一種耐高溫耐腐蝕的二氧化硅涂層及其制備方法和應用技術

本發明專利技術公開了一種耐高溫耐腐蝕的二氧化硅涂層及其制備方法和應用；屬于二氧化硅涂層技術領域。本發明專利技術要解決目前二氧化硅涂層的制備方法一般需要在高溫條件下進行，不利于工業生產且通常疏水性能不好，容易受到空氣中水蒸氣的影響，使用壽命較短的技術問題。本發明專利技術：將無水乙醇分成兩等分，其中一份無水乙醇與正硅酸乙酯混合攪拌配制溶液A，另外一份無水乙醇和去離子水混合攪拌后滴加氟硅烷偶聯劑配制溶液B，再在水浴加熱、冷凝回流條件下，將溶液A和溶液B混合攪拌，緩慢滴加N,N?二甲基甲酰胺，再加入硝酸攪拌反應后制得的膠液，去除氧化膜的硅鋼片用膠液浸漬提拉后二次熱處理。本發明專利技術產品用作水輪葉片表面耐磨涂層。

High temperature resistant corrosion resistant silicon dioxide coating, preparation method and application thereof

The invention discloses a high temperature resistant and corrosion resistant silica coating, a preparation method and an application thereof, belonging to the technical field of silica coating. The invention solves the silica coating preparation method usually need to under high temperature conditions, is not conducive to industrial production and usually hydrophobic performance is not good, is easy to be affected by the water vapor in the air, the technical problem of short service life. The present invention: ethanol is divided into two equal parts, one of which ethanol mixed with TEOS mixing solution of A, another ethanol and deionized water mixing after adding fluorine silane coupling agent solution B, and then heated in water bath, reflux conditions, the solutions A and B mixing slowly, dropping N, N two dimethylformamide, adding glue nitrate stirring reaction after prepared, removal of silicon steel sheet film with glue dipping two times after heat treatment. The product is used as an abrasion resistant coating on the surface of a hydraulic turbine blade.

