一種用于爆炸噴涂的紅外輻射金屬陶瓷粉末及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及新材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于爆炸噴涂的紅外輻射金屬陶瓷粉末及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，熱量傳遞以傳導(dǎo)、對流和輻射三種方式進(jìn)行。其中輻射傳熱具有速度快、不需要介質(zhì)等優(yōu)勢。當(dāng)下，由于電子封裝材料，如大型LED燈等，由于其散熱的問題，成為電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的巨大障礙，目前主要通過加裝鰭片增大散熱面積和采用強(qiáng)制冷卻風(fēng)扇來增加傳導(dǎo)和對流散熱速率。另一方面，對于工業(yè)加熱爐中的鍋爐來說，水冷壁管向火面吸收的熱量主要來自爐墻輻射方式傳遞的熱量，然后主要以輻射和熱傳導(dǎo)的方式與水冷壁管內(nèi)部流動的水進(jìn)行熱量交換。目前鍋爐節(jié)能改造主要是提高爐壁耐火材料的絕熱性能來減少熱量損失，而忽視了鍋爐水冷壁管直接參與爐內(nèi)傳熱方面的作用和其表面輻射性能對爐內(nèi)傳熱和熱交換的影響。此外，金屬材料的紅外輻射性能遠(yuǎn)低于耐火材料，且與表面狀況緊密相關(guān)。如何有效地提高鍋爐水冷壁管的黑度，通過強(qiáng)化表面輻射傳熱和提高水冷壁管的傳導(dǎo)換熱能力將有效地縮短鍋爐的升溫時(shí)間和減少排煙熱量損失，是提高鍋爐熱能轉(zhuǎn)換效率的重要途徑。目前國內(nèi)外實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用的紅外輻射覆層材料主要是將紅外輻射粉料加入有機(jī)或無機(jī)粘接劑配成涂料，通過噴涂、涂或刷涂等方式涂覆于基材表面。由于粘接材料本身的熱阻大，使涂層的熱交換效果明顯下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了現(xiàn)有工程應(yīng)用的紅外輻射覆層材料熱交換性能差的技術(shù)問題，提出一種用于爆炸噴涂的紅外輻射金屬陶瓷粉末及其制備方法。
[0004]本發(fā)明提出的用于爆炸噴涂的紅外輻射金屬陶瓷粉末，其由下列質(zhì)量比的物料配制而成:
鈷粉:CoMn204粉:粘接劑=9?25:75?91:10?20 ；
其中:所述的CoMn2O4粉具有尖晶石結(jié)構(gòu)，由平均粒徑小于75μπι的CoO和MnO的固體粉末按質(zhì)量比例為1:2進(jìn)行配制。
[0005]本發(fā)明還提出了一種紅外輻射金屬陶瓷粉末的制備方法，其步驟如下:
步驟1:CoMn2O4紅外輻射陶瓷粉料的制備
選擇高溫性能穩(wěn)定的CoO和MnO固體粉末按比例均勻混合，用水噴霧加濕粉料冷壓制成坯體，在1100°C?1150°C高溫?zé)Y(jié)2h，取出進(jìn)行淬火處理，自然干燥后破碎并磨細(xì)至30μπι以下，制得到具有穩(wěn)定尖晶石結(jié)構(gòu)的CoMn2O4紅外輻射陶瓷粉料；
步驟2:紅外輻射金屬陶瓷粉末的制備
將鈷粉、CoMn2O4粉和粘接劑按比例均勻混合，噴霧造粒制成團(tuán)聚粉末，在他保護(hù)氣氛下高溫快速燒結(jié)、空冷，破碎、篩分后，得到用于爆炸噴涂的球形紅外輻射金屬陶瓷粉末材料，粒徑為15?45μηι。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
(I)優(yōu)選高溫下性能穩(wěn)定的CoO和MnO固體粉末高溫?zé)Y(jié)后快速淬火，可制備出晶粒細(xì)小且具有穩(wěn)定尖晶石結(jié)構(gòu)的CoMn2O4紅外輻射陶瓷粉料。該材料在I?25μπι的全波段輻射率長期穩(wěn)定在0.9以上，可顯著提高涂層的換熱效率。
