專利名稱：鋼坯高溫抗燒損涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高溫結(jié)構(gòu)陶瓷領(lǐng)域，具體涉及鋼坯高溫抗燒損涂層及其制備方法。
背景技術(shù)：
在鋼鐵工件加工的過程中，鋼鐵的氧化消耗是相當(dāng)嚴(yán)重的。鋼鐵工件在完成軋制、 鍛造、淬火、退火、正火等熱加工工序時(shí)必需將工件加熱到高溫。在一般大氣條件下，鋼鐵工件受到高溫作用常常會(huì)在表面發(fā)生氧化現(xiàn)象，產(chǎn)生大量的氧化鐵皮，而且同時(shí)還會(huì)伴隨著合金元素的貧化(例如脫碳等)。這些現(xiàn)象大大降低了工件的機(jī)械性能和抗腐蝕能力，嚴(yán)重影響工件的使用壽命。對(duì)于一些特種鋼鐵，其中的一些鎳、鉻、銅、硅等合金元素會(huì)發(fā)生氧化，在鋼坯的表面生成一層極難清除的氧化層，而這種氧化層在軋制的過程中容易壓入鋼中，使鋼材表面及內(nèi)部生成缺陷。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界有大量的鋼鐵由于氧化和腐蝕而失效。其中在熱加工工藝中，鋼鐵氧化損耗平均約為3 5%左右。因而必需采取有效的措施來防止工件表面的高溫氧化，從而提高熱加工質(zhì)量。目前防止碳鋼氧化燒損，采用的方法有高溫涂層法、真空法和保護(hù)氣氛法。其中， 人們開發(fā)了可控氣氛爐和真空爐來完成熱加工過程，可是這兩種熱加工技術(shù)成本高，而且往往只適合處理小體積的工件。熱加工過程中，采用耐高溫臨時(shí)性保護(hù)涂料對(duì)基體進(jìn)行防護(hù)是近幾十年發(fā)展起來的一種新型熱處理保護(hù)技術(shù)。相對(duì)于真空熱加工技術(shù)和惰性氣體保護(hù)技術(shù)，這種保護(hù)方法具有投資少、成本低、操作簡單、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。自上世紀(jì)40年代，人們就對(duì)高溫抗燒損涂層進(jìn)行了研究并且取得許多成果隨著耐熱材料的不斷發(fā)展、涂料配方的優(yōu)化以及涂料制備工藝的改進(jìn)，使涂料涂層性能得到改善和提高，應(yīng)用更加廣泛，涂料品種越來越多。美國、日本和西歐等國家已開始采用玻璃、硅酸鹽等成分極其復(fù)雜的混合物為基的涂層材料和潤滑材料，以便在壓制、擠壓、模鍛、軋制和熱處理高合金鋼、普通碳鋼和多種合金時(shí)防止氧化。鋼鐵高溫抗燒損涂層保護(hù)機(jī)理大致可分為三種類型，即互熔反應(yīng)型保護(hù)機(jī)理、消耗反應(yīng)型保護(hù)機(jī)理和惰性熔膜屏蔽型保護(hù)機(jī)理。其中惰性熔膜屏蔽型保護(hù)機(jī)理是所制備涂料以惰性氧化物為主要成分，在熱加工前，將涂料涂敷在工件表面，制備成涂層。隨著溫度的升高，涂層軟化進(jìn)而熔融，在高溫下形成致密的惰性氧化物薄膜，阻止高溫爐內(nèi)氧化性氣分和鋼坯接觸，避免了因爐氣與基體鋼坯的直接接觸而發(fā)生的氧化反應(yīng)，從而達(dá)到了保護(hù)的目的。運(yùn)用這種機(jī)理，往往可在更高溫度下實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼坯的保護(hù)。這種保護(hù)方法相對(duì)于真空法熱加工技術(shù)和保護(hù)氣氛熱加工技術(shù)，具有投資少、成本低、操作簡單、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。但是，到目前為止，還沒有一種適用于多種鋼種，且性能穩(wěn)定，能夠進(jìn)行熱噴涂的鋼鐵高溫抗燒損涂料。本發(fā)明是綜合考慮涂層的高溫致密性、穩(wěn)定性、潤濕性、機(jī)械強(qiáng)度、剝落性、無毒害性等因素的設(shè)計(jì)要求，在選擇原材料時(shí)，以材料的熱力學(xué)穩(wěn)定性、表面張力、線膨脹系數(shù)等理論數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合被保護(hù)對(duì)象的特點(diǎn)、具體的使用條件、熱加工的時(shí)間等多種因素加以綜合考慮。