本發(fā)明屬于涂料，具體涉及一種含y2o3@al2o3氣凝膠鋼爪阻氧涂料及其制備方法
背景技術(shù)：
1、鋁行業(yè)是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，鋁擁有著優(yōu)秀的性能，材質(zhì)輕盈，耐腐蝕，具有良好的導(dǎo)電性，應(yīng)用于工業(yè)、航天、電力、建筑等各個行業(yè)。中國每年的電解鋁產(chǎn)能達(dá)到了4000萬噸級，擁有大量的電解鋁廠，目前電解鋁廠面臨著普遍的問題便是電解陽極鋼爪的腐蝕。在350～900℃的高溫下，陽極鋼爪易受到電解質(zhì)、極上料、空氣和電解煙氣的侵蝕，同時(shí)還承受熱應(yīng)力、電磁力和碰撞力的破壞，很容易受到氧化腐蝕。
2、鋼爪腐蝕后會出現(xiàn)鋼爪變細(xì)，導(dǎo)致鋼爪載流量降低，不僅增加了電能損耗，也會導(dǎo)致鋼爪散發(fā)的焦耳熱增加，嚴(yán)重時(shí)會直接損壞鋼爪。腐蝕不僅影響鋼爪使用壽命，還會降低鋁液純度。陽極鋼爪表面被腐蝕，腐蝕層會脫落，大量含鐵物質(zhì)進(jìn)入電解極上覆蓋料和殘極，導(dǎo)致陽極炭塊和極上覆蓋料鐵含量偏高，最終導(dǎo)致金屬鋁液鐵含量偏高，影響原鋁的質(zhì)量。然而，給陽極鋼爪刷上一種耐溫耐腐蝕阻氧涂料，會很好地減輕鋼爪遭受腐蝕的程度。
3、氧化鋁氣凝膠是一種高孔隙率、低密度、高比表面積、耐高溫和低熱導(dǎo)的納米多孔材料，通過原位摻雜改性的辦法，添加少量比例的氧化釔，不僅使氧化鋁氣凝膠的α相轉(zhuǎn)變溫度升高，均勻分布在氧化鋁氣凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的釔，抑制了高溫下鋁離子的表面擴(kuò)散，從而抑制了顆粒的燒結(jié)和α相轉(zhuǎn)變。通過該方法改性后的氧化鋁氣凝膠，具有十分優(yōu)秀的低熱導(dǎo)、耐溫性能和機(jī)械性能。
4、因此結(jié)合該氣凝膠超低的導(dǎo)熱性以及強(qiáng)的熱穩(wěn)定性、機(jī)械性能，涂料里加入大量的改性氧化鋁氣凝膠可以大大提高涂料的隔熱性能、耐溫性能以及機(jī)械性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種含y2o3@al2o3氣凝膠的鋼爪阻氧涂料，通過摻雜氧化釔的氧化鋁氣凝膠協(xié)同有機(jī)-無機(jī)復(fù)配膠黏劑，解決電解鋁陽極鋼爪在350～900℃高溫下因氧化和熱應(yīng)力導(dǎo)致的腐蝕問題，利用氣凝膠納米孔隙的隔熱性、膠黏劑高溫陶瓷化形成的致密阻氧層，顯著延長鋼爪壽命并減少鋁液鐵雜質(zhì)污染。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用以下技術(shù)手段：
3、本發(fā)明提供了一種含y2o3@al2o3氣凝膠鋼爪阻氧涂料，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)包括：有機(jī)-無機(jī)復(fù)配膠黏劑100份、y2o3@al2o3氣凝膠5～15份、氣相法納米氧化鋁粉末30～55份、超細(xì)莫來石纖維粉12～15份、流平劑0.5～1.5份、速干劑1.5～3份、增稠劑0.5～1.5份、潤濕劑0.5～1.5份。
4、上述方案中，有機(jī)-無機(jī)復(fù)配膠黏劑按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)包括：硅鋁溶膠10～25份、鋁溶膠60～75份、改性有機(jī)硅乳液5～10份、硅烷偶聯(lián)劑2～5份，有機(jī)-無機(jī)復(fù)配膠黏劑影響了涂料的防開裂性能和最高耐溫性能，根據(jù)產(chǎn)品需要，涂層自然干燥不開裂，最高耐溫≥1000℃。
5、上述方案中，y2o3@al2o3氣凝膠按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)包括：
6、alcl3·6h2o10～15份、etoh?20～25份、水15～20份、y(no3)33～5份，羥乙基纖維素0.1～0.2份、殼聚糖0.4～0.8份，環(huán)氧丙烷3～5份。
7、本發(fā)明還提供了一種含y2o3@al2o3氣凝膠鋼爪阻氧涂料的制備方法，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，將有機(jī)-無機(jī)復(fù)配膠黏劑100份、y2o3@al2o3氣凝膠5～15份、氣相法納米氧化鋁粉末30～55份、超細(xì)莫來石纖維粉12～15份、流平劑0.5～1.5份、速干劑1.5～3份、增稠劑0.5～1.5份、潤濕劑0.5～1.5份，依次加入，高速分散攪拌1～3h，根據(jù)刷涂要求加入去離子水調(diào)節(jié)涂料粘度，即得灰色粘稠的y2o3@a12o3氣凝膠鋼爪阻氧涂料。
