CN102585568B

CN102585568B - 一种钢铁的热处理抗氧化涂料及其制备方法

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Publication number: CN102585568B
Application number: CN201110434766.7A
Authority: CN
Inventors: 白敏�; 任春媚
Original assignee: China Erzhong Group Deyang Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: Erzhong Deyang Heavy Equipment Co Ltd
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2031-12-22
Also published as: CN102585568A

Abstract

本发明属于高温抗氧化涂料制备技术领域，尤其适用于钢铁等在高温下长时间热处理过程中的抗氧化涂料。该涂料由固体粉料和液体组成，其特征在于：所述固体粉料按重量份计为：玻璃粉30～50份，氮化硼10～50份、三氧化二铬2～5份、金属铝粉3～10份；所述液体按重量份计为：改性硅酸镁铝0.1～5份、有机硅树脂20～35份，二甲苯100份。这种涂料能够保证碳钢或合金钢在1200℃及以上温度下长时间(大于30小时)的热处理过程中氧化增重减少80％以上。

Description

一种钢铁的热处理抗氧化涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于高温抗氧化涂料制备技术领域，尤其适用于钢铁等在高温下长时间热处理过程中的抗氧化涂料。

背景技术

在钢铁及其机械产品制造过程中，如何保护它们在高温热处理过程中，特别是1200℃及以上温度下的热处理过程中不被氧化或尽可能少被氧化是人们一直都在追求的目标。钢铁在1200℃及以上温度下由于氧化反应过程的自由能减少，且减少幅度随温度增高而增大；高温腐蚀非常严重，不仅带来很大的浪费，而且给机械产品制造带来很大困难。为避免钢铁热处理过程中的氧化腐蚀，人们除了选用高温合金等耐高温热氧化的材料外，目前人们研究出的最有效的方法是控制热处理炉内气氛和在被加热的钢铁表面使用保护性涂料。由于控制热处理炉内气氛受到多种因素制约，比如热处理炉的尺寸较小、成本很高等；因此使用保护性涂料是人们实际生产过程中最现实、方便的选择。

如前所述，人们虽然长久以来对避免钢铁及机械产品热处理过程中的氧化进行了大量研究，也提出了较为方便的使用涂料防止氧化的方法。然而，目前防氧化涂料的实际效果与人们的要求还存在很大差距。使用涂料抗氧化效果较为明显的材料是不锈钢及其高温合金，效果较为明显的热处理温度通常在1100℃以下。如中国专利申请号为99114492.9“一种无机耐高温涂料及其配制方法”中公开的耐高温涂料的适用温度为650℃。

针对上述缺陷，人们又研发并公开了多种适用温度更高的金属高温抗氧化涂料，如中国专利申请号为200910243717.8的“一种应用于高温合金的热处理抗氧化涂料”，该涂料的适用温度为1300-1400℃；中国专利(申请号200610022334.4)公开了一种大型铸件用铸造涂料，为醇基锆英粉铸造涂，料，成分有锆英粉，锂基膨润土，去离子水，改性硅酸铝镁等等，涂料的适用温度为1200℃30′；中国专利(申请号为200810012544.4)公开了“金属材料耐高温抗氧化涂料”，涂料的适用温度为1240-1260℃；又如申请号为93106060.5的免预处理高温抗氧化涂料，它适用的温度是800-1500℃；但是这些抗氧化涂料的热处理氧化保护时间都较短，“一种应用于高温合金的热处理抗氧化涂料”中的热处理保温时间为2-5小时；“金属材料耐高温抗氧化涂料”中热处理氧化保护时间也仅为4小时；而在重型装备特别是核电装备制造过程中，中低合金钢高温数十小时以上时间的热处理是必不可少的，因此解决这种情况下的抗氧化有着十分重要的意义。

另外，现有耐高温抗氧化涂料也存在种种缺陷，如抗氧化涂料中的固体成分极易沉淀结块，使用时难以混合均匀，抗氧化效果体现不明显；而且有的抗氧化涂料使用前还需对钢材表面进行处理，使用后也很难将其去除。

发明内容

本发明针对上述缺陷提供了一种碳钢或合金钢的热处理抗氧化涂料。这种涂料能够保证碳钢或合金钢在1200℃及以上温度下长时间(大于30小时)的热处理过程中氧化增重减少80％以上。

本发明的技术方案为：

本发明提供了一种碳钢或合金钢的热处理抗氧化涂料，该涂料由固体粉料和液体组成，其中：所述固体粉料按重量份计为：玻璃粉30～50份，氮化硼10～50份、三氧化二铬2～5份、金属铝粉3～10份；所述液体按重量份计为：改性硅酸镁铝0.1～5份、有机硅树脂20～35份，二甲苯100份。

作为本发明优选的方案，所述有机硅树脂是甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷的一种或多种混合物。

