shí)現(xiàn)面層涂層的固化，與底層

固化相似，涂層固化的質(zhì)量取決于工件的結(jié)構(gòu)、操作過程、溫度水平和加熱時(shí)間。

但是在加熱操作過程中，爐溫較高（比底層高200℃），涂層的燒結(jié)固化溫度范

圍較窄，如果溫度過高則涂層破壞，過低則燒結(jié)不充分，影響工件性能。因此溫

度控制是操作的的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過實(shí)驗(yàn)找到更合理的加熱時(shí)間和固化溫度。

5）工件的澆流實(shí)驗(yàn)和硬度實(shí)驗(yàn)

對(duì)四大工件涂層處理完畢后，進(jìn)行熱態(tài)焦油澆流實(shí)驗(yàn)和硬度實(shí)驗(yàn)。采用澆流

視頻或照片展示效果。

（6）換熱器涂裝施工

對(duì)加工好的換熱器內(nèi)表面進(jìn)行施工，共計(jì)八個(gè)環(huán)節(jié)，主要過程為：噴砂、細(xì)

磨、噴涂、烘烤、二次噴涂、二次烘烤、澆流實(shí)驗(yàn)、硬度測(cè)試等。

1.4關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

（1）關(guān)鍵技術(shù)

涂層涂裝工藝研究：為保證涂料在基材表面的流平性和均勻性，涂料成分的

粒度要研磨至納米級(jí)別；涂料選擇空氣槍噴涂，為防止噴槍堵塞以及涂料的霧化

效果，涂料的黏度需稀釋在一定的范圍之內(nèi)；將涂料噴涂和涂層燒制工藝標(biāo)準(zhǔn)化；

為了保證基材表面涂層的均勻性，材選擇角磨機(jī)除銹預(yù)處理和一定目數(shù)的砂紙打

磨處理；涂料噴涂的厚度要適中，防止涂層破壞。

（2）創(chuàng)新點(diǎn)

1）制備了一種耐腐蝕、不粘結(jié)、防堵灰的有機(jī)納米氟涂料，同時(shí)又具備耐

高硬度、環(huán)保無毒等優(yōu)勢(shì)；

3

荒煤氣換熱器內(nèi)壁納米不粘涂層工藝開發(fā)與應(yīng)用

2）形成了一套涂層制備加工工藝，包括：表面處理工藝、噴涂工藝、燒制

工藝等；

3）研究制訂了一系列評(píng)價(jià)涂層性能的指標(biāo)，建立指標(biāo)體系，為考察涂層性

能提供了依據(jù)；

4）設(shè)計(jì)并搭建涂層不粘性檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，為不粘性檢測(cè)提供了一種新的有

效的測(cè)試工具。

1.5項(xiàng)目完成情況

1）制備了一種耐熱、不粘（焦油）的有機(jī)氟涂料，其特性具備耐酸堿、高

硬度、環(huán)保無毒、色彩豐富、涂裝簡(jiǎn)便等諸多優(yōu)勢(shì)；

2）制備納米水性不粘涂料，所含有機(jī)溶劑少、安全性好、環(huán)境污染??；配

方組成顆粒物為納米級(jí)加強(qiáng)了涂層與基材的結(jié)合強(qiáng)度；

3）涂料噴涂在基材表面，模擬實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，測(cè)試涂層的各項(xiàng)性能指標(biāo)，

如硬度、不粘性、耐熱性、熱震性、耐酸堿性、澆流實(shí)驗(yàn)以及涂層對(duì)導(dǎo)熱性能影

響實(shí)驗(yàn)等，全面考核涂料應(yīng)用性能；

4）開發(fā)出了一套涂層制備加工工藝，包括：表面處理工藝、噴涂工藝、燒

制工藝等；

5）開發(fā)并完成了四大工件的涂層噴涂實(shí)驗(yàn)；

6）完成了上升管換熱器內(nèi)壁噴涂防粘結(jié)納米涂層的操作實(shí)驗(yàn)；

7）完成了1根上升管換熱器噴涂防粘結(jié)納米涂層涂裝，并完成現(xiàn)場(chǎng)安裝和

工業(yè)實(shí)驗(yàn)。

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荒煤氣換熱器內(nèi)壁納米不粘涂層工藝開發(fā)與應(yīng)用

2荒煤氣余熱回收現(xiàn)狀和研究?jī)?nèi)容

2.1荒煤氣余熱回收技術(shù)現(xiàn)狀

焦?fàn)t荒煤氣帶走的顯熱占煉焦供熱量的30%以上，具有相當(dāng)高的回收利用價(jià)

值。生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，每生產(chǎn)1噸紅焦產(chǎn)生的高溫荒煤氣余熱回收后至少能產(chǎn)生

