CN102312065A - 一种防止GCr15钢表面氧化的方法 - Google Patents

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张志坚
司松海
司乃潮
李晓薇
杨嵩
刘光磊
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Abstract

一种防止GCr15钢表面氧化的方法，属于防止钢表面氧化的技术领域，高温防氧化涂料主要由提纯的凹土(ATP)、Al2O3粉、Cr2O3粉、SiC粉、粘结剂K2SiO3等组成，粒度都是200目。高温防氧化涂料中粉料的配方为：ATP质量分数为55％，Al2O3质量分数为20％，Cr2O3的质量分数为15％，SiC的质量分数为10％。粘结剂K2SiO3的加入量为粉料质量的18％。高温防氧化涂料处理后可进行涂覆，涂覆方法采用浸涂工艺，将配制好的高温防氧化涂料浸涂在GCr15钢的表面，测定在850℃、950℃、1050℃温度下保温60min后脱碳层深度。

Description

一种防止GCr15钢表面氧化的方法
技术领域
本发明属于防止钢表面氧化的技术领域，特指一种防止GCr15钢表面氧化的方法。
背景技术
钢铁材料在热加工生产中经常发生氧化现象，造成材料的基体腐蚀和表层脱碳，既使材料的组织受损，又增加了去除氧化皮和脱碳层的处理工序，严重影响了钢铁材料生产的经济效益，因而一直为人们所关注。GCr15钢是过共析钢，加热时易脱碳，而对要求高硬度、耐磨性、高弹性和韧性的滚珠钢而言，脱碳会大大降低其表面硬度，严重影响钢的使用性能。目前，国内的高温抗氧化涂料性能明显落后于一些发达国家，由于发达国家的产品配方严格保密，使得这些涂料价格昂贵，且在国内市场上很难买到。国内虽然有资料介绍防脱碳涂料的有关性能、特点和购买方式，但价格昂贵(平均60元/kg)，成本太高。因此研发出能耐高温(1100℃左右)、价格低廉的抗氧化涂料具有十分重要的现实意义。
设计防氧化脱碳的保护涂料配方时，综合运用高温熔膜屏蔽保护机理和氧化还原保护机理。同时，为了使涂料具有适宜的涂覆性能和工艺性能，应当选择适当的粘合剂、添加剂、表面活性剂和溶剂等。本发明开发一种防止GCr15钢表面氧化的方法。
发明内容
本发明的目的是开发出一种防止GCr15钢表面氧化的方法，其特征为：高温防氧化涂料主要由提纯的凹土(ATP)、Al2O3粉、Cr2O3粉、SiC粉、粘结剂K2SiO3等组成，粒度都是200目。ATP主要成分为：MgO：11.36％，Al2O3：5.75％，CaO：8.17％，SiO2：66.19％，K2O：1.45％，Fe2O3：5.39％，TiO2：1.68％，其它0.01％。高温防氧化涂料中粉料的配方为：ATP质量分数为55％，Al2O3质量分数为20％，Cr2O3的质量分数为15％，SiC的质量分数为10％。粘结剂K2SiO3的加入量为粉料质量的18％。
高温防氧化涂料处理工艺为：高温防氧化涂料处理工艺为：所有粉料混合后加入50％粘结剂进行机械搅拌并进行超声波震动，进行15min，在机械搅拌和超声波震动的基础上，加入余下的50％粘结剂，再进行25min。这样可以保证获得适中粘度，既可以在烘干时使涂层基本不脱落，又可以在烧结后能自行剥落。超声波震动主要使涂料充分搅拌均匀，并且使其中的气体充分逸出，避免在烘干时出现鼓起现象，同时很好的抑制了涂层内部蜂窝状气孔的产生。
高温防氧化涂料涂覆主要有三种方法，即刷涂、浸涂、喷涂。其中刷涂和浸涂法操作简单，对设备要求低。因此，采用这两种方法进行对比实验，通过对涂层致密性和烘干过程中的脱落性影响，确定最佳涂覆方法。由图1可知，刷涂工艺制备的涂层(a)干燥后产生明显的裂纹，这将导致工件在加热保温过程中，周围的氧化性气体容易扩散到工件内部，使工件基体严重氧化。而用浸涂法工艺制备的涂层则无明显的裂纹，涂层遮盖率高、致密性好，见图1(b)，这可有效防止氧化性气体的扩散进入。实践证明，浸涂法的抗氧化性能明显优于刷涂法。
将配制好的高温防氧化涂料浸涂在GCr15钢的表面，测定在850℃、950℃、1050℃下保温60min后脱碳层深度，见表1。从表1中可见，有保护(浸涂)的脱碳层深度明显减小。
表1不同温度下的脱碳层深度
Figure BSA00000581968400021
由图1可见，在1050℃下，未保护GCr15钢的脱碳层深度最大，为0.53mm。但经过保护的GCr15钢的脱碳层深度为0.20mm，相对减少了0.33mm，减少量的百分比为62.26％。
将浸涂高温防氧化涂料的GCr15钢，在1050℃分别保温20min，40min，60min，所获得的脱碳层深度如表2所示。由表2可以看出，保温时间越长，有保护(浸涂)的GCr15钢脱碳层深度减少量的百分比越大。
表2不同保温时间下的脱碳层深度
Figure BSA00000581968400022
附图说明
图1不同涂覆方法的涂层烘干后金相显微组织
(a)刷涂试样(b)浸涂试样
图21050℃×60min下的脱碳层显微组织
(a)浸涂试样(b)未浸涂试样
具体实施方式
实施例1
高温防氧化涂料中粉料的配方为：ATP质量分数为55％，Al2O3质量分数为20％，Cr2O3的质量分数为15％，SiC的质量分数为10％。粘结剂K2SiO3的加入量为粉料质量的18％。高温防氧化涂料处理工艺为：所有粉料混合后加入50％粘结剂进行机械搅拌并进行超声波震动，进行15min，在机械搅拌和超声波震动的基础上，加入余下的50％粘结剂，再进行25min。将高温防氧化涂料浸涂在GCr15钢的表面，加热850℃保温60min后测定表面脱碳层的厚度，未浸涂高温防氧化涂料表面脱碳层的厚度为0.22mm，浸涂高温防氧化涂料表面脱碳层的厚度为0.10mm，脱碳层深度减少量的百分比为54.55％。
实施例2
高温防氧化涂料中粉料的配方为：ATP质量分数为55％，Al2O3质量分数为20％，Cr2O3的质量分数为15％，SiC的质量分数为10％。粘结剂K2SiO3的加入量为粉料质量的18％。高温防氧化涂料处理工艺为：所有粉料混合后加入50％粘结剂进行机械搅拌并进行超声波震动，进行15min，在机械搅拌和超声波震动的基础上，加入余下的50％粘结剂，再进行25min。将高温防氧化涂料浸涂在GCr15钢的表面，加热950℃保温60min后测定表面脱碳层的厚度，未浸涂高温防氧化涂料表面脱碳层的厚度为0.41mm，浸涂高温防氧化涂料表面脱碳层的厚度为0.17mm，脱碳层深度减少量的百分比为58.54％。
实施例3
高温防氧化涂料中粉料的配方为：ATP质量分数为55％，Al2O3质量分数为20％，Cr2O3的质量分数为15％，SiC的质量分数为10％。粘结剂K2SiO3的加入量为粉料质量的18％。高温防氧化涂料处理工艺为：所有粉料混合后加入50％粘结剂进行机械搅拌并进行超声波震动，进行15min，在机械搅拌和超声波震动的基础上，加入余下的50％粘结剂，再进行25min。将高温防氧化涂料浸涂在GCr15钢的表面，加热1050℃保温60min后测定表面脱碳层的厚度，未浸涂高温防氧化涂料表面脱碳层的厚度为0.53mm，浸涂高温防氧化涂料表面脱碳层的厚度为0.20mm，脱碳层深度减少量的百分比为62.26％。

