摘要：文章主要對(duì)鍋爐控制系統(tǒng)中膠粘劑的應(yīng)用進(jìn)行了研究和分析，針對(duì)大型內(nèi)襯陶瓷鍋爐控制系統(tǒng)完成了專用膠粘劑的研制，在闡述了專用膠粘劑結(jié)構(gòu)及性能的基礎(chǔ)上，相比有機(jī)膠和硅溶膠，無(wú)機(jī)磷酸鹽膠粘劑在耐高溫、低固化收縮率等方面表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)，介紹了制備磷酸鹽膠粘劑的原料及工藝，并通過(guò)試驗(yàn)制備出了一種高粘性的膠粘劑，試驗(yàn)的主要成分為磷酸二氫鋁，結(jié)合使用適量的PH調(diào)節(jié)劑、緩蝕劑、增稠劑等完成了膠粘劑的制備，該膠粘劑表面干燥耗時(shí)不超過(guò)24h，耐溫800℃，并降低了對(duì)金屬表面的腐蝕，表現(xiàn)出了本文膠粘劑良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。

　　關(guān)鍵詞：鍋爐控制系統(tǒng);膠粘劑;磷酸二氫鋁

　　《重型汽車》(雙月刊)創(chuàng)刊于1987年，是由中國(guó)重汽技術(shù)中心主辦的國(guó)家級(jí)期刊,面向國(guó)內(nèi)外公開發(fā)行,是國(guó)內(nèi)重型汽車行業(yè)唯一一份公開發(fā)行的權(quán)威刊物,集技術(shù)性與綜合性、理論性與實(shí)用性為一體,在汽車類期刊中占具重要地位。

　　目前工業(yè)生產(chǎn)及日常生活服務(wù)對(duì)高質(zhì)量高效率鍋爐的要求不斷提高，以火力發(fā)電廠為例，位于其鍋爐內(nèi)部的金屬管道對(duì)電廠的安全運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生直接影響，所使用鍋爐工作環(huán)境的溫度可達(dá)約1000℃，承受的工況條件(包括高強(qiáng)度的沖蝕磨損和結(jié)焦)較為復(fù)雜，根據(jù)國(guó)內(nèi)外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知將復(fù)合涂料涂刷到管道表面可使高溫環(huán)境導(dǎo)致的鍋爐內(nèi)部磨損程度得以顯著降低進(jìn)而實(shí)現(xiàn)防止結(jié)焦的目的。目前國(guó)對(duì)于此種適合鍋爐控制系統(tǒng)使用的復(fù)合膠粘劑的研制水平還有待提高，現(xiàn)有的膠粘劑體系存在不同的問(wèn)題，例如，表面干燥速度快的硅酸鹽膠粘劑存在較大的固化收縮率上的不足，涂層耐高溫性能較差易開裂;而傳統(tǒng)的磷酸鹽膠粘劑較為明顯的劣勢(shì)表現(xiàn)在發(fā)生于金屬基體上的反應(yīng)較強(qiáng)烈且表面干燥耗時(shí)較長(zhǎng)，限制了其在實(shí)際施工中的廣泛應(yīng)用;貼襯陶瓷襯里的膠粘劑的成本較高，自身性能無(wú)法使控制系統(tǒng)工作條件下的需求得以有效滿足。

