CN101973707B - 一种搪瓷涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种搪瓷涂层的制备方法，包括搪瓷釉粉的制备步骤，金属基体的预处理步骤和热喷涂制备搪瓷涂层的步骤。在本发明提出的一种搪瓷涂层的制备方法中，采用热喷涂生成工艺取代了窑炉烧成瓷釉工艺，制备得到的搪瓷涂层均匀的结合于金属基体表面，且搪瓷涂层与金属基体的密着性及结合力良好；该制备方法简化了搪瓷涂层的生产工艺，提高了生产效率，同时降低了能源的消耗，降低了搪瓷涂层的生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及材料制备技术领域，尤其涉及一种搪瓷涂层的制备方法。
背景技术
除了氢氟酸以外，搪瓷能抵抗其他各种浓度的有机酸和无机酸，其综合防腐性能是其他材料所不能比拟的。化工生产中用于盛放强腐蚀介质的容器大多采用搪瓷制品。此外，搪瓷具有极佳的耐高温性能。同时搪瓷兼具有金属的力学强度，其常被涂覆于金属材料表面，为金属基材提供保护。
同时，由于搪瓷涂层可赋予金属材料表面耐磨、耐蚀、耐热、耐辐射、以及光、电、热、磁等特殊性能，其表面光滑，没有微孔和裂痕，其能把反应介质与金属基材完全隔开，其可有效保护金属材料表面，从而达到提高金属材料使用性能及延长其使用寿命的目的，搪瓷涂层的应用广泛。
目前，搪瓷涂层的生产基本延续了传统制备技术，其基本过程是：搪瓷的洁净；涂搪釉浆；烘干釉浆；窑炉中烧成瓷釉。由于传统搪瓷制备技术经过了窑炉中烧成瓷釉这一工艺，搪瓷生产工艺复杂、能源的消耗大，搪瓷制品的成本大幅度上涨。
发明内容
本发明提供了一种搪瓷涂层的制备方法，简化了搪瓷涂层的生产工艺，提高了生产效率，降低了能源的消耗，并降低了搪瓷涂层的生产成本。
本发明提出了一种搪瓷涂层的制备方法，包括：
步骤1，搪瓷釉粉的制备；
按质量分数为40～60％SiO2、10～18％B2O3、7～15％Al2O3、5～10％CaO、5～17％K2O、1～3％NiO、1～5％Mn2O3将原料混合研磨均匀，然后加入温度为1100～1250℃的炉内恒温1～2小时使其熔融，拉丝无节；将熔融的釉料倒入冷水中水淬，完成后从水中取出，放入烘箱烘干；按质量分数为60～90％熔融釉料、7～15％的SiO2、5～12％的粘土、0.3～5％的硼砂放入球磨罐球磨10～30小时，过200目标准筛得到瓷釉粉料；
步骤2，金属基体的预处理；
将金属基体用pH为8～13的碱液除油脱脂；后用体积分数5～10％的硫酸溶液对其进行酸洗；再用蒸馏水对其冲洗2～5分钟；再将其放在质量分数为2～8％的沸腾碱液中保持5～15分钟，中和残留的硫酸溶液，然后将其置于300℃温度下迅速烘干；
步骤3，热喷涂制备搪瓷涂层；
将步骤1中得到的釉粉装入喷枪料罐内，调节喷枪氧气、乙炔气体压力，用氧-乙炔火焰将步骤2中得到的金属基体表面预热至300～500℃，调整喷枪与金属基体间的喷涂距离和喷涂角度，保证金属基体表面受热均匀；打开送料开关，使釉粉从料罐中自由下落并随气流从喷枪喷嘴端部的燃烧火焰中喷出，形成高速熔滴撞击金属基体，在金属基体表面制得搪瓷涂层。通过综合调整喷枪与金属基体间的喷涂距离和喷涂角度，及调整料罐釉粉的供给速度，来保证搪瓷涂层均匀的结合于金属基体表面。
上述步骤1至步骤3中，工艺参数如下：
金属基材衬底：低碳钢Q235，其尺寸为30mm×30mm×1mm；
氧气压力：0.2～0.6MPa；
乙炔压力：0.1～0.3MPa；
喷枪喷涂时与金属基材间的距离为10～25cm；
喷枪喷涂时喷涂角度：60～90°；
热喷涂釉粉供给速度：5～15g/min。
所述步骤2中，质量分数为2～8％的沸腾碱溶液，为质量分数为2～8％的NaOH及其等同物的溶液，沸腾时的温度为100℃。