[0007](2)金屬Co的熱導(dǎo)率為100W/(m.K)，遠(yuǎn)高于硅酸鹽無機(jī)粘接劑1.41W/(m.K)和有機(jī)粘接劑0.2 ff/(m.K)，可顯著提高涂層和基材之間傳導(dǎo)方式的熱交換。涂層中具有穩(wěn)定尖晶石結(jié)構(gòu)的CoMn2O4具有優(yōu)異的紅外熱輻射性能。如果涂層溫度高于環(huán)境，可以通過熱輻射的形式快速散熱;若環(huán)境溫度高于涂層表面溫度，則以近似黑體的效能快速吸收輻射熱量，提高基體材料表面溫度。相對于傳統(tǒng)的有機(jī)和無機(jī)粘接劑，可降低由于黏結(jié)材料引入導(dǎo)致熱阻增加的缺陷。而且本發(fā)明提供的紅外輻射金屬陶瓷粉末，用爆炸噴涂方式制備的涂層非常致密，氣孔率低于1%，可減少涂層內(nèi)由于封閉氣孔引起材料熱阻增加的幾率;而且爆炸噴涂由于粒子速度高達(dá)800m/s，粒子撞擊基材時(shí)充分扁平化，涂層厚度最小可控制在3?5μπι，可進(jìn)一步降低由于涂層厚度增加對傳導(dǎo)熱交換效率的不利影響。用其通過爆炸噴涂方式沉積的涂層明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的紅外輻射涂層材料。
[0008](3)由于粉末晶粒細(xì)小且具有穩(wěn)定尖晶石結(jié)構(gòu)，用CoMn2O4紅外輻射金屬陶瓷粉料采用爆炸噴涂工藝沉積的涂層具有高輻射、高吸收的特點(diǎn)。涂層先是從環(huán)境中吸收熱量，如果涂層溫度高于環(huán)境，可以通過熱輻射的形式快速散熱。其典型應(yīng)用為解決大型LED燈等電子封裝材料散熱的問題;若環(huán)境溫度高于涂層表面溫度，則以近似黑體的效能快速吸收輻射熱量，提高基體材料表面溫度。其典型應(yīng)用為增加鍋爐水冷壁管輻射熱吸收速率，提高水冷壁管與水之間的傳導(dǎo)熱交換能力和爐膛熱能利用效率，減少高溫?zé)煔獾呐艧煙釗p失。
【附圖說明】
[0009]圖1為采用本發(fā)明制備的紅外輻射金屬陶瓷粉料掃描電子顯微鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0010]圖1示出了本發(fā)明的紅外輻射金屬陶瓷粉料顯微鏡結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提出的用于爆炸噴涂的紅外輻射金屬陶瓷粉末，其由下列質(zhì)量比的物料配制而成:
鈷粉:CoMn204粉:粘接劑=9?25:75?91:10?20 ；
其中:所述的CoMn2O4粉具有尖晶石結(jié)構(gòu)，由平均粒徑小于75μπι的CoO和MnO的固體粉末按質(zhì)量比例為1:2進(jìn)行配制。下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0011]實(shí)施例1:
將平均粒徑為20μπι的CoO和MnO粉末，按其的質(zhì)量比例為1:2進(jìn)行均勻混合，加入總體粉料質(zhì)量5%的水，采用噴霧方式加濕粉料，冷壓制成尺寸為50mmX 30mmX 1mm的還體。將還體在1100°C高溫?zé)Y(jié)2h，取出放入水中進(jìn)行淬火處理，自然干燥后破碎并磨細(xì)至20μπι以下得至IJ具有穩(wěn)定尖晶石結(jié)構(gòu)的CoMn2O4紅外輻射陶瓷粉料。
[0012]然后將平均粒徑為0.1ym的鈷粉、CoMn2O4粉和聚乙二醇2000按質(zhì)量比為25:75:15混合均勻，噴霧造粒制成團(tuán)聚粉末，在他保護(hù)氣氛下1200°C快速燒結(jié)、空冷，破碎、篩分后得到用于爆炸噴涂的球形紅外福射金屬陶瓷粉末，粒徑為15?38μηι。
[0013]采用爆炸噴涂工藝，在熱電行業(yè)BG-75/39-MI型75噸煤粉鍋爐，材質(zhì)為20#鋼的水冷壁管熱交換器表面沉積涂層厚度約為20μπι，鍋爐節(jié)煤7%以上，排煙溫度由原來的172°C降低為148°C。
[0014]實(shí)施例2:
將平均粒徑為60μπι的CoO和MnO粉末，按其質(zhì)量比例為1:2進(jìn)行均勻混合，加入總體粉料質(zhì)量5%的水，采用噴霧方式加濕粉料，冷壓制成尺寸為50mm X 30mm X 1mm的還體。將還體在1150°C高溫?zé)Y(jié)2h，取出放入水中進(jìn)行淬火處理，自然干燥后破碎并磨細(xì)至30μπι以下得到具有穩(wěn)定尖晶石結(jié)構(gòu)的C ο M η 2 O 4紅外輻射陶瓷粉料。然后將平均粒徑為0.5 μ m的鈷粉、CoMn2O4粉和2%的羥甲基纖維素水溶液按質(zhì)量比為9:91:10混合均勻，噴霧造粒制成團(tuán)聚粉末，在N2保護(hù)氣氛下1200°C快速燒結(jié)、空冷，破碎、篩分后得到用于爆炸噴涂的球形紅外輻射金屬陶瓷粉末，粒徑為15?45μπι。
[0015]采用爆炸噴涂工藝，在LED燈散熱基板表面沉積厚度約為ΙΟμπι的涂層，由于涂層可快速吸收基板的熱量并以輻射方式與自然環(huán)境進(jìn)行熱交換，散熱效率提高45%以上，取代了原有的散熱風(fēng)扇后并減少基板散熱面積1 %以上。