Claims (3)

1.一种防止GCr15钢表面氧化的方法，其特征为：高温防氧化涂料主要由提纯的凹土(ATP)、Al2O3粉、Cr2O3粉、SiC粉、粘结剂K2SiO3等组成，粒度都是200目；ATP主要成分为：MgO：11.36％，Al2O3：5.75％，CaO：8.17％，SiO2：66.19％，K2O：1.45％，Fe2O3：5.39％，TiO2：1.68％，其它0.01％；高温防氧化涂料中粉料的配方为：ATP质量分数为55％，Al2O3质量分数为20％，Cr2O3的质量分数为15％，SiC的质量分数为10％；粘结剂K2SiO3的加入量为粉料质量的18％；高温防氧化涂料处理工艺为：所有粉料混合后加入50％粘结剂进行机械搅拌并进行超声波震动，进行15min，在机械搅拌和超声波震动的基础上，加入余下的50％粘结剂，再进行25min；将配制好的高温防氧化涂料浸涂在GCr15钢的表面，测定在850℃、950℃、1050℃不同温度下保温60min后脱碳层深度，以及在1050℃温度下，不同保温时间后脱碳层深度。
2.根据权利要求1所述一种防止GCr15钢表面氧化的方法，温度越高，有保护的GCr15钢脱碳层深度减少量的百分比越大；在850℃温度下，保温时间为60min时，有保护的GCr15钢脱碳层深度减少量百分比为54.55％；在1050℃温度下，保温时间为60min时，有保护的GCr15钢脱碳层深度减少量百分比为62.26％。
3.根据权利要求1所述一种防止GCr15钢表面氧化的方法，保温时间越长，有保护的GCr15钢脱碳层深度减少量的百分比越大；在1050℃温度下，保温时间为20min时，有保护的GCr15钢脱碳层深度减少量的百分比为50％，保温时间为60min时，有保护的GCr15钢脱碳层深度减少量的百分比为62.26％。 
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