所述的步骤3中，热喷涂工艺有两种实现方式：
第一种方式为：将金属基体固定，通过连续的移动喷枪，调整喷枪喷涂的距离及角度，完成搪瓷涂层的制作，为保证工作效率，可通过增加喷枪的数目完成搪瓷涂层的制备工作。
第二方式为：将喷枪固定，将金属基体置于流水线上，为保证制备出的搪瓷涂层的均匀性，可通过设置不同组喷枪，每组喷枪的喷涂角度及喷涂距离都不同的方式，完成搪瓷涂层的制作，为保证工作效率，可通过增加喷枪的数目完成搪瓷涂层的制备工作。
作为本发明优选的方案，采用的喷枪型号为SOY71-7/h。
本发明的优点在于：在发明提出的一种搪瓷涂层的制备方法中，采用热喷涂的工艺取代了窑炉中烧成瓷釉这一工艺，简化了搪瓷涂层的生产工艺，提高了生产效率；节约了能源消耗，降低了搪瓷涂层的生产成本；且按照本发明提供的方法制备出的搪瓷涂层与金属基体结合性良好、结合性能优异。
附图说明
图1为采用本发明提出的一种搪瓷涂层的制备方法制备搪瓷涂层的示意图；
图2为采用本发明提出的一种搪瓷涂层的制备方法制备的搪瓷涂层的断面扫描图；
图3为采用本发明提出的一种搪瓷涂层的制备方法制备的搪瓷涂层的划痕曲线图；
图中标记
1、喷枪；2、金属基体；3、釉粉融滴。
具体实施方式
在本发明的实施例中，采用热喷涂的工艺取代了窑炉中烧成瓷釉这一工艺，热喷涂法是以一定的热源将粉末状的瓷釉粉料加热至熔化状态，同时用喷射气流使其雾化加速形成熔滴，高速喷向基体表面，从而在基体上形成涂层的一种方法。通过热喷涂法制备的搪瓷涂层能与金属基体间形成牢固的结合，从而对金属基体起到保护作用。
具体搪瓷涂层的制备方法包括以下内容，首先制备热喷涂所用的瓷釉粉料；其次对金属基体进行预处理；再次将制备好的瓷釉粉体装入热喷涂所需的喷枪料罐内，用氧-乙炔火焰将金属基体表面预热，然后打开送料开关，使瓷釉粉体从料罐中下落并随着气流从喷枪喷嘴端部的燃烧火焰中喷出，瓷釉粉料经过高温火焰成为熔滴，在气体压力的作用下高速撞击金属基体，在金属基体表面形成与基体牢固结合的搪瓷涂层。
下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。
实施例一
所述搪瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，搪瓷釉粉的制备；
按质量分数为40％SiO2、18％B2O3、15％Al2O3、5％CaO、17％K2O、1％NiO、4％Mn2O3将原料混合研磨均匀，然后加入温度为1100℃的炉内恒温1小时使其熔融，拉丝无节。将熔融的釉料倒入冷水中水淬，完成后从水中取出，放入烘箱烘干。按质量分数为68％的熔融釉料、15％的SiO2、12％的粘土、5％的硼砂放入球磨罐球磨10小时，过200目筛得到瓷釉粉料；
步骤2，金属基体的预处理；
将金属基体用pH为8的碱液除油脱脂；后用体积分数10％的硫酸溶液对其进行酸洗；再用蒸馏水对其冲洗5分钟；再将其放在质量分数为8％的沸腾碱液中保持5分钟，中和残留的硫酸溶液，然后将其置于300℃温度下迅速烘干；
步骤3，热喷涂制备搪瓷涂层；
将步骤1中得到的釉粉装入喷枪料罐内，调节喷枪氧气、乙炔气体压力，用氧-乙炔火焰将步骤2中得到的金属基体表面预热至300℃，调整喷枪与金属基体间的喷涂距离和喷涂角度，保证金属基体表面受热均匀；打开送料开关，使釉粉从料罐中自由下落并随气流从喷枪喷嘴端部的燃烧火焰中喷出，形成高速熔滴撞击金属基体，在金属基体表面制得搪瓷涂层。通过综合调整喷枪与金属基体间的喷涂距离和喷涂角度，及调整料罐釉粉的供给速度，来保证搪瓷涂层均匀的结合于金属基体表面。
其中，步骤3中热喷涂工艺参数如下：