[0016]實(shí)施例3:
將平均粒徑為40μπι的CoO和MnO粉末，按其的質(zhì)量比例為1:2進(jìn)行均勻混合，加入總體粉料質(zhì)量5%的水，采用噴霧方式加濕粉料，冷壓制成尺寸為50mmX 30mmX 1mm的還體。將還體在1130°C高溫?zé)Y(jié)2h，取出放入水中進(jìn)行淬火處理，自然干燥后破碎并磨細(xì)至20μπι以下，得到具有穩(wěn)定尖晶石結(jié)構(gòu)的C ο M η 2 O 4紅外輻射陶瓷粉料。然后將平均粒徑為0.3 μ m的鈷粉、CoMn2O4粉和15%的聚乙烯醇1799水溶液按質(zhì)量比為17:83: 20混合均勻，噴霧造粒制成團(tuán)聚粉末，在N2保護(hù)氣氛下1200°C快速燒結(jié)、空冷，篩分后得到用于爆炸噴涂的球形紅外輻射金屬陶瓷粉末，粒徑為15?38μπι。
[0017]采用爆炸噴涂工藝，在制藥行業(yè)DZL4-1.25-AII(SW)型臥式快裝鏈條爐排煤粉鍋爐，材質(zhì)為20#鋼的水冷壁管熱交換器表面沉積厚度約為ΙΟμπι涂層，鍋爐節(jié)煤12%以上，排煙溫度由原來的230°C降低為164°C，熱效率提高4%。
[0018]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不限于此，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于爆炸噴涂的紅外輻射金屬陶瓷粉末，其由下列質(zhì)量比的物料配制而成: 鈷粉:CoMn2O4粉:粘接劑=9?25:75?91:10?20 ； 其中: 所述的CoMn2O4粉具有尖晶石結(jié)構(gòu)，由平均粒徑小于75μπι的CoO和MnO的固體粉末按質(zhì)量比例為1:2進(jìn)行配制。2.如權(quán)利要求1所述的紅外輻射金屬陶瓷粉末，其特征在于:所述的鈷粉為亞微米級鈷粉，平均粒徑小于0.5μπι。3.如權(quán)利要求1所述的紅外輻射金屬陶瓷粉末，其特征在于:所述的粘接劑為平均分子量為2000的聚乙二醇、2%的羥甲基纖維素水溶液或15%的聚乙烯醇1799水溶液的一種。4.一種如權(quán)利要求1所述的紅外輻射金屬陶瓷粉末的制備方法，其步驟如下: 步驟1: CoMn2O4紅外輻射陶瓷粉料的制備 選擇高溫性能穩(wěn)定的CoO和MnO固體粉末按比例均勻混合，用水噴霧加濕粉料冷壓制成坯體，在1100°C?1150°C高溫?zé)Y(jié)2h，取出進(jìn)行淬火處理，自然干燥后破碎并磨細(xì)至30μπι以下，制得到具有穩(wěn)定尖晶石結(jié)構(gòu)的CoMn2O4紅外輻射陶瓷粉料； 步驟2:紅外輻射金屬陶瓷粉末的制備 將鈷粉、CoMn2O4粉和粘接劑按比例均勻混合，噴霧造粒制成團(tuán)聚粉末，在N2保護(hù)氣氛下高溫快速燒結(jié)、空冷，破碎、篩分后得到用于爆炸噴涂的球形紅外輻射金屬陶瓷粉末材料，粒徑為15?45μηι。5.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于:所述步驟I中，用水噴霧加濕粉料時(shí)，加入所述CoO和MnO粉料質(zhì)量5%的水，冷壓制成所述還體的尺寸為50mm X 30mm X 10mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于爆炸噴涂的紅外輻射金屬陶瓷粉末，其由下列質(zhì)量比的物料配制而成：鈷粉：CoMn2O4粉：粘接劑<b>=</b>9～25：75～91：10～20；其中：所述的CoMn2O4粉具有尖晶石結(jié)構(gòu)，由平均粒徑小于75μm的CoO和MnO的固體粉末按質(zhì)量比例為1：2進(jìn)行配制。本發(fā)明還提出了一種紅外輻射金屬陶瓷粉末的制備方法。本發(fā)明提供的紅外輻射金屬陶瓷粉料，采用爆炸噴涂方法在金屬表面沉積的涂層具有優(yōu)異的紅外輻射性能。用于電子封裝材料散熱器和鍋爐水冷壁管等熱交換器表面，根據(jù)環(huán)境溫度的不同，可通過紅外輻射的熱傳遞方式迅速散熱或吸收熱量，提高熱交換效率。
【IPC分類】C23C4/126, C23C4/11
【公開號】CN105543764
【申請?zhí)枴緾N201510996342
【發(fā)明人】趙立英, 王剛, 李國太, 吳清軍
【申請人】廣東新勁剛新材料科技股份有限公司, 佛山市康泰威新材料有限公司
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月28日