0.1噸0.6兆帕蒸汽，若以2011年我國(guó)生產(chǎn)焦炭42800萬噸計(jì)算，如其荒煤

氣余熱全部得到回收利用，則至少可回收4280萬噸0.6兆帕蒸汽，折合標(biāo)煤

約461萬噸，年可減排二氧化碳量1204萬噸，節(jié)能潛力巨大。

國(guó)內(nèi)外針對(duì)荒煤氣顯熱回收利用開展了大量研究，我國(guó)從70年代開發(fā)了上

升管汽化冷卻裝置，用于生產(chǎn)低壓蒸汽，首鋼、太鋼分別在71孔、65孔焦?fàn)t上

各建了一套汽化冷卻器。至1980年代初，武鋼、鞍鋼、北京焦化廠等企業(yè)也采

用這種能量回收方法，但受到技術(shù)條件限制，該技術(shù)未能推廣。

日本新日鐵公司于80年代開發(fā)了利用導(dǎo)熱油回收焦?fàn)t荒煤氣顯熱的技術(shù)，

并將回收的熱量用于煤調(diào)濕工藝中的煤干燥過程，形成了第一代煉焦煤調(diào)濕技

術(shù)，在日本大分廠投入使用，該技術(shù)于1997年作為“綠色援助項(xiàng)目”在重鋼焦

化廠得以應(yīng)用，但因煤調(diào)濕技術(shù)應(yīng)用過程的技術(shù)問題沒有得到妥善解決，該項(xiàng)技

術(shù)最終未能正常使用，之后國(guó)內(nèi)再無人應(yīng)用。在日本，本項(xiàng)技術(shù)也僅限于在煤調(diào)

濕項(xiàng)目中配套使用，在推廣應(yīng)用方面一直沒有大的新進(jìn)展。

濟(jì)鋼曾做過有關(guān)導(dǎo)熱油回收荒煤氣余熱的工業(yè)試驗(yàn)研究工作，由于焦油粘接

和上升管內(nèi)石墨堵塞管道，尚未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。高溫?zé)峁芗夹g(shù)具有較高的余熱

回收效率，且因高溫?zé)峁鼙跍卦诨拿簹庵械慕褂吐饵c(diǎn)之上，避免了結(jié)焦問題，安

全性能也優(yōu)于上升管冷卻中的水夾套，但高溫?zé)峁艿脑靸r(jià)相對(duì)較高，限制了大范

圍的應(yīng)用。寶鋼梅鋼公司曾經(jīng)在焦?fàn)t上做過有關(guān)分離式熱管回收荒煤氣的工業(yè)實(shí)

驗(yàn)，雖然在工業(yè)實(shí)驗(yàn)過程中設(shè)定了荒煤氣出口溫度，但是，由于生產(chǎn)波動(dòng)、操作

控制難度大等因素影響，造成焦油粘接，導(dǎo)致?lián)Q熱器失效。

中冶焦耐工程技術(shù)公司提出，將750℃荒煤氣通過管道送入設(shè)置在焦?fàn)t附近

的余熱鍋爐進(jìn)行換熱，并建立工業(yè)實(shí)驗(yàn)裝置。余熱鍋爐選用中壓鍋爐，生產(chǎn)

3.82MPa、450℃過熱蒸汽。在荒煤氣進(jìn)入余熱鍋爐前設(shè)置陶瓷多管除塵器，以

有利于高溫段析出焦油。換熱后的荒煤氣從余熱鍋爐排出,通過管道由風(fēng)機(jī)排至

集氣管端部，經(jīng)氨水噴灑進(jìn)入集氣管。該系統(tǒng)因焦油粘接等問題，運(yùn)行效果并不

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荒煤氣換熱器內(nèi)壁納米不粘涂層工藝開發(fā)與應(yīng)用

理想。

上世紀(jì)90年代和本世紀(jì)初，德國(guó)和日本分別開展了利用高溫荒煤氣熱能將

荒煤氣中煤焦油、粗苯、氨、萘等熱裂解成以CO和H2為主要成分的合成氣的

研究工作，分別形成了催化熱裂解和無催化氧化重整兩種技術(shù)路線，并完成了實(shí)

驗(yàn)研究工作，該技術(shù)可充分回收荒煤氣的顯熱甚至潛熱也得以利用，但也將荒煤

氣內(nèi)所含寶貴的化工產(chǎn)品如苯和焦油分解掉了，造成了資源的極大浪費(fèi)。

可見，如何開發(fā)高效余熱回收利用技術(shù)，先進(jìn)合理利用焦?fàn)t荒煤氣中的顯熱，

有效地降低焦化工序能耗，是焦化生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要課題。針

對(duì)這一難題，安徽工業(yè)大學(xué)在總結(jié)國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)進(jìn)展的基礎(chǔ)上，結(jié)合針對(duì)寶鋼

焦?fàn)t荒煤氣余熱回收技術(shù)現(xiàn)狀的考察，通過理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，提出在上升管

內(nèi)壁上噴涂一層高分子有機(jī)氟納米不粘涂料，該涂料既可以解決上升管內(nèi)壁焦油

粘結(jié)和低溫腐蝕的問題，又不影響上升管內(nèi)的熱量回收，有效解決荒煤氣余熱回

收和環(huán)境二次污染等問題。

2.2不粘涂料研究現(xiàn)狀

有機(jī)氟不粘涂料由含氟聚合物、粘結(jié)樹脂、助劑及各種填料構(gòu)成，其中含氟

樹脂具有極低的摩擦系數(shù)，良好的耐候性，耐污性，防水、防油性，優(yōu)異的耐溶

劑性和化學(xué)惰性。其耐腐蝕性在高分子材料中是非常好的，除了能與熔融的堿金

屬、氟和強(qiáng)的氟化介質(zhì)，以及高于300℃的氫氧化鈉反應(yīng)外，幾乎對(duì)所有的強(qiáng)酸、

強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑、油脂、酮、醚-醇等即使在高溫下也成惰性；具有較好的熱穩(wěn)