基材衬底：低碳钢Q235，尺寸为：30mm×30mm×1mm；
氧气压力：0.2MPa；
乙炔压力：0.3MPa；
喷涂距离：10cm；
喷涂角度：60°；
热喷涂釉粉供给速度：5g/min。
实施例二
所述搪瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，搪瓷釉粉的制备；
按质量分数为60％SiO2、10％B2O3、7％Al2O3、10％CaO、5％K2O、3％NiO、5％Mn2O3将原料混合研磨均匀，然后加入温度为1250℃的炉内恒温2小时使其熔融，拉丝无节。将熔融的釉料倒入冷水中水淬，完成后从水中取出，放入烘箱烘干。按质量分数为90％的熔融釉料、7％的SiO2、2％的粘土、3％的硼砂放入球磨罐球磨30小时，过200目筛得到瓷釉粉料；
步骤2，金属基体的预处理；
将金属基体用pH为13的碱液除油脱脂；后用体积分数5％的硫酸溶液对其进行酸洗；再用蒸馏水对其冲洗2分钟；再将其放在质量分数为2％的沸腾碱液中保持15分钟，中和残留的硫酸溶液，然后将其置于300℃温度下迅速烘干；
步骤3，热喷涂制备搪瓷涂层；
将步骤1中得到的釉粉装入喷枪料罐内，调节喷枪氧气、乙炔气体压力，用氧-乙炔火焰将步骤2中得到的金属基体表面预热至500℃，调整喷枪与金属基体间的喷涂距离和喷涂角度，保证金属基体表面受热均匀；打开送料开关，使釉粉从料罐中自由下落并随气流从喷枪喷嘴端部的燃烧火焰中喷出，形成高速熔滴撞击金属基体，在金属基体表面制得搪瓷涂层。通过综合调整喷枪与金属基体间的喷涂距离和喷涂角度，及调整料罐釉粉的供给速度，来保证搪瓷涂层均匀的结合于金属基体表面。
步骤3中热喷涂工艺参数如下：
基材衬底：低碳钢Q235，其尺寸为30mm×30mm×1mm；
氧气压力：0.6MPa；
乙炔压力：0.1MPa；
喷涂距离：25cm；
喷涂角度：70°；
热喷涂釉粉供给速度：15g/min。
实施例三
所述搪瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，搪瓷釉粉的制备；
按质量分数为52％SiO2、15％B2O3、14％Al2O3、8％CaO、7％K2O、3％NiO、1％Mn2O3将原料混合研磨均匀，然后加入温度为1200℃的炉内恒温1.5小时使其熔融，拉丝无节。将熔融的釉料倒入冷水中水淬，完成后从水中取出，放入烘箱烘干。按质量分数为84.7％熔融釉料、8％的SiO2、7％粘土、0.3％硼砂放入球磨罐球磨18小时，过200目筛得到瓷釉粉料；
步骤2，金属基体的预处理；
将金属基体用pH为10的碱液除油脱脂；后用体积分数6％的硫酸溶液对其进行酸洗；再用蒸馏水对其冲洗5分钟；再将其放在质量分数为5％的沸腾碱液中保持10分钟，中和残留的硫酸溶液，然后将其置于300℃温度下迅速烘干；
步骤3，热喷涂制备搪瓷涂层；
将步骤1中得到的釉粉装入喷枪料罐内，调节喷枪氧气、乙炔气体压力，用氧-乙炔火焰将步骤2中得到的金属基体表面预热至400℃，调整喷枪与金属基体间的喷涂距离和喷涂角度，保证金属基体表面受热均匀；打开送料开关，使釉粉从料罐中自由下落并随气流从喷枪喷嘴端部的燃烧火焰中喷出，形成高速熔滴撞击金属基体，在金属基体表面制得搪瓷涂层。通过综合调整喷枪与金属基体间的喷涂距离和喷涂角度，及调整料罐釉粉的供给速度，来保证搪瓷涂层均匀的结合于金属基体表面。
步骤3中热喷涂工艺参数如下：
基材衬底：低碳钢Q235，其尺寸为30mm×30mm×1mm；
氧气压力：0.2MPa；
乙炔压力：0.15MPa；
喷涂距离：10cm；
喷涂角度：90°；
热喷涂釉粉供给速度：8g/min。
实施例四
所述搪瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，搪瓷釉粉的制备；
