[发明专利]具有降低的固化温度的基于无铬硅酸盐的陶瓷组合物

说明书

本发明描述了基于某种基于无铬硅酸盐的粘结剂的组合物。该组合物为锂掺杂的硅酸钾与下列物质组合的水溶液：铝粉末或铝合金粉末、锌粉末或它们的组合。本发明的涂层能够通过包含纳米级氧化铈的胶体溶液来实现在低至350–450℉的温度下的完全固化，因此使得涂层特别适用于施加在温度敏感性基体材料上。

技术领域

本发明涉及无铬的新型的基于硅酸盐的浆液制剂以及适用于制备新型保护性涂层的方法，所述保护性涂层表现出优异的耐腐蚀性和耐热性并且能够替代传统的含铬酸盐涂层。本发明的涂层能够实现在低至350–450℉的温度下的完全固化，因此使得涂层特别适用于施加在温度敏感性基体材料诸如超高强度钢、钛和铝合金上。

背景技术

基于铬的铝-陶瓷涂层组合物已为人们所熟知，并且几十年来被认为是用于形成高度耐腐蚀和耐热的涂层的工业标准。四十年前授予Allen的美国专利3,248,251(“Allen专利”)认识到并描述了基于铝-陶瓷铬的涂层表现出耐腐蚀性、耐热性和耐磨性，同时保持粘附性和柔韧性的能力。此类属性一直以来使铝-陶瓷涂层广泛用于多种应用。如今，飞机行业的原始设备制造商(OEM)依赖这些涂层来保护各种飞机发动机、起落架和其他部件免受高温和腐蚀性环境。国防部(DoD)仓库设施还使用铝-陶瓷涂层作为其制造急需物品的一部分。另外，工业发电、汽车和各种其他工业通常使用铝-陶瓷涂层作为高性能保护性涂层。

常规铝-陶瓷涂层由填充有金属铝粉末的铬酸盐-磷酸盐粘结剂组成。在固化时，粘结剂形成嵌入有铝粉末颗粒的基体。基体向涂层提供机械完整性，然而铬酸盐钝化的铝颜料网络赋予有效的腐蚀保护。通过干砂粒或玻璃珠喷砂将Al填充的涂层抛光压缩该涂层以使其对所有钢具有导电性、流电活性和牺牲性(即，阴极保护性)。SermeTel在行业中通常被认为是这些类型的涂层的性能标准。取决于具体的应用和使用条件，涂层可单独使用以提供充分的腐蚀保护。作为另外一种选择，涂层可用作叠层体系的一部分，用作由顶涂层和/或密封剂密封的底涂层。

为了实现铝-陶瓷涂层的最佳性能，建议在不低于500F，并且优选地在600F-650F的温度下固化该涂层。未完全固化的涂层趋于示出功能性能的缺陷，诸如一般不令人满意的对基底的粘附性和一般不令人满意的层间粘附性、降低的耐腐蚀性、涂层在潮湿和腐蚀性环境中起泡等。

然而，在一些情况下，存在主要由所用基底的材料的化学性质和/或类型所赋予的温度加工限制，所述温度加工限制防止了涂层在相对较高的固化温度下完全固化以形成能够符合适用标准的涂层。示例包括由不能暴露于涂层所需的标称固化温度的材料构成的部件。许多高强度钢、钛合金和经热处理的铝合金在多种应用中需要较低的固化温度，以保持机械特性并避免此类温度敏感性基体材料的功能特性的损坏和劣化。

超高强度马氏体钢因具有由钢热处理工艺所给予的固化温度限制而为人们所熟知，主要是通过用于这些钢的回火方案来实现所需机械性能的组合，所述组合对于其预期部件使用条件而言是最佳的。回火是施用于铁合金的热处理技术，以通过降低合金的硬度来实现更大的韧性。硬度的降低通常伴随延展性的增加，从而降低金属的脆性。对于这些合金而言，较低的回火温度将产生较硬且较高拉伸强度的部件；然而，这将降低延展性、冲击强度，产生使用温度限制，并且可能还降低疲劳寿命。