　　1需求分析

　　鍋爐控制系統(tǒng)內(nèi)壁需長(zhǎng)期在較為惡劣的環(huán)境下工作，持續(xù)面臨著高溫氣體的侵蝕及煤粉顆粒的沖，已經(jīng)成為決定鍋爐使用壽命的關(guān)鍵因素。采用優(yōu)質(zhì)合金材料制作控制系統(tǒng)有利于控制系統(tǒng)使用壽命的有效延長(zhǎng)，此類材料需具備基本的耐磨及耐高溫腐蝕特點(diǎn)。近年來(lái)隨著研究領(lǐng)域的拓展一些當(dāng)做控制系統(tǒng)襯里和涂層的材料不斷被研發(fā)出來(lái)，此種情況下對(duì)控制系統(tǒng)的材質(zhì)要求不高(一般鋼材即可)，降低了鍋爐生成及使用成本，例如，采用絕熱的鉆基合金制造控制系統(tǒng)并將穩(wěn)定性較高的氧化錯(cuò)纖維置于控制系統(tǒng)內(nèi)壁(日本專利)，使控制系統(tǒng)內(nèi)壁由煤粉顆粒運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的沖刷問(wèn)題得以有效減緩和阻擋;將耐介質(zhì)腐蝕的三氧化二鋁瓷片(以剛玉作為主晶相)置于控制系統(tǒng)內(nèi)壁，使控制系統(tǒng)本體的抗煤粉顆粒及高溫氣流沖擊性能得以有效提升(巴布科克·威爾科克斯公司);提供優(yōu)質(zhì)鍋?zhàn)o(hù)裝置的北京巴布科克·威爾科克斯公司生產(chǎn)的鍋爐主要供大型電站及工業(yè)使用(包括發(fā)電廠、石油、化工、造紙等)，專業(yè)水平較高，其首臺(tái)超高壓自然循環(huán)電站鍋爐(20萬(wàn)kW)采用口簡(jiǎn)式PAS型控制系統(tǒng)(共24只)結(jié)構(gòu)，使用壽命為15-20年，擴(kuò)容進(jìn)入控制系統(tǒng)的風(fēng)混合煤粉(速度為30m/s)混合增速熱風(fēng)直吹人鍋爐爐膛，在高溫環(huán)境下控制系統(tǒng)管道內(nèi)壁承受高硬度煤粉的沖刷(哈式可磨系數(shù)70～80)，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)增加了維修和更換的難度。因此需選用滿足條件的膠粘劑，粘接工藝需簡(jiǎn)單易行，具備可承受強(qiáng)力撞擊的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，耐高溫經(jīng)冷熱沖擊后不脫開，本文嘗試將三氧化二鋁瓷片粘接到控制系統(tǒng)內(nèi)壁以提高鍋爐耐熱耐磨性能。

　　2原料與制備工藝

　　為使高輻射涂層的綜合性能得以有效提高，要求膠粘劑在抗腐蝕、黏度、耐高溫方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，使用制備的磷酸二氫鋁溶液(3.15：1的磷酸和氫氧化鋁)顯著提高涂層黏度，且溶液的粘度會(huì)隨反應(yīng)溫度的升高而提升，黏度在128℃左右達(dá)到臨界值(0.8Pa·s)，通過(guò)降低涂層酸度實(shí)現(xiàn)對(duì)體系酸度的有效控制，從而使制備出的低酸度涂層更適用于金屬基體，在對(duì)膠粘劑試驗(yàn)數(shù)據(jù)做出進(jìn)一步優(yōu)化的基礎(chǔ)上制備出涂層，驗(yàn)證了本文膠粘劑的優(yōu)異性能;針對(duì)骨料之間及骨料通基體間通過(guò)調(diào)節(jié)各種無(wú)機(jī)填料使其結(jié)合力得以有效提升，調(diào)節(jié)膨脹系數(shù)可使涂層耐高溫性得到進(jìn)一步提高。

　　2.1原材料

　　2.1.1磷酸鹽溶液的試驗(yàn)原料

　　膠粘劑的粘接性能同金屬離子半徑成反比，對(duì)于膠粘劑的不同性能，磷酸鹽的金屬離子對(duì)其影響情況表現(xiàn)為：附著力由強(qiáng)盜弱的順序?yàn)锳l、Mg、Ca、Cu、Fe、Zn，強(qiáng)度由大到小的順序?yàn)锳l、Mg、Ca、Fc、Cu、Ba，由此可知Al3+表現(xiàn)出的粘接性最好，Al結(jié)構(gòu)(配位數(shù)較低)有助于無(wú)序固溶體的形成以及對(duì)應(yīng)力和應(yīng)變的吸收，為此本文選用了Al(OH)3，結(jié)合使用磷酸溶液完成了磷酸鹽膠粘劑的制備，作為一種中強(qiáng)酸磷酸的電離過(guò)程是分步進(jìn)行的，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)表達(dá)式如下。

