一种具有高辐射换热能力的纳米涂料及施工方法

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1.本发明涉及高效传热技术领域，尤其涉及一种具有高辐射换热能力的纳米涂料及施工方法。

背景技术：

2.换热，指冷热两流体间所进行的热量传递，是一种传热过程；现有技术中，为了使加热装置的热传递高效进行，需要提高其换热能力，以达到较高的热传递效率。例如，在高温锻造炉中，需要通过锻造炉对材料加热，也就是说，将材料置于炉内，然后对材料加热，然后进行后续的单元操作；但是现有的锻造炉在实际工作过程中热量损失大，热交换能力差，降低了热量的利用率，使锻造炉的使用成本高。
3.现有技术中有公开关于将散热涂料涂覆在高温部件表面，对高温部件的散热降温起到促进作用。在高温环境下，能对部件起到保护并延长寿命作用。但还未见有以提高换热能力，既有利于散热又有利于吸热，从而整体提高热交换能力的涂料公开报导。
4.因此，本领域的技术人员致力于开发一种具有高辐射换热能力的纳米涂料及施工方法，以解决上述现有技术的不足。

技术实现要素：

5.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是目前现有技术中，对于换热能力高的涂料存在需求，对换热能力提高存在不足的缺陷问题。
6.为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种具有高辐射换热能力的纳米涂料，包括以下重量份数的组分：
7.tio2纳米颗粒粉25～40份，mno2纳米颗粒粉15～25份，cuo纳米颗粒粉10～22份，al2o3纳米颗粒粉12～18份，zro2纳米颗粒粉16～28份，sio2纳米颗粒粉5～9份，钠硅玻璃细粉0.8～2.0份，水溶性树枝状聚合物乳液15～30份；
8.所述纳米颗粒粉的平均粒径小于60μm；
9.进一步地，所述纳米涂料，平均发射率为0.88～0.95；
10.进一步地，所述tio2纳米颗粒粉的平均粒径小于25μm；
11.进一步地，所述mno2纳米颗粒粉的平均粒径小于25μm；
12.进一步地，所述cuo纳米颗粒粉的平均粒径小于60μm；
13.进一步地，所述zro2纳米颗粒粉的平均粒径小于60μm；
14.进一步地，所述al2o3纳米颗粒粉的平均粒径小于5μm；
15.进一步地，所述sio2纳米颗粒粉的平均粒径小于50μm；
16.进一步地，所述钠硅玻璃细粉的平均粒径小于50μm；
17.在本发明具体实施方式中，所述纳米涂料，包含重量份数为25份的tio2纳米颗粒粉；
18.在本发明另一具体实施方式中，所述纳米涂料，包含重量份数为30份的tio2纳米
颗粒粉；
19.在本发明另一具体实施方式中，所述纳米涂料，包含重量份数为40份的tio2纳米颗粒粉；
20.在本发明具体实施方式中，所述纳米涂料，包含重量份数为15份的mno2纳米颗粒粉；
21.在本发明另一具体实施方式中，所述纳米涂料，包含重量份数为20份的mno2纳米颗粒粉；
22.在本发明另一具体实施方式中，所述纳米涂料，包含重量份数为25份的mno2纳米颗粒粉；
23.在本发明具体实施方式中，所述纳米涂料，包含重量份数为10份的cuo纳米颗粒粉；
24.在本发明另一具体实施方式中，所述纳米涂料，包含重量份数为15份的cuo纳米颗粒粉；
25.在本发明另一具体实施方式中，所述纳米涂料，包含重量份数为22份的cuo纳米颗粒粉；
26.在本发明具体实施方式中，所述纳米涂料，包含重量份数为12份的al2o3纳米颗粒粉；
27.在本发明另一具体实施方式中，所述纳米涂料，包含重量份数为15份的al2o3纳米颗粒粉；
28.在本发明另一具体实施方式中，所述纳米涂料，包含重量份数为18份的al2o3纳米颗粒粉；
29.在本发明具体实施方式中，所述纳米涂料，包含重量份数为16份的zro2纳米颗粒粉；
30.在本发明另一具体实施方式中，所述纳米涂料，包含重量份数为20份的zro2纳米颗粒粉；
31.在本发明另一具体实施方式中，所述纳米涂料，包含重量份数为28份的zro2纳米颗粒粉；
32.在本发明具体实施方式中，所述纳米涂料，包含重量份数为5份的sio2纳米颗粒粉；
33.在本发明另一具体实施方式中，所述纳米涂料，包含重量份数为7份的sio2纳米颗粒粉；
34.在本发明另一具体实施方式中，所述纳米涂料，包含重量份数为9份的sio2纳米颗粒粉；
35.在本发明具体实施方式中，所述纳米涂料，包含重量份数为0.8份的钠硅玻璃细粉；
36.在本发明另一具体实施方式中，所述纳米涂料，包含重量份数为1份的钠硅玻璃细粉；
37.在本发明另一具体实施方式中，所述纳米涂料，包含重量份数为2份的钠硅玻璃细粉；
38.在本发明具体实施方式中，所述纳米涂料，包含重量份数为15份的水溶性树枝状聚合物乳液；
39.在本发明另一具体实施方式中，所述纳米涂料，包含重量份数为20份的水溶性树枝状聚合物乳液；
40.在本发明另一具体实施方式中，所述纳米涂料，包含重量份数为30份的水溶性树枝状聚合物乳液；
41.本发明第二方面提供了一种具有高辐射换热能力的纳米涂料的施工方法，具体步骤包括：
42.步骤1、对要喷涂的物体表面进行填缝或打磨，使其尽可能平整；
43.步骤2、将本发明上述第一方面纳米涂料按重量份数混合，搅拌均匀后进行喷涂；
44.步骤3、将喷涂完成的物体的环境温度进行三阶段阶梯升温；
45.所述三阶段阶梯升温，包括温度升至200℃，维持2小时；再升至500度，维持3小时；最后升至850度，维持4小时；
46.进一步地，所述步骤2中，所述喷涂的次数为2～3次；
47.本发明第三方面提供了本发明第一方面所述纳米涂料在制备用于物体提高换热性能的用途；
48.所述纳米涂料的平均发射率为0.88～0.95。
49.采用以上方案，本发明公开的具有高辐射换热能力的纳米涂料及施工方法，具有以下优点：