按质量分数为53％SiO2、12％B2O3、8％Al2O3、10％CaO、13％K2O、2％NiO、2％Mn2O3将原料混合研磨均匀，然后加入温度为1200℃的炉内恒温2小时使其熔融，拉丝无节。将熔融的釉料倒入冷水中水淬，完成后从水中取出，放入烘箱烘干。按质量分数为75％的熔融釉料、10％的SiO2、12％粘土、3％硼砂放入球磨罐球磨25小时，过200目筛得到瓷釉粉料；
步骤2，金属基体的预处理；
将金属基体用pH为12的碱液除油脱脂；后用体积分数8％的硫酸溶液对其进行酸洗；再用蒸馏水对其冲洗5分钟；再将其放在质量分数为8％的沸腾碱液中保持5分钟，中和残留的硫酸溶液，然后将其置于300℃温度下迅速烘干；
步骤3，热喷涂制备搪瓷涂层；
将步骤1中得到的釉粉装入喷枪料罐内，调节喷枪氧气、乙炔气体压力，用氧-乙炔火焰将步骤2中得到的金属基体表面预热至400℃，调整喷枪与金属基体间的喷涂距离和喷涂角度，保证金属基体表面受热均匀；打开送料开关，使釉粉从料罐中自由下落并随气流从喷枪喷嘴端部的燃烧火焰中喷出，形成高速熔滴撞击金属基体，在金属基体表面制得搪瓷涂层。通过综合调整喷枪与金属基体间的喷涂距离和喷涂角度，及调整料罐釉粉的供给速度，来保证搪瓷涂层均匀的结合于金属基体表面。
步骤3中热喷涂工艺参数如下：
基材衬底：低碳钢Q235，其尺寸为：30mm×30mm×1mm；
氧气压力：0.5MPa；
乙炔压力：0.25MPa；
喷涂距离：20cm；
喷涂角度：90°；
热喷涂釉粉供给速度：12g/min。
在发明提出的一种搪瓷涂层的制备方法中，采用热喷涂的工艺取代了窑炉中烧成瓷釉这一工艺，简化了搪瓷涂层的生产工艺，提高了生产效率；节约了能源消耗，降低了搪瓷涂层的生产成本；且按照本发明提供的方法制备出的搪瓷涂层与金属基体结合性良好、结合性能优异。
通过实施本发明提出的一种搪瓷涂层的制备方法制备的搪瓷涂层可均匀的结合于金属基体表面，其耐腐蚀性能、耐热、耐辐射、以及光、电、热、磁等性能能够达到工作要求，其表面光滑，没有微孔和裂痕。
如图2所示的搪瓷涂层的断面扫描图，可以看出，搪瓷涂层与金属基体间形成了互相镶嵌的齿状密着，涂层与基体形成的中间过渡层厚度约20μm。在图3所示的搪瓷涂层的划痕曲线图，搪瓷涂层与金属基体的结合力达到了41N。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种搪瓷涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤；
步骤1：搪瓷釉粉的制备；
按质量分数为40～60％SiO2、10～18％B2O3、7～15％Al2O3、5～10％CaO、5～17％K2O、1～3％NiO、1～5％Mn2O3将原料混合研磨均匀，然后加入温度为1100～1250℃的炉内恒温1～2小时使其熔融，拉丝无节；将熔融的釉料倒入冷水中水淬，完成后从水中取出，放入烘箱烘干；按质量分数为60～90％熔融釉料、7～15％的SiO2、5～12％粘土、0.3～5％硼砂，各组分含量之和为100％，放入球磨罐球磨10～30小时，过200目标准筛得到瓷釉粉料；
步骤2：金属基体的预处理；
将金属基体用pH为8～13的碱液除油脱脂；后用体积分数5～10％的硫酸溶液对其进行酸洗；再用蒸馏水对其冲洗2～5分钟；再将其放在质量分数为2～8％的沸腾碱液中保持5～15分钟，中和残留的硫酸溶液，然后将其置于300℃温度下迅速烘干；
步骤3：热喷涂制备搪瓷涂层；