【技術實現步驟摘要】
一種耐高溫耐腐蝕的二氧化硅涂層及其制備方法和應用
本專利技術屬于二氧化硅涂層
；具體涉及一種耐高溫耐腐蝕的二氧化硅涂層及其制備方法和應用；本專利技術產品用作風機葉片和水輪機葉片等。
技術介紹
水輪機葉片裂紋嚴重威脅機組安全運行和降低經濟效益。葉片裂紋是疲勞裂紋，主要由交變應力引起。檢查時若發現葉片裂紋，一般都要修復。出現裂紋的葉片補焊后往往壽命更短，特別是在機坑內補焊更是如此。葉片裂紋不僅因停機減少發電而降低經濟效益，而且還直接影響機組安全運行。我國大中型水輪機，特別是大型機組葉片頻繁開裂這一嚴重問題的出現，說明延緩與預防葉片裂紋問題非常必要的，也是刻不容緩的。電力工業是國民經濟和社會發展的重要支柱產業，在我國電力的裝機結構中，煤電比例高達70％，但其能耗高，污染物排放量大；而水電技術是最成熟、最具市場競爭力且可以大規模開發的環?？稍偕茉础０l展水電是實現節能減排目標和發展非化石能源目標的重要措施。水力發電的主要設備為水輪機，水輪機是水電站的主機設備，其運行性能的好壞，直接影響到水電站乃至電力系統運行的技術經濟水平。而水輪機葉片裂紋嚴重威脅機組安全運行和降低經濟效益，因此它是國內外水利界一直長期關注的一個重大課題。為此國內外的各大企業、科研單位從水輪機設計，再到葉片的材料選擇等等，已經有了40余年的歷史。在現有技術中，我國水電從1912年云南石龍壩修建第一座水電站開始，至今水電裝機總容量已突破了2億kW，現有單站裝機容量500千瓦以上的水電站約6,000余座，其中1/3左右的水輪機不同程度地遭受著汽蝕破壞，部分水輪機運行5,000小時后，出力下降到70％以下，機組便須停機大修。在個別地區，甚至出現每年不得不更換水輪機轉輪的現象。國內外有關科研單位、大學和大型企業曾試驗過多種金屬和非金屬材料作為水輪機抗磨蝕材料。其中金屬材料如：合金粉末噴涂、金屬陶瓷噴涂、碳化鎢超高音速噴涂等。金屬涂層的主要缺點是：噴涂設備龐大、現場施工不便。尤其是金屬噴涂需高溫條件，對水輪機葉片產生變形。此外，金屬噴涂成本太高。試驗過的非金屬抗磨蝕材料有：環氧膠、丁腈膠、丁羥膠、丁腈羥膠、聚氨酯膠、環氧——聚氨酯復合涂層等。這些材料作為抗磨蝕涂層，在常溫下施工，均因在水輪機葉片空蝕區和磨蝕區抗磨蝕性能達不到要求而無法應用。水輪機耐腐蝕現象非常嚴重，每次大修，對汽蝕部位的處理都是工期最長、強度最大的工作。因此提高水輪機葉片的抗蝕能力勢在必行。由于二氧化硅涂層具有優良的熱穩定性和抗腐蝕性，在集成電路制造中經常被用作為絕緣層、離子注入掩蔽層、化學與環境腐蝕的保護層等。但是目前二氧化硅涂層的制備方法一般需要在高溫條件下進行，不利于工業生產且通常疏水性能不好，容易受到空氣中水蒸氣的影響，使用壽命較短。
技術實現思路
轉輪是水輪機的核心部件，而轉輪葉片的設計與制造方式，又決定了轉輪的品質乃至成敗、水輪機轉輪葉片裂紋的頻繁產生，對機組安全運行構成很大威脅，也給電場帶來極大的經濟損失。近幾年來，水輪機葉片裂紋問題明顯增多、各種機型的葉片均出現裂紋，葉片裂紋問題已經成為了水電站急需解決的關鍵技術難題、解決葉片裂紋問題不但能大大提高電站的經濟效益和創造巨大的社會效益，同時還能為設備制造廠而贏得市場，從而帶來良好的經濟效益。本專利技術要解決目前二氧化硅涂層的制備方法一般需要在高溫條件下進行，不利于工業生產且通常疏水性能不好，容易受到空氣中水蒸氣的影響，使用壽命較短的技術問題；而提供了一種耐高溫耐腐蝕的二氧化硅涂層及其制備方法和應用。本專利技術的耐高溫耐腐蝕的二氧化硅涂層是去除氧化膜的硅鋼片用膠液浸漬提拉后二次熱處理制得的，其中，所述的膠液是將無水乙醇分成兩等分，其中一份無水乙醇與正硅酸乙酯混合攪拌配制溶液A，另外一份無水乙醇和去離子水混合攪拌后滴加氟硅烷偶聯劑配制溶液B，再在水浴加熱、冷凝回流條件下，將溶液A和溶液B混合攪拌，逐滴滴加N，N-二甲基甲酰胺，再加入硝酸攪拌反應后制得的。具體的制備方法是按下述步驟進行的：步驟一、將無水乙醇分成兩等分，其中一份無水乙醇和正硅酸乙酯5～20min混合攪拌，得到溶液A，另外一份無水乙醇和去離子水混合攪拌5～20min后滴加氟硅烷偶聯劑，得到溶液B，然后在水浴加熱、冷凝回流條件下，將溶液A和溶液B混合攪拌5～30min，繼續攪拌同時逐滴滴加N,N-二甲基甲酰胺，再加入65％(質量)硝酸攪拌反應，得到膠液；步驟二、去除硅鋼片表面的氧化膜，然后用步驟一獲取的膠液浸漬提拉，再進行二次熱處理，即在硅鋼片表面得到二氧化硅涂層。進一步限定，步驟一中正硅酸乙酯、無水乙醇與去離子水的摩爾比為(12～18)：(20～25)：(80～85)。步驟一中正硅酸乙酯與N,N-二甲基甲酰胺的摩爾比為(12～18):4。步驟一中正硅酸乙酯和硝酸的摩爾比為(12～18)：1。步驟一中按每2g65％硝酸加入3滴氟硅烷偶聯劑的量滴加氟硅烷偶聯劑。步驟一中水浴加熱控制反應溫度為35～80℃，反應時間1～4h。步驟二中去除氧化膜的方法是將硅鋼片先用5％～10％(質量)氫氧化鉀溶液處理10～15分鐘，再用5％～10％(質量)硝酸溶液超聲處理10～15分鐘。步驟二中提拉速度為10cm/min，提拉3～5次。步驟二中第一次熱處理溫度為(80～100)℃，第一次熱處理的時間為(10～30)min后；第二次熱處理溫度為(80～100)℃，第二次熱處理的時間為(10～30)min。本專利技術上述耐高溫耐腐蝕的二氧化硅涂層用作水輪機葉片；可以有效的提高葉片的耐高溫耐腐蝕性，可以有效的預防或推遲裂紋的萌發，提高了水輪機葉片的壽命。本專利技術主要通過酸催化進行水解制備膠液，制備膠液過程中添加的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)使凝膠時間相應延長，溶膠粘度降低，涂層變薄而使得硅鋼片與涂層粘接性能變好。將氟硅烷偶聯劑加入乙醇水溶液中，再與TEOS混合，利于偶聯劑的水解，增強溶膠交聯結構，在涂層加熱升溫成膜過程中，F原子會隨著溶劑的揮發自發地在膜與空氣界面富集，從而使涂層具有良好疏水性。本專利技術制備膠液方法有利于氟硅烷偶聯劑水解。本專利技術制備方法投入費用低，可大范圍的推廣，成本低，經濟效益好。本專利技術制備的耐高溫耐腐蝕的二氧化硅涂層，極大的提高了水輪機葉片的性能，制備工藝簡單，無污染，耗能低，成本低，安全系數高，適合工業化生產，保證了水輪機機組的長期安全穩定運行和使用壽命。附圖說明圖1是硅酸比12.5:1不同溫度下的紅外光譜圖；圖2是硅酸比15:1不同溫度下的紅外光譜圖；圖3是硅酸比17.5:1不同溫度下的紅外光譜圖；圖4是硅酸比12.5:1不同溫度下的熱重分析圖；圖5是硅酸比15:1不同溫度下的熱重分析圖；圖6是硅酸比17.5:1不同溫度下的熱重分析圖。具體實施方式具體實施方式一：本實施方式耐高溫耐腐蝕的二氧化硅涂層的制備方法是按下述步驟進行的：步驟一、按正硅酸乙酯、無水乙醇和去離子水的摩爾比為15:21：81配比稱取原料，然后將無水乙醇分成兩等分，其中一份無水乙醇和正硅酸乙酯20min混合攪拌，得到溶液A，另外一份無水乙醇和去離子水混合攪拌20min后滴加氟硅烷偶聯劑，得到溶液B，然后在45℃的水浴、冷凝回流條件下，將溶液A和溶液B混合攪拌30min，繼續攪拌同時步驟一中按每2g65％(質量)硝本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種耐高溫耐腐蝕的二氧化硅涂層，其特征在于所述二氧化硅涂層是去除氧化膜的硅鋼片用膠液浸漬提拉后二次熱處理制得的，其中，所述的膠液是將無水乙醇分成兩等分，其中一份無水乙醇與正硅酸乙酯混合攪拌配制溶液A，另外一份無水乙醇和去離子水混合攪拌后滴加氟硅烷偶聯劑配制溶液B，再在水浴加熱、冷凝回流條件下，將溶液A和溶液B混合攪拌，逐滴滴加N,N?二甲基甲酰胺，再加入硝酸攪拌反應后制得的。