50.(1)本发明的具有高辐射换热能力的纳米涂料，可喷涂在受热物体表面或高温发热表面，使物体提高热交换能力，有利于实现工业加热领域高效节能，降低成本；
51.(2)本发明的具有高辐射换热能力的纳米涂料，使用本发明的施工方法对物体进行喷涂，具有施工简便、与基体结合紧密、抗冲击性好等优势，能够在850-1450℃的环境中长期使用；
52.综上所述，本发明公开的具有高辐射换热能力的纳米涂料及施工方法，采用限定重量份数的组分，得到的纳米涂料有利于提高物体的热交换能力；施工方法简便、易操作，与基体结合紧密、抗冲击性好等优势，能够在850-1450℃的环境中长期使用；提高了物体的换热能力，有利于高效节能，降低成本。
53.以下将结合具体实施方式对本发明的构思、具体技术方案及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
具体实施方式
54.以下介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，这些实施例为示例性描述，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
55.各组分预制备：
56.将tio2和mno2的颗粒研磨至平均粒径小于25μm，得到tio2纳米颗粒粉和mno2纳米颗粒粉；
57.将cuo和zro2的颗粒研磨至平均粒径小于60μm，得到cuo纳米颗粒粉和zro2纳米颗
粒粉；
58.将al2o3的颗粒研磨至平均粒径小于5μm，得到al2o3纳米颗粒粉；
59.将sio2和钠硅玻璃研磨至平均粒径小于50μm，得到sio2纳米颗粒粉和钠硅玻璃细粉；
60.水溶性树枝状聚合物乳液，为水溶性聚酰胺酸盐(paas)，包含均苯四甲酸酐/4,4'-二胺基二苯醚(pmda/oda)；
61.实施例1、
62.取上述tio2纳米颗粒粉25kg、mno2纳米颗粒粉15kg、cuo纳米颗粒粉10kg、al2o3纳米颗粒粉12kg、zro2纳米颗粒粉16kg、sio2纳米颗粒粉5kg和钠硅玻璃细粉0.8kg，混合均匀；加入水溶性树枝状聚合物乳液15kg，搅拌5分钟，得到实施例1的具有高辐射换热能力的纳米涂料。
63.实施例2、
64.取上述tio2纳米颗粒粉30kg、mno2纳米颗粒粉20kg、cuo纳米颗粒粉15kg、al2o3纳米颗粒粉15kg、zro2纳米颗粒粉20kg、sio2纳米颗粒粉7kg和钠硅玻璃细粉1kg，混合均匀；加入水溶性树枝状聚合物乳液20kg，搅拌8分钟，得到实施例2的具有高辐射换热能力的纳米涂料。
65.实施例3、
66.取上述tio2纳米颗粒粉40kg、mno2纳米颗粒粉25kg、cuo纳米颗粒粉22kg、al2o3纳米颗粒粉18kg、zro2纳米颗粒粉28kg、sio2纳米颗粒粉9kg和钠硅玻璃细粉2kg，混合均匀；加入水溶性树枝状聚合物乳液30kg，搅拌10分钟，得到实施例3的具有高辐射换热能力的纳米涂料。
67.经检测，上述实施例1～3得到的具有高辐射换热能力的纳米涂料发射率在0.88～0.95之间。
68.试验例4、锻造炉喷涂应用
69.使用实施例1得到的具有高辐射换热能力的纳米涂料对江阴某锻造公司的2号锻造炉进行喷涂；
70.首先，现场施工人员身上穿好防护服、头戴安全帽、眼戴护目镜、口鼻戴防毒面具；
71.对要喷涂的锻造炉的炉膛内表面进行填缝或打磨，使其炉膛内尽可能平整；用涂料搅拌器将实施例1的具有高辐射换热能力的纳米涂料80kg搅拌3分钟后装入喷容器内；连接好空气压缩机与涂料喷的气体管路，打开电源和气路开始第一遍喷涂，直到锻造炉的炉膛内表面被完全覆盖为止；重复喷涂过程3次后结束喷涂；
72.喷涂施工完成后，将完成喷涂的锻造炉内的温度升至200℃，维持2小时；再升至500度，维持3小时；最后升至850度，维持4小时完成烘干和烧结操作；
73.将上述喷涂后的锻造炉进行点火开炉，升温至1150度，并进行正常生产；经正常使用10个月后，对锻造炉进行停炉检查，炉膛内喷涂面无裂痕和剥落现象。
74.对比例5、
75.将常规未进行炉膛喷涂的3号锻造炉同时进行点火开炉，升温至1150度，并进行正常生产；经正常使用10个月后，对锻造炉进行停炉检查，炉膛内出现小裂痕，长时间使用炉膛内壁存在剥落风险；
76.对试验例5和对比例6的2号、3号锻造炉在使用的10个月期间的燃料进行消耗对比记录，结果如表1所示；
77.表1燃料消耗量(吨)
78.月份2021.112021.122022.012022.032022.042022.052022.062022.072022.082号炉135131126130129128126124126 3号炉159158152155153155157151149
79.从表1数据计算2号锻造炉比3号锻造炉的燃料消耗节省数据为：2021年11月节省15.09％，2021年12月节省17.09％，2022年1月节省17.11％，2022年3月节省16.13％，2022年4月节省15.69％，2022年5月节省17.42％，2022年6月节省19.75％，2022年7月节省17.88％，2022年8月节省15.44％(2022年2月停炉)；
80.表明，相对于未使用本发明具有高辐射换热能力的纳米涂料的3号锻造炉，2号锻造炉在炉膛内喷涂了本发明实施例1的具有高辐射换热能力的纳米涂料，每个月比3号锻造炉的燃料消耗节省率为15.09％～19.75％，节能效果显著。
81.本发明其他实施例得到的具有高辐射换热能力的纳米涂料具有与上述相似的有益效果；
82.本发明其他具体实施方式得到的具有高辐射换热能力的纳米涂料具有与上述相似的有益效果。
83.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的试验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：