采用惰性熔膜保護(hù)機(jī)理制備鋼鐵高溫抗燒損涂層，對(duì)高溫耐熱鋼在軋制之前的升溫階段進(jìn)行必要的抗燒損保護(hù)，以減少鋼坯表面的氧化，達(dá)到節(jié)能減排，提高鋼的成材率的目的。此外涂層除了保護(hù)基體不被氧化腐蝕外，還具有防止鋼件的脫碳、滲碳，在模鍛中起潤滑作用等功能。本發(fā)明對(duì)鋼材加工過程中，減少鋼材氧化燒損，提高鋼坯的成材率，減少金屬的浪費(fèi)具有巨大意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種耐高溫腐蝕、穩(wěn)定性好、具有多種刷涂方式、強(qiáng)度高、 具有自剝落性能、安全可靠性高的鋼坯高溫抗燒損涂層及其制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案與技術(shù)特征為本發(fā)明為鋼坯高溫抗燒損涂層及其制備方法，其特征在于該涂層采用惰性熔膜保護(hù)機(jī)理，其主要化學(xué)成分的重量百分比為SiO2 5 10% ,Al2O3 42 53%，MgO 20 35%， Fe2O3 5 15%，Ti& 2 10%。該涂層材料在使用前先制備成料漿，它是由粘結(jié)劑、粉料、 載液、添加劑等混合均勻制成的涂料。涂料使用時(shí)采用刷涂和熱噴涂等方法，將涂料均勻的涂敷于工件的表面。所形成涂層在整個(gè)高溫過程中起保護(hù)作用，熱加工完成后涂層具有自剝落性能。選擇鋁礬土、菱鎂礦和冶金粉塵為涂料粉料的基料。粉料是涂料的主要組成物質(zhì)， 粉體粒度控制在48 75 μ m，粉料在涂料中的含量高于50wt%。所用粘結(jié)劑為自制鋁溶膠。其制備方法為A1 (OH)3與磷酸鋁沸騰回流，直至體系澄清或基本無變化，得粘稠狀物體，加去離子水稀釋，加濃氨水調(diào)節(jié)pH至5. 0左右，得到乳白色懸濁液。粉料與粘結(jié)劑之比為100 1。使用添加劑優(yōu)化涂料性能。添加劑包括助熔劑、表面活性劑、增粘劑、消泡劑和防
腐劑等。具體物質(zhì)包括羧甲基纖維素、聚丙烯酸鈉等。采用水做涂料的載液，加入量以達(dá)到涂覆性能良好即可，涂層漿料密度為1.8 2. 5kg/m3。在涂料制備過程中，其沉腐的最佳時(shí)間在65 72小時(shí)。鋼坯冷刷涂和800°C熱噴涂的最佳涂層厚度為200 300 μ m。經(jīng)刷涂或熱噴涂本涂層的鋼坯，在1250°C 1300°C加熱2小時(shí)左右，可降低鋼坯表面燒損80%左右，表面脫碳和元素貧化深度可減少50%左右。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1選擇鋁礬土、菱鎂礦和冶金粉塵為涂料粉料的基料。研磨，控制粉體粒度在48 75 μ m，混勻構(gòu)成鋼坯高溫抗燒損涂層粉料。稱量一定量Al (OH) 3與磷酸鋁，沸騰回流，直至體系澄清或基本無變化，得粘稠狀物體，再加去離子水稀釋，逐漸滴加濃氨水調(diào)節(jié)PH至5.0左右，得到乳白色懸濁液。得到鋼坯高溫抗燒損涂層粘結(jié)劑。在粉料中加入粘結(jié)劑，粉料與粘結(jié)劑之比為100 1。向體系中加蒸餾水，得到涂層漿料，并使其密度為2. 3kg/m3。陳化72小時(shí)。
將涂層漿料均勻的涂敷于工件的表面，涂覆厚度大約200 300 μ m，于1250 1300°C加熱2小時(shí)，涂層在整個(gè)高溫過程中起保護(hù)作用，熱加工完成后涂層自動(dòng)剝落。降低鋼坯表面燒損82%，表面脫碳和元素貧化深度可減少51%。實(shí)施例2選擇鋁礬土、菱鎂礦和冶金粉塵為涂料粉料的基料。研磨，控制粉體粒度在48 75 μ m，混勻構(gòu)成鋼坯高溫抗燒損涂層粉料。稱量一定量Al (OH) 3與磷酸鋁，沸騰回流，直至體系澄清或基本無變化，得粘稠狀物體，再加去離子水稀釋，逐漸滴加濃氨水調(diào)節(jié)PH至5.0左右，得到乳白色懸濁液。得到鋼坯高溫抗燒損涂層粘結(jié)劑。在粉料中加入粘結(jié)劑，粉料與粘結(jié)劑之比為100 1。向體系中加蒸餾水，得到涂層漿料，并使其密度為2. 3kg/m3。