CN101245168A - 不锈钢堆焊层保护剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于不锈钢堆焊层领域，具体涉及不锈钢堆焊层保护剂，特别是加氢反应器、核反应堆制造中对不锈钢堆焊层进行保护。本发明所解决的技术问题是提供一种可与堆焊层表面致密结合的材料阻止铁素体粉末飘落到堆焊层表面、从而消除铁素体对不锈钢的污染，该保护剂的主料是由如下重量配比的组分制备而成，总重量以100份计：环氧丙苯树脂20－40份、氧化铝5－15份、氧化硅5－15份、纳米氧化钛5－15份、聚乙烯醇缩丁醛0.3－5份、钛酸脂0.5－3份、高温抗氧剂0－5份、去离子水余量。本发明保护剂还具有使用方便、成本低廉的特点，为本领域解决铁素体污染不锈钢堆焊层表面提供了一种切实可行，方便有效的处理方案。

Description

不锈钢堆焊层保护剂及其制备方法

技术领域

本发明属于不锈钢堆焊层领域，具体涉及不锈钢堆焊层保护剂，特别是加氢反应器、核反应堆制造中对不锈钢堆焊层进行保护。

背景技术

容器特别是加氢反应器、核反应堆筒体，内表面都需要在中低合金钢上堆焊不锈钢形成满足用户要求的堆焊层。这层堆焊层质量的优劣除了与使用的材料、堆焊工艺、操作技能等因素有关外，还与生产过程中对堆焊层的保护密切相关。在这些产品较长的生产过程中，需要多次清根打磨中低合金钢本体，由此就会产生大量的铁素体粉末，这些粉末飘落到筒体堆焊层表面和筒体外四周，在室温和高温环境下这些粉末与不锈钢堆焊层发生化学及电化学作用，作用的结果不光是生成多种反应产物改变堆焊层的颜色，而且严重降低堆焊层的使用性能。

已有的研究显示，重容筒体内表面堆焊的不锈钢在高温堆焊时形成的蓝色或金黄色的氧化膜对产品使用极为有利。它们耐化学介质腐蚀的性能十分优良。然而当铁素体粉末与之结合后就产生通常称为的铁素体污染，使蓝色或金黄色的表面变黑失去原有的抗化学介质侵蚀的能力。根据用户及材料保护学科对不锈钢堆焊层性能的长期研究表明，这种铁素体粉末由于性能特别是电化学性能与不锈钢堆焊层有很大差距，它们落到堆焊层表面后很快就会发生作用，破坏堆焊层在高温条件下形成的致密的氧化膜。

在现有公知的技术中，有用石灰浆涂刷不锈钢堆焊层表面以及在堆焊层表面覆盖石棉布等材料阻止铁素体粉末飘落到表面的介绍，除此之外未见其它防止铁素体污染不锈钢堆焊层的技术。我们为此检索了中国专利、美国专利、世界专利、及美国化学文摘、德国应用化学周刊都没有得到有关资料。

而现有的两种技术方案，由于石灰浆耐磨性很差，操作者在上面走动即会使其脱落，而且在后期的热处理过程中会与不锈钢堆焊层发生不良反应；在堆焊层表面覆盖石棉布等阻止铁素体粉末飘落到表面，由于制造工序漫长及粉末的无孔不入，这种方法也见效甚微，达不到真正保护的效果。

目前常用的保护剂难以满足热处理的高温考验，能满足热处理高温考验的保护剂又难以去除。而且更重要的是，保护剂中的主要成分在高温下都会发生碳化，因此必须避免高温下保护剂碳化后对不锈钢发生的渗碳。同时根据不锈钢的特点，涂层的填料(颜料)中不能含有铅、铬、卤素等可能形成微电池或产生腐蚀的成分，针对目前保护剂所用填料(颜料)的质量水平，要满足这一要求也是十分困难的。

本领域急需开发能克服铁素体飘落在堆焊层表面，影响堆焊层性能的技术方案。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种可与堆焊层表面致密结合的材料来阻止铁素体粉末飘落到堆焊层表面、从而消除铁素体对不锈钢的污染。