将步骤1中得到的釉粉装入喷枪料罐内，调节喷枪氧气、乙炔气体压力，用氧-乙炔火焰将步骤2中得到的金属基体表面预热至300～500℃，调整喷枪与金属基体间的喷涂距离和喷涂角度，保证金属基体表面受热均匀；打开送料开关，使釉粉从料罐中自由下落并随气流从喷枪喷嘴端部的燃烧火焰中喷出，形成高速熔滴撞击金属基体，在金属基体表面制得搪瓷涂层；通过综合调整喷枪与金属基体间的喷涂距离和喷涂角度，及调整料罐釉粉的供给速度，来保证搪瓷涂层均匀的结合于金属基体表面。
2.按照权利要求1所述的搪瓷涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤2中，质量分数为2～8％的沸腾碱溶液，为质量分数为2～8％的NaOH溶液，沸腾温度为100℃。
3.按照权利要求1所述的搪瓷涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，氧气压力为0.2～0.6MPa；乙炔压力为0.1～0.3MPa；喷枪喷涂时与金属基体间的距离为10～25cm；喷枪喷涂时喷涂角度为60～90°；热喷涂釉粉供给速度为5～15g/min。
4.按照权利要求1所述的搪瓷涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤；
步骤1：搪瓷釉粉的制备；
按质量分数为40～53％SiO2、10～12％B2O3、7～14％Al2O3、8～10％CaO、7～13％K2O、2～3％NiO、4～5％Mn2O3，各组分含量之和为100％，将原料混合研磨均匀，然后加入温度为1200～1250℃的炉内恒温1～1.5小时使其熔融，拉丝无节；将熔融的釉料倒入冷水中水淬，完成后从水中取出，放入烘箱烘干；按质量分数为60～84.7％熔融釉料、7～15％的SiO2、5～7％粘土、0.3～3％硼砂，各组分含量之和为100％，放入球磨罐球磨10～18小时，过200目标准筛得到瓷釉粉料；
步骤2：金属基体的预处理；
将金属基体用pH为10～13的碱液除油脱脂；后用体积分数6～10％的硫酸溶液对其进行酸洗；再用蒸馏水对其冲洗2～5分钟；再将其放在质量分数为2～8％的沸腾碱液中保持5～15分钟，中和残留的硫酸溶液，然后将其置于300℃温度下迅速烘干；
步骤3：热喷涂制备搪瓷涂层；
将步骤1中得到的釉粉装入喷枪料罐内，调节喷枪氧气、乙炔气体压力，用氧-乙炔火焰将步骤2中得到的金属基体表面预热至300～500℃，调整喷枪与金属基体间的喷涂距离和喷涂角度，保证金属基体表面受热均匀；打开送料开关，使釉粉从料罐中自由下落并随气流从喷枪喷嘴端部的燃烧火焰中喷出，形成高速熔滴撞击金属基体，在金属基体表面制得搪瓷涂层；通过综合调整喷枪与金属基体间的喷涂距离和喷涂角度，及调整料罐釉粉的供给速度，来保证搪瓷涂层均匀的结合于金属基体表面。
5.根据权利要求4所述的搪瓷涂层的制备方法，其特征在于：所述的步骤3中，氧气压力为0.2～0.5MPa；乙炔压力为0.1～0.15MPa；喷枪喷涂时与金属基体间的距离为10～20cm；喷枪喷涂时喷涂角度为60～70°；热喷涂釉粉供给速度为5～8g/min。
6.根据权利要求1或4所述的搪瓷涂层的制备方法，其特征在于：步骤2中所述的金属基体为低碳钢Q235，尺寸为30mm×30mm×1mm。
7.按照权利要求1或4所述的搪瓷涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤3中热喷涂通过两种方式实现，一种方式为：将金属基体固定，通过连续的移动喷枪，调整喷枪喷涂的距离及角度，完成搪瓷涂层的制作；另一种方式为：将喷枪固定，将金属基体置于流水线上，设置不同组喷枪，调整每组喷枪的喷涂角度及喷涂距离，完成搪瓷涂层的制作。
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