陳化72小時(shí)。將涂層漿料于800°C熱態(tài)鋼坯上加壓噴涂，涂覆厚度大約200 300 μ m，于 1250 1300°C加熱2小時(shí)，涂層在整個(gè)高溫過程中起保護(hù)作用，熱加工完成后涂層自動(dòng)剝落。降低鋼坯表面燒損78%，表面脫碳和元素貧化深度可減少48%。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明為鋼坯高溫抗燒損涂層及其制備方法，其特征在于該涂層采用惰性熔膜保護(hù)機(jī)理，其主要化學(xué)成分的重量百分比為SiA 5 10%，Al2O3 42 53%，MgO 20 ；35%， Fe2O3 5 15%， 10%。該涂層材料在使用前先制備成料漿，它是由粘結(jié)劑、粉料、 載液、添加劑等混合均勻制成的涂料。涂料使用時(shí)采用刷涂和熱噴涂等方法，將涂料均勻的涂敷于工件的表面。涂層在整個(gè)高溫過程中起保護(hù)作用，熱加工完成后涂層具有自剝落性能。
2.如權(quán)利要求1所述的鋼坯高溫抗燒損涂層及其制備方法，其特征在于選擇鋁礬土、 菱鎂礦和冶金粉塵為涂料粉料的基料。粉料是涂料的主要組成物質(zhì)，粉體粒度控制在48 75 μ m，粉料在涂料中的含量高于50wt%。
3.如權(quán)利要求1所述的鋼坯高溫抗燒損涂層及其制備方法，其特征在于所用粘結(jié)劑為自制鋁溶膠。其制備方法為A1 (OH)3與磷酸鋁沸騰回流，加去離子水稀釋，加氨水調(diào)節(jié)pH 至5.0左右，得到乳白色懸濁液。粉料與粘結(jié)劑之比為100 1。
4.如權(quán)利要求1所述的鋼坯高溫抗燒損涂層及其制備方法，其特征在于使用添加劑優(yōu)化涂料性能。添加劑包括助熔劑、表面活性劑、增粘劑、消泡劑和防腐劑等。具體物質(zhì)包括羧甲基纖維素、聚丙烯酸鈉等。
5.如權(quán)利要求1所述的鋼坯高溫抗燒損涂層及其制備方法，其特征在于采用水做涂料的載液，加入量以達(dá)到涂覆性能良好即可，涂層漿料密度為1. 8 2. ^g/m3。
6.如權(quán)利要求1所述的鋼坯高溫抗燒損涂層及其制備方法，其特征在于在涂料制備過程中，其沉腐的最佳時(shí)間在65 72小時(shí)。
7.如權(quán)利要求1所述的鋼坯高溫抗燒損涂層及其制備方法，其特征在于鋼坯冷刷涂和 800°C熱噴涂的最佳涂層厚度為200 300 μ m。
8.如權(quán)利要求1所述的鋼坯高溫抗燒損涂層及其制備方法，其特征在于經(jīng)刷涂或熱噴涂本涂層的鋼坯，在1250°C 1300°C加熱2小時(shí)左右，本涂層可降低鋼坯表面燒損80%左右，表面脫碳和元素貧化深度可減少50%左右。
全文摘要
本發(fā)明涉及涉及鋼坯高溫抗燒損涂層及其制備方法，屬高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料領(lǐng)域。該涂層材料采用惰性熔膜保護(hù)機(jī)理，其主要化學(xué)成分的重量百分比為SiO2 5～10％，Al2O3 42～53％，MgO 20～35％，F(xiàn)e2O3 5～15％，TiO2 2～10％。該涂層材料的制備方法為選擇鋁礬土、菱鎂礦和冶金粉塵為涂料粉料的基料。研磨，控制粉體粒度在48～75μm，混勻構(gòu)成鋼坯高溫抗燒損涂層粉料。在粉料中加入粘結(jié)劑，粉料與粘結(jié)劑之比為100∶1。向體系中加蒸餾水，得到涂層漿料，并使其密度為1.8～2.5kg/m3。陳化72小時(shí)。將涂層漿料均勻的涂敷或熱噴于工件的表面，涂覆厚度大約200～300μm，于1250～1300℃加熱2小時(shí)，涂層在整個(gè)高溫過程中起保護(hù)作用，熱加工完成后涂層自動(dòng)剝落。降低鋼坯表面燒損80％左右，表面脫碳和元素貧化深度可減少50％左右。本發(fā)明對(duì)鋼材加工過程中，減少鋼材氧化燒損，提高鋼坯的成材率，減少金屬的浪費(fèi)具有巨大意義。
文檔編號(hào)C04B35/66GK102391001SQ201110210979
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月18日
發(fā)明者梁久明, 許瑩 申請(qǐng)人:唐山元力科技有限公司