定性，使用溫度區(qū)間廣，可在-190℃～250℃范圍內(nèi)長(zhǎng)期使用。

有機(jī)氟不粘涂料在耐酸堿、耐化學(xué)藥品、耐溫等重防腐涂料，超耐候性建筑

涂料和防腐蝕涂料，減磨、自潤(rùn)滑涂層等領(lǐng)域得到廣泛使用，因此其在焦?fàn)t荒煤

氣余熱回收利用中具有極大的潛力。

但是，由于含氟樹脂料在250℃左右表現(xiàn)出熔流性，極易粘附粉塵等固體顆

粒，使涂層不粘性受影響，硬度、耐磨性、抗蠕變性等也會(huì)明顯降低；而且含氟

聚合物在制備涂層時(shí)燒結(jié)溫度在360-380℃范圍內(nèi)，涂層的孔隙率高，影響防污

性。焦?fàn)t荒煤氣具有一定的流速，溫度在550-850℃之間波動(dòng)，并夾帶大量粉塵

雜質(zhì)多等特點(diǎn)，這些惡劣環(huán)境對(duì)含氟不粘涂料燒結(jié)出來的涂層的綜合性能和壽命

影響很大，所以對(duì)已有的有機(jī)氟不粘涂料的進(jìn)一步研究非常有必要的，力求提高

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荒煤氣換熱器內(nèi)壁納米不粘涂層工藝開發(fā)與應(yīng)用

有機(jī)氟不粘涂料在高溫下的綜合性能。

對(duì)于有機(jī)氟涂料的應(yīng)用研究，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開展很多年。如何提高有機(jī)氟不粘

性涂料與底材的附著性、耐磨性，降低生產(chǎn)加工成本，成為不粘性涂料能否得以

應(yīng)用的關(guān)鍵。而對(duì)其聚合物的制備方法和成膜性能的研究發(fā)現(xiàn)，含氟丙烯酸改性

聚合物用作涂料的成膜物，具有成本低、色淺、不變色等優(yōu)點(diǎn)，可以保溫保色和

常溫成膜。丙烯酸樹脂與含氟基團(tuán)結(jié)合可兼具二者的優(yōu)點(diǎn)，既有雙疏性和不粘性，

又可降低成本和具有室溫成膜性。因此，丙烯酸改性含氟聚合物涂料成為不粘性

涂層材料的發(fā)展方向。

另一方面，超疏水表面不僅在自潔玻璃、防水涂料等方面具有很大的應(yīng)用前

景，而且作為一種功能表面在其他科技領(lǐng)域，如衛(wèi)星天線、雷達(dá)的表面保潔、船

只的防污、紡織以及石油化工領(lǐng)域都具有非常高的應(yīng)用價(jià)值。就目前來看，利用

模板法制備超疏水性涂層是研究的一個(gè)熱點(diǎn)，該法具有操作簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，聚

合物納米柱的直徑和長(zhǎng)度可控等優(yōu)點(diǎn)。但是目前該方法僅限于聚合物，并且該方

法只是在理論研究方面。因此優(yōu)化和簡(jiǎn)化制備工藝和制備方法、增加涂層物種范

圍、降低制備成本使之更加接近工業(yè)化是今后更具有挑戰(zhàn)性和實(shí)用性的課題。

現(xiàn)在，納米技術(shù)的應(yīng)用為涂料工業(yè)提供了新的機(jī)遇。在涂層形成的過程中，

由于涂層與底材的不相容性，導(dǎo)致涂層存在缺陷。納米微粒具有的小尺寸效應(yīng)和

表面效應(yīng)，能夠保證它與聚合物及底材在分子水平上結(jié)合，增強(qiáng)涂層的強(qiáng)度及與

底材的附著力，大大改善涂層的致密度，減少缺陷，減少毛細(xì)管作用。納米微粒

加到涂料中可以賦予涂料許多新的性能，比如抗紫外線輻照、吸波等。而含氟納

米復(fù)合涂料的研究并不多見，因此含氟納米復(fù)合涂料的研究必將成為一個(gè)全新的

領(lǐng)域。

2.3研究方案

根據(jù)目前存在的技術(shù)問題和缺陷，在我們前期開發(fā)的防粘結(jié)納米涂料的基礎(chǔ)

上，開發(fā)大工件涂裝工藝，并在中試上升管余熱回收裝置上進(jìn)行中試實(shí)驗(yàn)。

具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下：

（1）納米涂層制備操作工藝研究

1）涂層的制備參數(shù)控制；

2）研究基材粗糙度對(duì)涂層性能的影響；

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荒煤氣換熱器內(nèi)壁納米不粘涂層工藝開發(fā)與應(yīng)用

3）研究涂料噴涂次數(shù)對(duì)涂層性能的影響；

4）研究升溫速度對(duì)涂層性能的影響；

5）研究保溫時(shí)間對(duì)涂層性能的影響；

6）研究冷卻方式對(duì)涂層性能的影響；

（2）納米涂層性能測(cè)試的小試試驗(yàn)