　　Al(OH)3+3H3PO4=Al(H3PO4)+3H2O

　　2Al(OH)3+3H3PO4=AI2(HPO4)3+6H20

　　Al(OH)3+H3PO4=AlPO4+3H2O

　　根據(jù)現(xiàn)有研究成果可知，膠粘劑的粘接性能隨著磷酸二氫鋁含量的增多而增強(qiáng)，磷酸二氫鋁的產(chǎn)物在質(zhì)量比為3.1：1-3.41：1間的H2PO4和Al(OH)，反應(yīng)的情況下最多，低于或高于此值則產(chǎn)物中會(huì)殘留多余的Al(OH)3或H3PO4。

　　2.1.2PH調(diào)節(jié)劑的選用

　　本文選用了堿性溶液對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)，使磷酸鹽溶液在配制好時(shí)達(dá)到2-3范圍間的PH值，用量過(guò)多的堿性溶液會(huì)使磷酸鹽溶液的粘性降低甚至失去，用量過(guò)少的堿性溶液則無(wú)法滿足降低磷酸鹽溶液酸性的要求。

　　2.1.3緩蝕劑的選用

　　磷酸鹽膠粘劑不能只通過(guò)使用堿性溶液實(shí)現(xiàn)酸性的完全降低，涂層面臨著較大的化學(xué)反應(yīng)活性而導(dǎo)致易開裂，需通過(guò)緩蝕劑的添加使此種問(wèn)題得以有效彌補(bǔ)，為此本文選用了雙組分體系(即磷酸鹽和適用于磷酸鹽膠粘劑的鉻酸鹽)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)，增大涂層的交聯(lián)密度，磷酸鹽的防腐機(jī)理在于通過(guò)涂層離解成磷酸和縮合磷酸兩種離子使金屬產(chǎn)生鈍化，并在金屬和涂層間形成絡(luò)合物，金屬的腐蝕通過(guò)使用緩蝕劑形成鈍化層而得以有效避免，使涂層常溫化學(xué)反應(yīng)活性得以顯著降低從而有效避免了涂層開裂現(xiàn)象的出現(xiàn)，達(dá)到后期的防腐蝕效果。

　　2.1.4固化劑的選用

　　考慮到磷酸鹽膠粘劑存在固化速度較慢且涂層表面干燥速度較慢(通常超過(guò)48h)的問(wèn)題，為進(jìn)一步提升工程施工效果，本文的催化劑選用了MgO，同時(shí)采用了硅溶膠膠粘劑(硅溶膠具備較大的固化收縮率，需根據(jù)實(shí)際需要適量使用)，實(shí)現(xiàn)了在降低固化溫度的同時(shí)使涂層的固化速度得以顯著提高。

　　2.1.5酸性抑制劑的選用

　　具體選用了具有較強(qiáng)抑制金屬基體腐蝕能力的NH-66耐火材料磷酸抑制劑，使涂層的黏度得以有效增強(qiáng)。

　　2.2膠粘涂層的制備工藝

　　本文在制備膠粘劑時(shí)采用的基料主要為磷酸二氫鋁(由Al(OH)3和H3PO4發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成)，并輔以添加相關(guān)填料，具體按照實(shí)際需要按一定比例將H3PO4和Al(OH)3(濃度為85%)進(jìn)行混合后加熱到120～140℃，再進(jìn)行1h的保溫處理，最終獲取一種無(wú)色透明的溶液。在此基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)溶液的PH值使其達(dá)到2-3間(使用堿性溶液)，基料中MgO含量的占比、酸性抑制劑的占比、緩蝕劑占比分別在5%-10%、0.5%-5%、20%-55%區(qū)間內(nèi)，CuO占比在5%-15%間，以對(duì)涂層腐蝕性產(chǎn)生影響的主要因素為依據(jù)進(jìn)行正交試驗(yàn)(共16組)，具體制備工藝如圖1所示。