解决本发明技术问题是通过以下技术方案实现的：

本发明不锈钢堆焊层保护剂，包括主料，其主料是由如下重量配比的组分制备而成，总重量以100份计：

环氧丙苯树脂20-40份、氧化铝5-15份、氧化硅5-15份、纳米氧化钛5-15份、聚乙烯醇缩丁醛0.3-5份、钛酸脂0.5-3份、高温抗氧剂0-5份、去离子水余量。

其中，所述的环氧丙苯树脂经过水溶性的有机硅改性，分子量为12000～35000。

所述的氧化铝、氧化硅、纳米氧化钛均经过表面改性，含铁量小于等于0.05％，粒度为320目，即能通过320目筛。

为了使保护剂便于涂布，还加入了流平剂、消泡剂等常用助剂用于改善保护剂的性能，常用的流平剂为丙烯酸酯类聚合物、聚氨酯类、有机硅类，常用的消泡剂为低级醇以及酯类、聚乙二醇脂肪酸酯、矿物油类、有机硅类。

本发明所解决的另一个技术问题是提供本发明保护剂的制备方法，它包括如下步骤：

A、称取如下重量配比的组分，总重量以100份计：

环氧丙苯树脂20-40份、氧化铝5-15份、氧化硅5-15份、纳米氧化钛5-15份、聚乙烯醇缩丁醛0.3-5份、钛酸脂0.5-3份、高温抗氧剂0-5份、去离子水余量；

B、将环氧丙苯树脂与去离子水混合，加热至60-70℃，在高速分散装置的作用下加入氧化铝、氧化硅、纳米氧化钛、高温抗氧剂、钛酸脂、聚乙烯醇羧丁醛，分散30-40分钟，至细度小于等于60μm即得。

本发明采用在堆焊层表面涂布能之致密结合的材料来阻止铁素体粉末飘落到堆焊层表面、从而消除铁素体对不锈钢的污染。而根据容器产品生产实际情况，发明人采用本发明保护剂作为与堆焊层表面致密结合的材料是对不锈钢堆焊层的保护效果是很明显的。本发明保护剂涂布在堆焊层表面在常温下具有足够的强度、较好的耐磨性、耐高温性和热氧化惰性，在不锈钢堆焊层上容易形成具有一定厚度、致密完整的涂膜，且在多次热处理过程中不会对不锈钢堆焊层产生不良影响；使用本发明保护剂后容器产品的不锈钢堆焊层表面既可以防止铁素体污染，又能保持其本来的颜色即蓝色或金黄色，从而本发明保护剂既对生产过程不产生任何妨碍，也不会对产品生产任何危害，产品生产过程结束后本发明保护剂所形成的涂层的去除也很方便。同时本发明保护剂还具有使用方便、成本低廉的特点，为本领域解决铁素体污染不锈钢堆焊层表面提供了一种切实可行，方便有效的处理方案。

具体实施方式

以下通过对本发明具体实施方式的描述说明但不限制本发明。

本发明的技术方案是提供一种不锈钢堆焊层保护剂，应用于容器特别是加氢反应器、核反应堆筒体等容器的制造过程中，用于防止铁素体污染内表面不锈钢堆焊层，用于消除铁素体对不锈钢的污染，其主料是由如下重量配比的组分制备而成，总重量以100份计：

环氧丙苯树脂20-40份、氧化铝5-15份、氧化硅5-15份、纳米氧化钛5-15份、聚乙烯醇缩丁醛0.3-5份、钛酸脂0.5-3份、高温抗氧剂0-5份、去离子水余量。

其中，所述的环氧丙苯树脂经过水溶性的有机硅改性，分子量为12000～35000，作为成膜剂使用。

所述的氧化铝、氧化硅、纳米氧化钛均经过表面改性，含铁量小于等于0.05％，粒度为-320目，作为颜料(填料)使用，不含有铅、铬、卤素等可能形成微电池或产生腐蚀的成分。