1）納米涂層對(duì)傳熱的影響；

2）測(cè)試涂層的其他性能，如不粘性、耐溫性、耐酸堿性、耐熱震性、耐焦

油浸泡性能；

3）制定涂層性能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；

（3）大工件涂層加工工藝開發(fā)

大工件內(nèi)壁表面處理、涂料噴涂、涂層燒制、性能測(cè)試、上升管最終使用涂

料方案的確定；

（4）上升管換熱器涂層的涂裝

包括上升管內(nèi)壁表面處理、涂料噴涂、涂層燒制。

研究開發(fā)路線及實(shí)驗(yàn)方法：

圖2-1納米不粘涂層工藝開發(fā)研究路線

圖2-2納米不粘涂層工藝開發(fā)研究實(shí)驗(yàn)方法

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荒煤氣換熱器內(nèi)壁納米不粘涂層工藝開發(fā)與應(yīng)用

2.4原材料及設(shè)備

（1）原材料

NQ不粘涂料；CQ不粘涂料（A:B:C=730:370:7.2）；基材為普碳鋼，包括

角鋼和鋼管；硫酸溶液；氫氧化鈉溶液；石蠟；焦油。

（2）實(shí)驗(yàn)設(shè)備

攪拌機(jī)，一臺(tái)；空氣壓縮機(jī)，一臺(tái)；噴槍，兩把；萬用電阻爐，一個(gè)；箱式

電阻爐，一臺(tái)；電子稱，兩個(gè)；硬度測(cè)試儀，一臺(tái)；厚度測(cè)試儀，一臺(tái)；紅外攝

像儀，一臺(tái)；數(shù)碼電子顯微鏡，一套；數(shù)據(jù)采集儀，一臺(tái)；角磨機(jī)，一臺(tái)。

2.5指標(biāo)說明及測(cè)試方法

2.5.1指標(biāo)說明

（1）硬度

涂層的一種機(jī)械性質(zhì)，是其抵抗其他物質(zhì)刻畫、碰撞或壓入其表面的能力。

涂層的硬度并非越高越好，過硬的涂層柔韌性差，容易脆裂，抗沖擊強(qiáng)度低也影

響附著力。

（2）厚度

涂層厚度隨著噴涂次數(shù)的增加而增加，但兩者并不是線性關(guān)系。厚度對(duì)涂層

的性能影響很大，太厚會(huì)導(dǎo)致涂層燒制時(shí)開裂，太薄則缺陷增多?；牡暮癖∫?/p>

決定了涂層燒結(jié)時(shí)的真實(shí)受熱溫度。

（3）不粘性

不粘性是指一種涂層表面不易被其他黏性物質(zhì)所黏附或黏著后易被除去的

特性。本研究主要考察涂層耐焦油粘接特性。

（4）致密性

致密性是指用電子顯微鏡觀察一定面積的涂層表面缺陷個(gè)數(shù)的多少。涂層表

面缺陷個(gè)數(shù)少說明致密性好，涂層表面缺陷個(gè)數(shù)多說明致密性差。

2.5.2測(cè)試方法

（1）硬度——鉛筆測(cè)量法

1）材料及儀器

一組同一批號(hào)的中華牌高級(jí)繪圖鉛筆，從6H、5H…H、HB、B、2B…6B，

其中6H最硬，6B最軟，6H到6B硬度遞減；砂紙；削筆刀；QHQ-A便攜式鉛

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荒煤氣換熱器內(nèi)壁納米不粘涂層工藝開發(fā)與應(yīng)用

筆劃痕試驗(yàn)儀。

2）測(cè)試步驟

a.測(cè)試用鉛筆的制備：用削筆刀削去木桿部分，使鉛芯呈圓柱狀露出約

3mm。然后在堅(jiān)硬的平面上放置砂紙，將鉛芯垂直靠在砂紙上畫圓圈，

慢慢地研磨。直至鉛筆尖端磨成平面，邊緣銳利為止；

b.將涂層試樣放置在水平的臺(tái)面上，涂膜向上固定，將削好的鉛筆固定在

試驗(yàn)儀相應(yīng)位置，并將試驗(yàn)儀放在涂有涂層的平板上，以鉛筆芯不折斷

為度，在涂層面上推壓，向?qū)嶒?yàn)者前方以均勻的、約1cm/s速度推壓

1cm，在涂層面上刮劃；

c.每刮劃一道，要對(duì)鉛筆芯的尖端進(jìn)行重新研磨，對(duì)同一硬度標(biāo)號(hào)的鉛筆

重復(fù)刮劃三道；

d.涂層刮破的情況：在三道刮劃實(shí)驗(yàn)中，如有一道或一道以上認(rèn)為未刮劃

到試樣的底板或底層涂層，則換用前一位硬度標(biāo)號(hào)的鉛筆進(jìn)行同樣實(shí)

驗(yàn)，直至找到涂層被劃破一道及一道以上的鉛筆，記下這個(gè)鉛筆硬度標(biāo)

