CN103880283B - 铂金拉丝坩埚表面抗氧化防护涂层及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铂金拉丝坩埚表面抗氧化防护涂层及其制备方法和应用，以重量百分数计，防护涂层原料组成为：ａ-煅烧氧化铝粉：20%～35%；石英粉：15%～30%；氮化硼粉：5%～10%；高岭土：30%～55%。本发明的防护涂层与铂金拉丝坩埚的附着力强，特别是烧结处理之后的结合力很高，不仅可以有效地防护铂金的高温条件下氧化挥发损耗，而且有效克服了铂金坩埚传统高温烧结条件下的膨胀变形以及高温断电后急速降温冷却条件下的收缩变形。

Description

铂金拉丝坩埚表面抗氧化防护涂层及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种防护涂层，具体涉及一种铂金拉丝坩埚表面抗氧化防护涂层及其制备方法和应用。

背景技术

当前，铂铑合金是贵重的稀有金属，在国内现已发现的储量很低，伴随着石英纤维生产等一系列玻璃行业的蓬勃发展，特别是新兴的氮化硼纤维、氧化锆纤维等一系列特种纤维行业的发展，其应用量在不断倍增。减少铂金在日常生产作业中的自然损耗与高温氧化挥发损耗，不仅可以为企业节省很高的成本支出，而且可以为国家实现不可再生资源的充分利用与保护。铂铑合金拉丝坩埚的常用作业温度为1000℃～1150℃之间，坩埚外表面的铂在室温条件下，与空气中的氧接触即被氧化生成PtO₂,在氧化气氛下加热至450℃时坩埚表面的PtO₂挥发成气相的PtO₂，气相的PtO₂在550℃以上时分解成Pt和O₂。分解出的Pt沉积于所遇的固体表面或者逸散于空气中，从而造成铂金的流失；铑在高温下的化学性能与铂很相似，在大气气氛下，铑在600℃左右就会被氧化成Ph₂O₃,在950℃左右Ph₂O₃变成气相挥发。由此可见，在日常生产作业的常用高温条件下，随着使用时间的增加铂金的损耗会越来越大。

在降低铂金坩埚使用损耗方面，现有中国专利申请CN101967313A所公开的“一种抑制铂金漏板氧化挥发的防护涂料”中对铂金漏板的预处理工艺尚需对待涂刷的部位进行打磨粗化，由此可见其所用涂层的附着力并不是很高，况且对铂金漏板表面打磨粗化势必会造成铂铑合金的人为流失损耗。

还有中国专利申请CN101638294A所公开的“一种降低铂金漏板使用损耗的涂层及其制备方法”中涂层处理的工艺周期比较长，漏板在电阻炉内进行高温烘烤会发生轻微的形变，况且漏板表面形成的搪瓷薄层比较脆弱，抗击打能力低，在后期的安装浇注过程中很容易剥落。

因此，目前的铂金表面防护涂层并不能最大限度地降低铂金的使用损耗，尚需对铂金表面在高温条件下的防护与提高。

发明内容

本发明针对目前市场上出现的不足，提出一种铂金拉丝坩埚抗氧化防护涂层及其制备方法，能长期有效地降低铂金的使用损耗，降低贵重金属损耗，最大限度地降低铂金拉丝坩埚的使用变形，抑制铂金拉丝坩埚表面高温条件下氧化挥发。

本发明所述的一种铂金拉丝坩埚表面抗氧化防护涂层，以重量百分数计，原料组成如下：

ａ-煅烧氧化铝粉：20%～35%；石英粉：15%～30%；氮化硼粉：5%～10%；高岭土：30%～55%。

铂金拉丝坩埚表面抗氧化防护涂层，以重量百分数计，原料优选组成如下：

ａ-煅烧氧化铝粉：25%～32%；石英粉：20%～25%；氮化硼粉：6%～8%；高岭土：35%～45%。

a-煅烧氧化铝粉主要质量组成为Al₂O₃≥99.6%、Na₂O≥0.05%、SiO₂≥0.03%、Fe₂O₃≥0.02%。

石英粉为≤120目的精制石英粉，其中的主要成分质量组成为SiO₂：99%-99.5%、Fe₂O₃：0.015%-0.02%。

所述的氮化硼粉主要成分质量组成为BN≥98%、B₂O₃≤2%。

所述的高岭土其主要化学成分为SiO₂：51.72%、Al₂O₃：32.06%、Fe₂O₃：1.01%、TiO₂：1.13%、CaO：0.03%、MgO：0.26%、K₂O：1.17%、Na₂O：0.03%、I.L：12.05%。