【技術特征摘要】
1.一種耐高溫耐腐蝕的二氧化硅涂層，其特征在于所述二氧化硅涂層是去除氧化膜的硅鋼片用膠液浸漬提拉后二次熱處理制得的，其中，所述的膠液是將無水乙醇分成兩等分，其中一份無水乙醇與正硅酸乙酯混合攪拌配制溶液A，另外一份無水乙醇和去離子水混合攪拌后滴加氟硅烷偶聯劑配制溶液B，再在水浴加熱、冷凝回流條件下，將溶液A和溶液B混合攪拌，逐滴滴加N,N-二甲基甲酰胺，再加入硝酸攪拌反應后制得的。2.如權利要求1所述的一種耐高溫耐腐蝕的二氧化硅涂層的制備方法，其特征在于該方法是按下述步驟進行的：步驟一、將無水乙醇分成兩等分，其中一份無水乙醇和正硅酸乙酯5～20min混合攪拌，得到溶液A，另外一份無水乙醇和去離子水混合攪拌5～20min后滴加氟硅烷偶聯劑，得到溶液B，然后在水浴加熱、冷凝回流條件下，將溶液A和溶液B混合攪拌5～30min，繼續攪拌同時緩慢滴加N,N-二甲基甲酰胺，再加入65％(質量)的硝酸攪拌反應，得到膠液；步驟二、去除硅鋼片表面的氧化膜，然后用步驟一獲取的膠液浸漬提拉，再進行二次熱處理，即在硅鋼片表面得到二氧化硅涂層。3.根據權利要求2所述的一種耐高溫耐腐蝕的二氧化硅涂層的制備方法，其特征在于步驟一中正硅酸乙酯、無水乙醇與去離子水的摩爾比為(12～18)：(20～25)：(80～85)。4.根據權利要求2所述的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：翁凌，張迎春，張笑瑞，劉立柱，
申請(專利權)人：哈爾濱理工大學，
類型：發明
國別省市：黑龍江,23