號(hào)的后一位的硬度標(biāo)號(hào)，該硬度標(biāo)號(hào)即為涂層的硬度。

（2）厚度——磁性法

1）材料及儀器

打磨過的基材一塊；泰克曼TM220數(shù)顯鐵基涂層測(cè)厚儀

2）測(cè)試步驟

a.測(cè)厚儀使用前的準(zhǔn)備：檢查電源，開機(jī)看電壓是否充足，電壓不足時(shí)需

及時(shí)更換電池；

b.準(zhǔn)備好待測(cè)試樣，將測(cè)頭至于開放空間，按下開機(jī)鍵，此時(shí)測(cè)厚儀一般

需要校準(zhǔn)；

c.校準(zhǔn)儀器：將測(cè)厚儀在打磨好的基材上校準(zhǔn)，使其在基材的測(cè)量值小于

1um；

d.測(cè)量：迅速將測(cè)頭與涂層測(cè)試面垂直地接觸并輕壓測(cè)頭定位套，隨著一

聲鳴響，屏幕顯示測(cè)量值，提起探頭可進(jìn)行下次測(cè)量，在涂層試樣上平

均取5個(gè)測(cè)量點(diǎn)，計(jì)算涂層厚度時(shí)取平均值；

（3）不粘性——澆流實(shí)驗(yàn)

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1）材料及儀器：焦油、紅外測(cè)像儀、坩堝、萬用電阻爐、箱式電阻爐。

2）測(cè)試步驟：

a.稱量涂層試樣的質(zhì)量，并記錄；

b.將焦油煮沸，溫度在170度左右；涂層試樣加熱到300度左右；

c.取出試樣，將焦油澆在傾斜熱態(tài)涂層上，澆流之前用紅外熱像儀分別拍

攝記錄涂層試樣和焦油的溫度。

d.待澆流后的涂層試樣冷卻至室溫時(shí)稱量涂層的質(zhì)量并記錄。

圖2-3澆流實(shí)驗(yàn)工具和熱像圖

（4）致密性——缺陷數(shù)點(diǎn)法

1）儀器：電子顯微鏡、計(jì)算機(jī)

2）測(cè)試步驟：

a.將待測(cè)樣品等分成四塊，取每一塊的中心區(qū)域，具體取點(diǎn)位置見下圖5-1；

b.在每個(gè)中心區(qū)域用100倍電子顯微鏡記錄下其表面狀況，生成圖片；

c.通過對(duì)圖片的處理，數(shù)出基材裸露點(diǎn)的個(gè)數(shù)；

d.以基材裸露點(diǎn)的個(gè)數(shù)N表示涂層的致密度。

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荒煤氣換熱器內(nèi)壁納米不粘涂層工藝開發(fā)與應(yīng)用

圖2-4涂層致密性測(cè)試工具和結(jié)果

2.5.3取點(diǎn)位置

根據(jù)板片尺寸和形狀，試驗(yàn)中選取了4點(diǎn)測(cè)試和5點(diǎn)測(cè)試。下圖分別為4

點(diǎn)測(cè)試和5點(diǎn)測(cè)試選取方式。

取四個(gè)點(diǎn)：

取五個(gè)點(diǎn)：

圖2-5取點(diǎn)位置示意圖

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3納米不粘涂層制備操作工藝研究

研究涂層的制備操作工藝對(duì)涂層的影響，包括涂層制備參數(shù)控制、基材處理、

噴涂工藝、固化工藝等。其中，固化工藝包括升溫速度、保溫時(shí)間、冷卻方式。

3.1涂層的制備參數(shù)控制

根據(jù)前期開發(fā)的不粘納米涂層，噴涂制備NQ和CQ涂層，以下是涂層制備

的參數(shù)控制，包括固化溫度、時(shí)間等。

圖3-1涂層制備工藝流程圖

基材進(jìn)行表面處理，先是角磨機(jī)除銹，在用不同目數(shù)的砂紙進(jìn)行進(jìn)一步處理。

對(duì)于NQ涂料，基材在60℃下預(yù)熱5min，噴涂底料，底料不能太厚，保證

在17～25um之間，然后直接噴涂面料，保證厚度在8～15um，然后送入爐內(nèi)；

升溫至120℃，流平固化15min；升溫至400℃，燒結(jié)固化35min；燒制好的涂

層隨爐冷卻至常溫，測(cè)試涂層的各項(xiàng)性能。

對(duì)于CQ涂料，基材在60℃下預(yù)熱5min，噴涂底料，保證在15～20um之

間；升溫至100℃，流平固化5min；升溫至280℃，燒結(jié)固化15min；燒制好的

涂層隨爐冷卻至常溫，測(cè)試涂層的各項(xiàng)性能。

3.2基材粗糙度對(duì)涂層性能的影響

基材的粗糙度對(duì)于提高涂層噴涂后的均勻性，以及涂料在普通碳鋼表面的附

著有很大的影響。本項(xiàng)目研究基材在不同粗糙度下，涂料按照一定的噴涂工藝方

案下涂層的各項(xiàng)性能，進(jìn)而得出最優(yōu)的基礎(chǔ)處理方案，以保證得出最佳的基材粗

糙度。

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荒煤氣換熱器內(nèi)壁納米不粘涂層工藝開發(fā)與應(yīng)用