1.一种具有高辐射换热能力的纳米涂料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：tio2纳米颗粒粉25～40份，mno2纳米颗粒粉15～25份，cuo纳米颗粒粉10～22份，al2o3纳米颗粒粉12～18份，zro2纳米颗粒粉16～28份，sio2纳米颗粒粉5～9份，钠硅玻璃细粉0.8～2.0份，水溶性树枝状聚合物乳液15～30份；所述纳米颗粒粉的平均粒径小于60μm。2.如权利要求1所述纳米涂料，其特征在于，所述tio2纳米颗粒粉、mno2纳米颗粒粉的平均粒径小于25μm。3.如权利要求1所述纳米涂料，其特征在于，所述cuo纳米颗粒粉、zro2纳米颗粒粉的平均粒径小于60μm。4.如权利要求1所述纳米涂料，其特征在于，所述al2o3纳米颗粒粉的平均粒径小于5μm。5.如权利要求1所述纳米涂料，其特征在于，所述sio2纳米颗粒粉、钠硅玻璃细粉的平均粒径小于50μm。6.一种具有高辐射换热能力的纳米涂料的施工方法，其特征在于，具体步骤包括：步骤1、对要喷涂的物体表面进行填缝或打磨，使其尽可能平整；步骤2、将本发明上述第一方面纳米涂料按重量份数混合，搅拌均匀后进行喷涂；步骤3、将喷涂完成的物体的环境温度进行三阶段阶梯升温；所述三阶段阶梯升温，包括温度升至200℃，维持2小时；再升至500度，维持3小时；最后升至850度，维持4小时。7.如权利要求1～5任一项所述纳米涂料在制备用于物体提高换热性能的用途；其特征在于，所述纳米涂料的平均发射率为0.88～0.95。

技术总结

本发明提供了一种具有高辐射换热能力的纳米涂料及施工方法，包括以下重量份数的组分：TiO2纳米颗粒粉25～40份，MnO2纳米颗粒粉15～25份，CuO纳米颗粒粉10～22份，Al2O3纳米颗粒粉12～18份，ZrO2纳米颗粒粉16～28份，SiO2纳米颗粒粉5～9份，钠硅玻璃细粉0.8～2.0份，水溶性树枝状聚合物乳液15～30份；本发明公开的具有高辐射换热能力的纳米涂料及施工方法，采用限定重量份数的组分，得到的纳米涂料有利于提高物体的热交换能力；施工方法简便、易操作，与基体结合紧密、抗冲击性好等优势，能够在850-1450℃的环境中长期使用；提高了物体的换热能力，有利于高效节能，降低成本。降低成本。