作为本发明优选的方案，所述固体粉料按重量份计为：玻璃粉35～40，氮化硼20～35、三氧化二铬3～5、金属铝粉5～8。

优选的是，所述玻璃粉软化点温度为880℃。

进一步优选的是，所述玻璃粉中含有氧化硅30～50wt％、氧化硼10～23wt％、氧化铝5～10wt％、氧化钡5～15wt％、氧化钠4～9wt％、氧化铈3～10wt％、氧化钾1～6wt％。

更优选的是，所述玻璃粉中按重量份计含有：氧化硅35～45wt％、氧化硼18～25wt％、氧化铝5～10wt％、氧化钡5～10wt％、氧化铈5～7wt％、氧化钠5～7wt％、氧化钾1～3wt％。

作为本发明优选的方案，所述固体粉料中的玻璃粉过800目筛、氮化硼过1200目筛、三氧化二铬过320目筛、金属铝粉过800目筛。

作为本发明优选的方案，所述金属铝粉中的Al含量大于99.9％。

本发明还提供了上述碳钢或合金钢的热处理抗氧化涂料的制备方法，即将上述涂料涂刷到钢铁表面，钢铁表面可以通过用溶剂汽油清洗，也可以用加热的方式除去表面的油污(前期处理)。优选的方案是，将所述述固体粉料与液体混合，高速搅拌28-35分钟，再用胶体磨研磨2～3遍，即得。

本发明还提供了上述碳钢或合金钢的热处理抗氧化涂料的使用方法，其特征在于：钢铁表面用溶剂汽油清洗，或用加热的方式除去表面的油污后将所述涂料涂刷到碳钢工件表面即可，涂覆厚度不低于0.25mm。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种碳钢或合金钢的热处理抗氧化涂料，以满足重型容器及核电装备的制造需要。这种涂料能够保证碳钢或合金钢在1200℃及以上温度下长时间(大于30小时)的热处理过程中氧化增重减少80％以上，涂料性能稳定，施工方便，使用后易于清除，涂料所用原料来源广泛，方便易得。本发明的热处理抗氧化涂料适用于碳素钢、中低合金钢，由于不锈钢及其高温合金自身就有比碳素钢、中低合金钢优秀得多的抗氧化性，当然这种涂料对不锈钢及其高温合金在同样温度同样时间下就具有更为优秀的抗氧化性。

具体实施方式

本发明提供了一种碳钢或合金钢的热处理抗氧化涂料，该涂料由固体粉料和液体组成，其中：

所述固体粉料按重量份计为：玻璃粉30～50份，氮化硼10～50份、三氧化二铬2～5份、金属铝粉3～10份；

所述液体按重量份计为：改性硅酸镁铝0.1～5份、有机硅树脂20～35份，二甲苯100份；

其中，所述玻璃粉中按重量份计含有氧化硅30～50wt％、氧化硼10～23wt％、氧化铝5～10wt％、氧化钡5～15wt％、氧化钠4～9wt％、氧化铈3～10wt％、氧化钾1～6wt％。

优选的，上述热处理抗氧化涂料中的固体粉料按重量份计为：玻璃粉35～40，氮化硼20～35、三氧化二铬3～5、金属铝粉5～8。

更优选的，上述玻璃粉中含有氧化硅35～45wt％、氧化硼18～25wt％、氧化铝5～10wt％、氧化钡5～10wt％、氧化铈5～7wt％、氧化钠5～7wt％、氧化钾1～3wt％。

优选的，所述玻璃粉软化点温度为880℃。

优选的，上述涂料中的玻璃粉的细度大于800目、氮化硼的细度大于1200目、三氧化二铬的细度大于320目、金属铝粉细度大于800目。

优选的，上述金属铝粉中的Al含量大于99.9％。

本发明还提供了上述碳钢或合金钢的热处理抗氧化涂料的制备方法，具体为：

将上述固体粉料与液体混合，搅拌使其充分混匀，即得本发明所述的碳钢或合金钢热处理抗氧化涂料。

进一步的，上述碳钢或合金钢的热处理抗氧化涂料的制备方法即：将上述固体粉料与液体混合，高速搅拌30分钟以上，再用胶体磨研磨2～3遍，即得本发明所述的碳钢或合金钢的热处理抗氧化涂料。

本发明还提供了上述碳钢或合金钢的热处理抗氧化涂料的使用方法：即将上述涂料涂刷到钢铁表面，钢铁表面可以通过用溶剂汽油清洗，也可以用加热的方式除去表面的油污(前期处理)。

有机硅树脂是高度交联的网状结构的聚有机硅氧烷，通常是甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷的各种混合物。

下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是实施例只用于对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该技术领域的技术人员可以根据本发明作出一些非本质的改进和调整。

本发明所述改性硅酸镁铝是现有技术中常用的增稠剂，由于其具有一定的抗氧化性，有利于涂料在高温条件下，长时间使用时的性能稳定。所述改性硅酸铝镁采用醇溶性增稠剂悬浮剂，如以下实施例采用商品名“安格50”。