3.2.1實(shí)驗(yàn)方案

圖3-2基材粗糙度測(cè)量方案

用角磨機(jī)將基材表面的氧化鐵皮基本打磨掉；再分別用不同的砂紙打磨處理

一塊基材，處理方案見表3-1。

3.2.2實(shí)驗(yàn)過程

（1）基材處理及記錄

先用角磨機(jī)除去角鋼表面鐵銹，再用不同砂紙打磨，打磨方案如下表。

表3-1基材打磨處理方案

角鋼號(hào)C1(無)C2(60)C3(100)

CQ

打磨目數(shù)/60100

角鋼號(hào)N1(無)N2(60)N3(100)

NQ

打磨目數(shù)/60100

基材處理后如下圖：

圖3-3不同粗糙度的基材

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荒煤氣換熱器內(nèi)壁納米不粘涂層工藝開發(fā)與應(yīng)用

基材處理后，通過電子顯微鏡放大100倍后的不同粗糙度的圖片如下：

圖3-4不同粗糙度的基材微觀圖

（2）基材粗糙度測(cè)試

本次測(cè)試是委托馬鞍山市檢測(cè)中心進(jìn)行。

（3）涂層的制備

涂料的配制、噴涂和燒制按照第四部分的方案進(jìn)行，具體過程記錄如下。

1）CQ噴涂過程記錄（噴涂2次）

C1、C2、C3第一次噴涂完成C1、C2、C3第二次噴涂完成C1、C2、C3出爐后狀態(tài)

圖3-5CQ涂層的制備過程

2）NQ噴涂方案過程記錄（底料、面料各噴涂2次）

N3、N2、N1第一次噴完底料N1、N2、N3第二次噴完底料

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荒煤氣換熱器內(nèi)壁納米不粘涂層工藝開發(fā)與應(yīng)用

N1、N2、N3第一次噴完面料N3、N2、N1第二次噴完面料

380℃燒結(jié)完成N3、N2、N1涂層狀態(tài)

圖3-6NQ涂層的制備過程

（4）涂層致密性測(cè)試

1）只用角磨機(jī)打磨后，燒制出的CQ涂層（顯微觀察）：

圖3-7角磨機(jī)打磨后的CQ涂層微觀圖

2）角磨機(jī)打磨后，再用60目的砂紙手工打磨后燒制出的CQ涂層（顯微觀

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荒煤氣換熱器內(nèi)壁納米不粘涂層工藝開發(fā)與應(yīng)用

察）：

圖3-8角磨機(jī)和60目砂紙打磨后的CQ涂層微觀圖

3）角磨機(jī)打磨后，再用100目的砂紙手工打磨后燒制出的CQ涂層（顯微

觀察）：

圖3-9角磨機(jī)和100目砂紙打磨后的CQ涂層微觀圖

4）只用角磨機(jī)打磨后，燒制出的NQ涂層：

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荒煤氣換熱器內(nèi)壁納米不粘涂層工藝開發(fā)與應(yīng)用

圖3-10角磨機(jī)打磨后的NQ涂層微觀圖

5）用角磨機(jī)打磨后，再用60目的砂紙手工打磨后燒制出的NQ涂層：

圖3-11角磨機(jī)和60目砂紙打磨后的NQ涂層微觀圖

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荒煤氣換熱器內(nèi)壁納米不粘涂層工藝開發(fā)與應(yīng)用

6）用角磨機(jī)打磨后，再用100目的砂紙手工打磨后燒制出的NQ涂層：

圖3-12角磨機(jī)和100目砂紙打磨后的NQ涂層微觀圖

3.2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

（1）粗糙度測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果如下表：

表3-2基材粗糙度測(cè)試結(jié)果

編號(hào)C1(無)C2(60)C3(100)N1(無)N2(60)N3(100)

L10.820.740.740.920.760.58

L20.750.720.420.880.750.67

L30.970.60.681.080.690.54

平均值0.850.690.610.960.730.6

從上表得出：只用角磨機(jī)打磨過的粗糙度值最大，為0.8～0.9um；用角磨機(jī)

打磨后再用60目的砂紙打磨后的粗糙度值次之，為0.6～0.7um；用角磨機(jī)打磨

后在用100目的砂紙打磨后的粗糙度值最小，為0.6um。但是60目的和100目

的粗糙度相差不大。

（2）厚度測(cè)試結(jié)果

根據(jù)以上顯微觀察的圖片，得出觀察統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，整理如下。

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荒煤氣換熱器內(nèi)壁納米不粘涂層工藝開發(fā)與應(yīng)用

表3-3涂層厚度測(cè)試結(jié)果

厚度C1(無)C2(60)C3(100)N1(無)N2(60)N3(100)

139.443.230.430.123.930.6

237.430.643.933.628.420.4

332.331.135.927.420.822.3

428.230.142.32818.531.1

520.329.341.828.825.223

平均值31.5232.8638.8629.5823.3625.48

從上表看出，三種粗糙度下CQ涂層的厚度都在30～40um之間，NQ涂層

的厚度都在20～30um之間，沒有較大波動(dòng)，說明粗糙度對(duì)涂層厚度沒有明顯影

響。

（3）硬度測(cè)試結(jié)果

表3-4涂層硬度測(cè)試結(jié)果

硬度C1(無)C2(60)C3(100)N1(無）N2(60)N3(100)