8、上述方案中，所述有機(jī)-無機(jī)復(fù)配膠黏劑制備包括以下步驟：
9、按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，將硅鋁溶膠10～25份、鋁溶膠60～75份、改性有機(jī)硅乳液5～10份、硅烷偶聯(lián)劑2～5份，在50℃、磁力攪拌下，將硅烷偶聯(lián)劑稀釋液(15％)緩慢加入改性有機(jī)硅乳液中，配成反應(yīng)液a，反應(yīng)30min；
10、將硅鋁溶膠緩慢加入反應(yīng)液a，配成反應(yīng)液b，反應(yīng)30min；
11、再將鋁溶膠緩慢加入反應(yīng)液b，配成反應(yīng)液c，反應(yīng)60min；
12、最后將反應(yīng)液c加入水熱反應(yīng)釜中，在120℃、1mpa的壓力下連續(xù)反應(yīng)6h，得到有機(jī)-無機(jī)復(fù)配膠黏劑。
13、上述方案中，所述y2o3@al2o3氣凝膠由以下方法制備而成：
14、s1：在15～20份水中加入10～15份alcl3·6h2o，加入3～5份y(no3)3溶液，超聲分散10min，加入20～25份乙醇溶劑(etoh)，配成鋁前驅(qū)液1；
15、s2：將0.1～0.2份羥乙基纖維素和0.4～0.8份殼聚糖共同加入鋁前驅(qū)液1，經(jīng)過3小時(shí)攪拌后形成具有一定粘度的淡黃色懸濁液2；
16、s3：懸濁液2中勻速滴加3～5份環(huán)氧丙烷并攪拌10min，得到y(tǒng)2o3@al2o3溶膠3；
17、s4：在室溫下，將上述y2o3@al2o3溶膠3靜置2h，凝膠化得到了y2o3@al2o3凝膠，將其浸泡在etoh中，etoh的液面需高出y2o3@al2o3凝膠上表面2cm左右，并每24h更換一次，重復(fù)此步驟3～4次充分置換出凝膠中殘留的水分和有機(jī)物，得到y(tǒng)2o3@al2o3濕凝膠；
18、s5：將y2o3@al2o3濕凝膠置于多用途超臨界試驗(yàn)裝置的干燥釜中，并加入適量的無水乙醇使其完全淹沒，進(jìn)行co2超臨界干燥，得到y(tǒng)2o3@al2o3氣凝膠。
19、上述方案中，co2超臨界干燥壓力10～13mpa、干燥溫度35～45℃、干燥時(shí)間4～6h。
20、因?yàn)楸景l(fā)明采用上述技術(shù)手段，因此具備以下有益效果：
21、(1)本發(fā)明加入al2o3氣凝膠，且摻雜納米y2o3粉末，綜合y2o3@al2o3粉末的耐高溫、光學(xué)性能優(yōu)勢，可以將熱效應(yīng)明顯的紅外波長反射回去；具有納米粉末和氣凝膠的高孔隙率和耐溫性能，納米孔隙小于空氣分子自由程，實(shí)現(xiàn)高性能隔熱；復(fù)配有機(jī)-無機(jī)膠黏劑包裹氣凝膠粉末，使得氣凝膠的納米孔隙轉(zhuǎn)化為盲孔，粘結(jié)顆粒形成涂層，高溫陶瓷化形成致密的隔熱、阻氧涂層；涂料中以鋁、氧元素為主，盡可能減少雜質(zhì)(硅、鈉等元素)進(jìn)入鋁電解液，保證原鋁的純度。
22、(2)本發(fā)明采用復(fù)配有機(jī)-無機(jī)膠黏劑，而不是簡單的混合。硅烷偶聯(lián)劑充分水解，水解產(chǎn)物為硅羥基，與改性有機(jī)硅鍵合；納米硅酸鋁溶膠帶正電荷，呈羽毛狀的分散溶液，鋁溶膠為酸性且?guī)д姾桑ㄟ^靜電力和形成氫鍵，進(jìn)一步結(jié)合。在高溫高壓下，通過偶聯(lián)、錨固增強(qiáng)膠黏劑的結(jié)合力、粘附力和耐溫性能。涂料在使用過程中，高溫使得膠黏劑陶瓷化燒結(jié)，晶格縮聚形成致密的阻氧層。
23、(3)采用含y2o3@al2o3氣凝膠制備阻氧涂料，施工條件簡單，自然干燥，可噴涂、刷涂，隔熱、阻氧性能優(yōu)異，可大大延長鋼爪的使用壽命。未使用鋼爪和多次使用鋼爪見附圖2，單次使用周期30～35天，隨著使用周期增加，鋼爪直徑越來越小，直徑達(dá)到報(bào)廢要求即廢棄。通過測量上一次使用后鋼爪的直徑和本次使用后鋼爪的直徑，可以折算出鋼爪使用壽命天數(shù)。
24、(4)高溫相變抑制與熱穩(wěn)定性提升
25、傳統(tǒng)al2o3氣凝膠在高溫下因相變和燒結(jié)導(dǎo)致孔隙塌陷，隔熱性能驟降，而本發(fā)明的氣凝膠結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，y2o3摻雜的a12o3氣凝膠在高溫下(350～1300℃)顯著抑制al3+的表面擴(kuò)散和α相轉(zhuǎn)變，延緩晶粒燒結(jié)，維持高比表面積，其中y3+均勻分布于氣凝膠網(wǎng)絡(luò)，形成y-a1復(fù)合氧化物，減少晶粒頸部接觸，抑制晶界遷移。