聚乙烯醇缩丁醛作为成膜助剂使用，用于提高保护剂的强度及韧性。钛酸脂作为防止沉淀剂使用。高温抗氧剂采用本领域常规高温抗氧剂，如金属铝粉等。

为了使保护剂便于涂布，还加入了流平剂、消泡剂等常用助剂用于改善保护剂的性能，常用的流平剂为丙烯酸酯类聚合物、聚氨酯类、有机硅类，常用的消泡剂为低级醇以及酯类(包括异丙醇、丁醇、磷酸三丁酯等)、聚乙二醇脂肪酸酯等、矿物油类(如硬脂酸金属皂、聚脲)、有机硅类(主要以疏水性硅氧烷油为活性成分，加上其他一些载体表面活性剂来配合使用)。

本发明不锈钢堆焊层保护剂采用如下技术方案制备，它包括如下步骤：

A、称取如下重量配比的组分，总重量以100份计：

环氧丙苯树脂20-40份、氧化铝5-15份、氧化硅5-15份、纳米氧化钛5-15份、聚乙烯醇缩丁醛0.3-5份、钛酸脂0.5-3份、高温抗氧剂0-5份、去离子水余量；

B、将环氧丙苯树脂与去离子水混合，加热至60-70℃，在高速分散装置的作用下加入氧化铝、氧化硅、纳米氧化钛、高温抗氧剂、钛酸脂、聚乙烯醇缩丁醛，分散30-40分钟，至细度小于等于60μm即得。

如果在制备过程中还加入了流平剂和消泡剂等常规助剂，则在B步骤中将环氧丙苯树脂与去离子水混合，在高速分散装置的作用下加入氧化铝、氧化硅、纳米氧化钛、钛酸脂、聚乙烯醇缩丁醛，分散30-40分钟，至细度小于等于60μm后，再加入高温抗氧剂、流平剂和消泡剂等常规助剂分散20～25分钟即可。

以下通过实施例说明本发明保护剂的有益效果。

实施例1

将分子量12000的水溶性的有机硅改性环氧丙苯树脂35公斤、去离子水25公斤置于不锈钢或搪瓷反应器中，加热至60～70℃在高速分散装置的作用下，逐渐加入铁含量≤0.05％、粒度为-320目的经过表面改性的氧化铝、氧化硅、纳米氧化钛各10公斤，金属铝粉(作为高温抗氧剂)1公斤、钛酸酯2公斤，聚乙烯醇缩丁醛2公斤，分散30～35分钟，待细度≤60μm即可。

实施例2

将分子量20000的水溶性的有机硅改性环氧丙苯树脂140公斤、去离子水100公斤置于搪瓷反应器中，加热至60～70℃在高速分散装置的作用下，逐渐加入铁含量≤0.05％、粒度为-320目的经过表面改性的氧化铝、氧化硅、纳米氧化钛各40公斤，金属铝粉(作为高温抗氧剂)4公斤、钛酸酯8公斤，聚乙烯醇缩丁醛8公斤，分散30～35分钟，待细度≤60μm即可。

实施例3

将分子量35000的水溶性的有机硅改性环氧丙苯树脂140公斤、去离子水100公斤置于搪瓷反应器中，加热至60～70℃在高速分散装置的作用下，逐渐加入铁含量≤0.05％、粒度为-320目的经过表面改性的氧化铝、氧化硅、纳米氧化钛各40公斤，金属铝粉(作为高温抗氧剂)4公斤、钛酸酯8公斤，聚乙烯醇缩丁醛8公斤，分散30～35分钟，待细度≤60μm即可。

实施例4

将分子量12000的水溶性的有机硅改性环氧丙苯树脂40公斤、去离子水14公斤置于不锈钢或搪瓷反应器中，加热至60～70℃在高速分散装置的作用下，逐渐加入铁含量≤0.05％、粒度为-320目的经过表面改性的氧化铝、氧化硅、纳米氧化钛各15公斤，钛酸酯0.5公斤，聚乙烯醇缩丁醛0.3公斤，分散30～35分钟，待细度≤60μm即可。

实施例5

将分子量20000的水溶性的有机硅改性环氧丙苯树脂20公斤、去离子水52公斤置于搪瓷反应器中，加热至60～70℃在高速分散装置的作用下，逐渐加入铁含量≤0.05％、粒度为-320目的经过表面改性的氧化铝、氧化硅、纳米氧化钛各5公斤，金属铝粉(作为高温抗氧剂)5公斤、钛酸酯3公斤，聚乙烯醇缩丁醛5公斤，分散30～35分钟，待细度≤60μm即可。