350℃〉6H〉6H〉6HHHH

250℃〉6H〉6H〉6HH～2HH～2HH～2H

常溫〉6H〉6H〉6H2H2H2H

三種粗糙度下涂層的硬度值相同，CQ涂層高溫與低溫硬度一致，都在6H

以上；NQ涂層在350度時(shí)為H，在250度時(shí)硬為H～2H之間，常溫下，硬度

為2H，說明在實(shí)驗(yàn)溫度范圍，CQ涂層硬度不受溫度的影響，NQ涂層硬度隨溫

度降低而升高，粗糙度對(duì)兩種涂層硬度沒有明顯影響。

（4）致密性測(cè)試結(jié)果

表3-5涂層致密性測(cè)試結(jié)果

缺陷個(gè)數(shù)C1(無)C1(60)C1(100)N1(無）N2(60)N3(100)

≤0.05mm132115699

0.05～0.1mm565863

0.1～0.2mm400222

≥0.2mm201210

缺陷總數(shù)242721181814

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荒煤氣換熱器內(nèi)壁納米不粘涂層工藝開發(fā)與應(yīng)用

圖3-13不同粗糙度下的CQ涂層缺陷在不同直徑（mm）范圍內(nèi)的缺陷個(gè)數(shù)分布圖

圖3-14不同粗糙度下的NQ涂層缺陷在不同直徑（mm）范圍內(nèi)的缺陷個(gè)數(shù)分布圖

從以上圖得出：

不同粗度下，CQ涂層的缺陷總數(shù)不同，只用角磨機(jī)除銹(C1無），燒制的

涂層缺陷個(gè)數(shù)24個(gè)；角磨機(jī)除銹后用60目砂紙打磨(C160），燒制的涂層缺陷

個(gè)數(shù)為27個(gè)；角磨機(jī)除銹后用100目砂紙打磨(C1100），燒制的涂層缺陷個(gè)數(shù)

為21個(gè)；說明利用100目砂紙打磨后燒制的涂層缺陷個(gè)數(shù)最少。

不同粗度下，NQ涂層的缺陷總數(shù)不同，只用角磨機(jī)除銹(C1無），燒制的

涂層缺陷個(gè)數(shù)18個(gè)；角磨機(jī)除銹后用60目砂紙打磨(C160），燒制的涂層缺陷

個(gè)數(shù)為18個(gè)；角磨機(jī)除銹后用100目砂紙打磨(C1100），燒制的涂層缺陷個(gè)數(shù)

為14個(gè)；說明利用100目砂紙打磨后燒制的涂層缺陷個(gè)數(shù)也最少。

3.2.4實(shí)驗(yàn)結(jié)論

（1）粗糙度對(duì)涂層厚度、硬度沒有明顯影響；

（2）在已有的實(shí)驗(yàn)條件下，兩種涂層在角磨機(jī)除銹后用100目砂紙打磨(C1

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100），缺陷個(gè)數(shù)最少，但是NQ涂層的缺陷個(gè)數(shù)比CQ涂層的缺陷少；