实施例1

称取玻璃粉38，氮化硼25、三氧化二铬5、金属铝粉5，组成防氧化涂料中的固体粉料，将这几种固体加到100份二甲苯、25份有机硅树脂、1.5份改性硅酸镁铝中，以上均为重量份；高速搅拌50分钟，再用胶体磨研磨3遍，即得本发明所述的碳钢或合金钢的热处理抗氧化涂料。

其中玻璃粉中含有40wt％的氧化硅、25wt％的氧化硼、8wt％的氧化铝、15wt％的氧化钡、5wt％的氧化铈、6wt％的氧化钠、1wt％的氧化钾；玻璃粉的细度为800目、氮化硼的细度为1200目、三氧化二铬的细度为320目、金属铝粉细度为800目。

涂覆工艺：将涂料涂覆于用溶剂汽油清洗干净的A3碳钢工件上，厚度不低于0.25mm，受热工件表面进行前期处理——钢铁表面可以通过用溶剂汽油清洗，也可以用加热的方式除去表面的油污。

加热条件：加热温度和保温时间参见表1。

实施例2

抗氧化涂料的制备方法同实施例1，原料配比及使用性能如表1所示；其中玻璃粉中含有30wt％的氧化硅、23wt％的氧化硼、10wt％的氧化铝、15wt％的氧化钡、9wt％的氧化钠、10wt％的氧化铈、3wt％的氧化钾；玻璃粉的细度为900目、氮化硼的细度为1300目、三氧化二铬的细度为420目、金属铝粉细度为900目。

涂覆工艺等同实施例一，加热条件：加热温度、保温时间、使用效果见表1。

实施例3

抗氧化涂料的制备方法同实施例1，原料配比及使用性能如表1所示；其中玻璃粉中含有50wt％的氧化硅、12wt％的氧化硼、7wt％的氧化铝、13wt％的氧化钡、4wt％的氧化钠、8wt％的氧化铈、6wt％的氧化钾；玻璃粉的细度为1000目、氮化硼的细度为1400目、三氧化二铬的细度为520目、金属铝粉细度为1000目；金属铝粉中的Al含量大于99.9％。

实施例4

抗氧化涂料的制备方法同实施例1，原料配比及使用性能如表1所示；其中玻璃粉中含有48wt％的氧化硅、14wt％的氧化硼、7wt％的氧化铝、13wt％的氧化钡、4wt％的氧化钠、8wt％的氧化铈、6wt％的氧化钾；玻璃粉的细度为520目、氮化硼的细度为1400目、三氧化二铬的细度为520目、金属铝粉细度为800目；属铝粉中的Al含量大于99.9％。

表1

Claims

1.一种碳钢或合金钢的热处理抗氧化涂料，该涂料由固体粉料和液体组成，其特征在于：所述固体粉料按重量份计为：玻璃粉30～50份，氮化硼10～50份、三氧化二铬2～5份、金属铝粉3～10份；

所述液体按重量份计为：改性硅酸镁铝0.1～5份、有机硅树脂20～35份，二甲苯100份。

2.根据权利要求1所述的碳钢或合金钢的热处理抗氧化涂料，其特征在于：所述有机硅树脂是甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷的一种或多种混合物。

3.根据权利要求1所述的碳钢或合金钢的热处理抗氧化涂料，其特征在于：所述固体粉料按重量份计为：玻璃粉35～40，氮化硼20～35、三氧化二铬3～5、金属铝粉5～8。

4.根据权利要求2或3所述的碳钢或合金钢的热处理抗氧化涂料，其特征在于：所述玻璃粉软化点温度为880℃。

5.根据权利要求4所述的碳钢或合金钢的热处理抗氧化涂料，其特征在于：所述玻璃粉中含有氧化硅30～50wt%、氧化硼10～23wt%、氧化铝5～10wt%、氧化钡5～15wt%、氧化钠4～9wt%、氧化铈3～10wt%、氧化钾1～6wt%。

6.根据权利要求5所述的碳钢或合金钢的热处理抗氧化涂料，其特征在于：所述玻璃粉中按重量份计含有：氧化硅35～45wt%、氧化硼18～23wt%、氧化铝5～10wt%、氧化钡5～10wt%、氧化铈5～7wt%、氧化钠5～7wt%、氧化钾1～3wt%。

7.根据权利要求1所述的碳钢或合金钢的热处理抗氧化涂料，其特征在于：所述固体粉料中的玻璃粉过800目筛、氮化硼过1200目筛、三氧化二铬过320目筛、金属铝粉过800目筛。

8.根据权利要求7所述的碳钢或合金钢的热处理抗氧化涂料，其特征在于：所述金属铝粉中的Al含量大于99.9%。

9.制备权利要求1所述的碳钢或合金钢的热处理抗氧化涂料的方法，其特征在于：将所述述固体粉料与液体混合，高速搅拌28-35分钟，再用胶体磨研磨2～3遍，即得。

10.权利要求1所述的碳钢或合金钢的热处理抗氧化涂料的使用方法，其特征在于：钢铁表面用溶剂汽油清洗，或用加热的方式除去表面的油污后将所述涂料涂刷到碳钢工件表面即可，涂覆厚度不低于0.25mm。