实施例6

将分子量20000的水溶性的有机硅改性环氧丙苯树脂35公斤、去离子水25公斤置于不锈钢或搪瓷反应器中，加热至60～70℃在高速分散装置的作用下，逐渐加入铁含量≤0.05％、粒度为-320目的经过表面改性的氧化铝、氧化硅、纳米氧化钛各10公斤，钛酸酯2公斤，聚乙烯醇缩丁醛2公斤，分散30～35分钟，待细度≤60μm后，再加入金属铝粉(作为高温抗氧剂)1公斤、丙烯酸酯类聚合物0.5公斤、磷酸三丁酯0.2公斤，分散20～25分钟即可。

表1各实施例保护剂的性能

项目	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6	检测方法
								附着力/级	1	1	1	1	1	1	GB/T1720-79
柔韧性/mm	1	2	2	2	1	2	GB/T1732-93
								冲击强度/cm	50	50	50	50	50	50	GB/T1732-93
耐磨性	0.05	0.03	0.05	0.05	0.03	0.05	GB/T1731-89
								耐水性	合格	合格	合格	合格	合格	合格	GB/T1733-89
耐碱性(10％)	合格	合格	合格	合格	合格	合格	GB/T1763-89
								对DW347、DW307的腐蚀	试片光亮如初	试片光亮如初	试片光亮如初	试片光亮如初	试片光亮如初	试片光亮如初	GB/T1763-89
热处理后涂膜的去除率	99.5％	100％	100％	99.5％	99.8％	100％

总之，本发明保护剂的生产原料成本低，毒性小，制备方法简单，对制备设备无特殊要求。该保护剂能满足防止铁素体污染的需要，且使用方便，安全，不会改变不锈钢堆焊层的性能，去除容易，对重容产品无任何不良影响，可行性强，应用前景广。

Claims (7)

1. 不锈钢堆焊层保护剂，包括主料，其特征在于，主料是由如下重量配比的组分制备而成，总重量以100份计：

环氧丙苯树脂20-40份、氧化铝5-15份、氧化硅5-15份、纳米氧化钛5-15份、聚乙烯醇缩丁醛0.3-5份、钛酸脂0.5-3份、高温抗氧剂0-5份、去离子水余量。

2. 根据权利要求1所述的不锈钢堆焊层保护剂，其特征在于，所述的环氧丙苯树脂经过水溶性的有机硅改性，分子量为12000～35000。

3. 根据权利要求1所述的不锈钢堆焊层保护剂，其特征在于，所述的氧化铝、氧化硅、纳米氧化钛均经过常规表面改性，含铁量小于等于0.05％，粒度为-320目。

4. 根据权利要求1-3任一项所述的不锈钢堆焊层保护剂，其特征在于，它还含有常用助剂；所述常用助剂为流平剂和/或消泡剂。

5. 权利要求1所述的不锈钢堆焊层保护剂的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：

A、称取如下重量配比的组分，总重量以100份计：

环氧丙苯树脂20-40份、氧化铝5-15份、氧化硅5-15份、纳米氧化钛5-15份、聚乙烯醇缩丁醛0.3-5份、钛酸脂0.5-3份、高温抗氧剂0-5份、去离子水余量；

B、将环氧丙苯树脂与去离子水混合，加热至60-70℃，在高速分散装置的作用下加入氧化铝、氧化硅、纳米氧化钛、高温抗氧剂、钛酸脂、聚乙烯醇缩丁醛，分散30-40分钟，至细度小于等于60μm即得。

6. 根据权利要求5所述的不锈钢堆焊层保护剂的制备方法，其特征在于，步骤A的所述组分中还加入了常用助剂；

常用助剂的加入方法是：在高速分散装置的作用下将环氧丙苯树脂、去离子水、氧化铝、氧化硅、纳米氧化钛、钛酸脂、聚乙烯醇羧丁醛分散30-40分钟，至细度小于等于60μm后，再加入常用助剂、高温抗氧剂再分散20～25分钟即可。

7. 根据权利要求6所述的不锈钢堆焊层保护剂的制备方法，其特征在于，所述常用助剂为流平剂和/或消泡剂。