（3）得出基材處理方式：先用角磨機(jī)除銹，然后再用100目的砂紙打磨，保證

基材粗糙度在0.6um左右。

3.3涂料噴涂次數(shù)對(duì)涂層性能的影響

涂料的噴涂次數(shù)直接決定了涂料噴涂后的涂層厚度，厚度較薄雖然能提高涂

層硬度，但是涂層的不粘性、耐熱性、耐酸堿性等性能均會(huì)下降；而涂料噴涂較

厚時(shí)，涂層容易出現(xiàn)裂紋，而且涂層的硬度也會(huì)下降，所以控制合適的噴涂次數(shù)，

保證涂層的厚度以得到最佳的涂層的性能。本項(xiàng)目研究涂料在不同噴涂次數(shù)下，

基材按照一定粗糙度下涂層的各項(xiàng)性能，進(jìn)而得出最優(yōu)的噴涂方案。

3.3.1實(shí)驗(yàn)方案

試驗(yàn)方案為：先用角磨機(jī)將基材表面氧化銹跡打磨干凈，露出基材底色，然

后用60目的砂紙進(jìn)行打磨，打磨后的基材按照噴涂工藝和燒結(jié)工藝進(jìn)行處理，

完成后對(duì)涂層進(jìn)行性能測(cè)試。具體見下圖。

圖3-15涂料噴涂次數(shù)對(duì)涂層性能影響研究方案

3.3.2實(shí)驗(yàn)過程

（1）基材處理

基材先用角磨機(jī)出去表面鐵銹，再用60目的砂紙打磨，使粗糙度為0.6～

0.7um；

（2）涂料噴涂工藝方案的設(shè)定

兩種涂料噴涂工藝方案設(shè)定如下表3-6。

表3-6涂料噴涂工藝方案

涂層類別方案1方案2方案3方案4

角鋼號(hào)CQ1CQ2CQ3CQ4

CQ

噴涂次數(shù)1234

角鋼號(hào)NQ1NQ2NQ3NQ4

NQ底料噴涂次數(shù)1232

面料噴涂次數(shù)1112

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（3）噴涂過程圖

圖3-16CQ噴涂方案記錄過程圖

可以看出CQ涂料按照方案3和方案4噴涂燒結(jié)完成后，涂層出現(xiàn)大量的裂

紋，方案4中噴涂四次后的涂層直接全部脫落，說明CQ涂料的噴涂應(yīng)該在兩層

以內(nèi)。

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圖3-17NQ噴涂方案記錄過程圖

NQ涂料噴涂過后，四種方案均沒有出現(xiàn)明顯的裂紋缺陷，具體性能如何見

下面的各項(xiàng)性能測(cè)試。

（4）厚度和硬度測(cè)試

利用厚度測(cè)試儀、硬度測(cè)試儀測(cè)出燒制好的不粘涂層的厚度和硬度值，測(cè)試

結(jié)果記錄在于表3-7、3-8；

（5）致密性測(cè)試（此處取5個(gè)點(diǎn)）

1）方案1（噴1次CQ涂料）電子顯微鏡100倍下觀察燒制的涂層狀態(tài)

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圖3-18CQ涂料噴1次燒制的涂層狀態(tài)

2）方案2（噴2次CQ涂料）電子顯微鏡100倍下觀察燒制的涂層狀態(tài)

圖3-19CQ涂料噴2次燒制的涂層狀態(tài)

3）方案3（噴3次CQ涂料）電子顯微鏡100倍下觀察燒制的涂層狀態(tài)

涂層試樣出爐后約2/3左右的涂層破裂脫落，部分附著上的涂層缺陷狀態(tài)

CQ3-1、CQ3-5，破裂涂層狀態(tài)CQ3-2，脫落涂層狀態(tài)CQ3-3，脫落后基材狀態(tài)

CQ3-4，具體見以下各圖。

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圖3-20CQ涂料噴3次燒制的涂層狀態(tài)

4）方案4（噴4次CQ涂料）電子顯微鏡100倍下觀察燒制的涂層狀態(tài)

燒制完成的涂層約3/4以上脫落，具體涂層狀態(tài)如下：

圖3-21CQ涂料噴4次燒制的涂層狀態(tài)

5）方案1（1次NQ底料1次面料）電子顯微鏡100倍下觀察燒制的涂層狀

態(tài)

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圖3-22方案1下NQ涂料燒制的涂層狀態(tài)

6）方案2（2次NQ底料1次面料）電子顯微鏡100倍下觀察燒制的涂層狀

態(tài)

圖3-23方案2下NQ涂料燒制的涂層狀態(tài)

7）方案3（2次NQ底料2次面料）電子顯微鏡100倍下觀察燒制的涂層狀

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態(tài)

圖3-24方案3下NQ涂料燒制的涂層狀態(tài)

8）方案4（3次NQ底料1次面料）電子顯微鏡100倍下觀察燒制的涂層狀

態(tài)

圖3-25方案4下NQ涂料燒制的涂層狀態(tài)

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3.3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

（1）硬度、厚度測(cè)試結(jié)果

表3-7不同噴涂方案下燒制的涂層厚度記錄表

CQNQ

厚度

CY1CY2CY3CY4NY1NY2NY3NY4

126.628.865.39820.21726.430.9

218.937.238.940.813.514.624.524.7

327.330.156.277.818.218.518.923.4

429.735.65596.932.517.122.523.1

518.332.840.874.711.723.720.616.6

平均值24.1632.951.2477.6419.2218.1822.5823.74

在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件下：

對(duì)于CQ涂料，分別在方案1、2、3、4下噴涂，燒制的涂層厚度依次為24.16、

32.9、51.24、77.64um，說明涂層厚度隨噴涂次數(shù)的增加明顯增大，增加梯度在

15um/次左右；

對(duì)于NQ涂料，由于其粘度比較大，涂料噴出流量較少，按照噴涂工藝方案

1、2、3、4噴涂之后燒制的涂層厚度依次為19.22、18.18、22.58、23.74um，厚

度值在18um～24um之間波動(dòng)，說明各方案厚度值相差很小。

表3-8不同噴涂方案下兩中涂層的硬度記錄表

范圍CQ1CQ2CQ3CQ4NQ1NQ2NQ3NQ4

350℃〉6H〉6H〉6H〉6HHHHH

250℃〉6H〉6H〉6H〉6HH～2HH～2HH～2HH～2H

常溫〉6H〉6H〉6H〉6H2H2H2H2H

四種噴涂方式下涂層的硬度值相同，CQ涂層高溫與低溫硬度一致，都在6H

以上；NQ涂層在350度時(shí)為H，在250度時(shí)硬為H～2H之間，常溫下，硬度

為2H，說明說明在實(shí)驗(yàn)溫度范圍，CQ涂層硬度不受溫度的影響，NQ涂層硬度

隨溫度降低而升高，噴涂方案對(duì)涂層硬度沒有明顯影響。

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（2）致密性測(cè)試結(jié)果

表3-9不同噴涂方案下兩種涂層的缺陷個(gè)數(shù)記錄表

缺陷個(gè)數(shù)CQ1CQ2CQ3CQ4NQ1NQ2NQ3NQ4

≤0.05mm5839121621279

0.05～0.1mm29921313187

0.1～0.2mm18512541

≥0.2mm51211

缺陷總數(shù)110541533405017

圖3-26不同噴涂方案下CQ涂層缺陷分布

圖3-27不同噴涂方案下NQ涂層缺陷分布

從