　　3試驗(yàn)結(jié)果分析

　　3.1磷酸二氫鋁溶液黏度的提高

　　制備磷酸二氫鋁溶液時(shí)需以實(shí)際工況需求為依據(jù)使溶液達(dá)到合適的黏度，過(guò)大的黏度會(huì)阻礙施工的順利進(jìn)行，過(guò)小的黏度會(huì)不同程度的減小骨料和基體間、骨料間的結(jié)合力，Al/P配比同膠粘劑黏度間的關(guān)系如圖2所示，黏度隨著磷酸二氫鋁濃度的增大呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，在其與氫氧化鋁質(zhì)量比達(dá)到3.15：1時(shí)達(dá)到最高值;黏度隨溫度的變化情況如圖3所示，隨著溫度的上升黏度呈現(xiàn)快速升高的趨勢(shì)，黏度在達(dá)到128℃后經(jīng)過(guò)1h保溫處理后為0.853Pa·S，測(cè)試結(jié)果表明此時(shí)涂層達(dá)到施工的臨界值。在完成上述黏度實(shí)驗(yàn)后完成膠粘劑溶液的配制(以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù))，再進(jìn)行固化處理獲取樣品，其XRD圖譜如圖4所示，采用RIR方法完成此時(shí)成分中含有磷酸二氫鋁的計(jì)算，得到其物相質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%，現(xiàn)有研究成果已表明溶液黏度同磷酸二氫鋁的比例成正比，進(jìn)一步驗(yàn)證了溶液具備較高的黏度。

　　3.2膠粘劑體系酸度的降低

　　本文通過(guò)試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)膠粘劑酸度的有效控制，膠粘劑酸度的影響因素及水平如表l所示(根據(jù)正交試驗(yàn))，L16(45)表頭設(shè)計(jì)如表2所示。膠粘劑的剪切強(qiáng)度試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如圖5所示(該試驗(yàn)以GB7124-86為依據(jù))，通過(guò)正交試驗(yàn)的k值獲取堿性溶液含量、酸性抑制劑含量、MCO含量、CuO含量、緩蝕劑含量、的計(jì)算結(jié)果分別為5%、1.7%、6.5%、5%、20%，涂層的剪切強(qiáng)度在此種含量配比下最強(qiáng)，接下來(lái)剪切強(qiáng)度通過(guò)使用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的拉伸試驗(yàn)得出對(duì)應(yīng)值為7.4MPa，以為沒(méi)有有效的對(duì)涂層膨脹系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)致涂層間的結(jié)合力在受熱膨脹后降低，使涂層的剪切性能受到了一定的限制。將高輻射涂層在采用上述最佳配方的同時(shí)通過(guò)加入骨料完成制備過(guò)程，經(jīng)降低腐蝕處理后的試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示，光滑平整且具備高致密度的的涂層狀態(tài)表明圖層同金屬基體的腐蝕反應(yīng)得以有效避免，顯著增強(qiáng)了骨料間以及骨料和基體間的結(jié)合力。實(shí)際在鍋爐控制系統(tǒng)中應(yīng)用膠粘劑時(shí)，需對(duì)被粘接表面進(jìn)行去銹除油處理(可采用噴砂或酸洗方法除去金屬表明的銹)，用丙酮清洗陶瓷表面以去除油漬。在充分?jǐn)嚢枘z粘劑使其混合均勻的基礎(chǔ)上，將其涂置金屬和陶瓷表面(膠層厚度為1mm左右)，并稍用力壓平達(dá)到貼合狀態(tài)，使用完畢后揩掉擠壓出的余膠并按要求固化。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　日常生產(chǎn)生活對(duì)鍋爐使用性能的要求越來(lái)越高，隨著高輻射涂層在鍋爐管道內(nèi)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，對(duì)適用于該涂層的優(yōu)質(zhì)膠粘劑的需求日益凸顯，為提高鍋爐控制系統(tǒng)的使用性能和壽命，文中完成了一種新型膠粘劑的研制，在使用磷酸二氫鋁的同時(shí)通過(guò)PH調(diào)節(jié)、緩蝕、催干及增稠等處理后完成了一種耐高溫耐腐蝕的適用于鍋爐控制系統(tǒng)使用的高粘性膠粘劑的制備過(guò)程，此種膠粘劑對(duì)粘接的材質(zhì)種類限制較少，同時(shí)具備較佳的抗高溫、熱震及機(jī)械沖擊特點(diǎn)，能夠?qū)⒂行У恼辰犹峁┙o鍋爐控制系統(tǒng)(內(nèi)襯陶瓷)，為新式控制系統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)與使用提供支撐。