一种铂金拉丝坩埚表面抗氧化防护涂层的制备工艺，包括以下步骤：

①将原料按重量配比混合均匀；

②向步骤①混合后的物料中加入总重量40%～60%的蒸馏水或者是45%～65%的水胶溶液，在室温下不断搅拌，直到搅拌均匀成粘稠状，室温条件下静置30分钟。

一种铂金拉丝坩埚表面抗氧化防护涂层的应用，其特征在于，应用步骤如下：

1）对铂金拉丝坩埚的预处理工作：

将铂金拉丝坩埚表面清理干净，用蘸有无水乙醇的棉布擦拭，保证铂金拉丝坩埚表面无杂质；用塑料胶带将铂金拉丝坩埚的注料嘴、排气泡口、漏嘴密封，防止杂质进入；

2）将防护涂层均匀地涂抹在铂金拉丝坩埚的外表面，防护涂层厚度不超过2mm；

3）将混合好的涂层均匀地涂抹于铂金拉丝坩埚待安装的炉膛的内壁及耐火砖接缝处，厚度为1.5mm～3mm；

4）将步骤2）处理好的铂金拉丝坩埚安放在经步骤3）处理好的炉膛里，并用耐火材料密封；

5）去除塑料胶带，将步骤4）安装好的铂金拉丝坩埚进行自然干燥与烧结处理。

优选的，步骤5）中的自然干燥为在室温条件下静置48小时，升温烧结处理过程为梯度升温曲线为在室温经过60min到达80℃，再在80℃保温30min后，在经过90min到达200℃，在200℃的温度下再烧结120min。

采用本发明的铂金坩埚防护涂层能非常有效地抑制铂金拉丝坩埚高温条件下氧化挥发损耗，在相同的使用环境、相同的工作周期、相同的作业温度条件下，铂金的使用损耗同比减少了50%以上，显著地降低了企业的生产成本。本发明对特种陶瓷纤维的研究制备工作有巨大的推动作用，特别是氮化硼纤维、石英陶瓷纤维以及氧化锆纤维等有积极的借鉴作用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明防护涂层的整个制备工艺过程比较简单，易于操作，且周期短暂、适用范围比较宽广，特别是玻璃行业。

本发明的防护涂层与铂金拉丝坩埚的附着力强，特别是烧结处理之后的结合力很高，不仅可以有效地防护铂金的高温条件下氧化挥发损耗，而且有效克服了铂金坩埚传统高温烧结条件下的膨胀变形以及高温断电后急速降温冷却条件下的收缩变形。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

分别称取ａ-煅烧氧化铝粉150克、石英粉120克、氮化硼粉36克，高岭土294克，将其放入搅拌器内，混合均匀。用量筒量取295ml蒸馏水，倒入混合后的物料中，搅拌均匀至粘稠状。室温条件下静置30分钟。

铂金拉丝坩埚表面抗氧化防护涂层的应用：

将铂金拉丝坩埚表面清理干净，用蘸有无水乙醇的棉布擦拭，保证铂金拉丝坩埚表面无杂质；用塑料胶带将铂金拉丝坩埚的注料嘴、排气泡口、漏嘴密封；然后将防护涂层均匀地涂抹于已经清洁处理后的铂金拉丝坩埚（编号004533）表面，涂层厚度为2mm，同时将涂层均匀地涂抹于铂金拉丝坩埚待安装的炉膛的内壁及耐火砖接缝处，厚度为2mm，安装好铂金拉丝坩埚。将整个炉体室温条件下自然干燥48小时，然后进行200℃升温烧结处理。

升温烧结处理过程为梯度升温曲线为在室温经过60min到达80℃，并在80℃保温30min后，再经过90min到达200℃，在200℃的温度下再烧结120min。

在一个使用周期(280天)及1100℃作业环境温度下，经检测与未经任何涂层表面处理的坩埚相比，铂金损耗降低64.2%。

实施例2

分别称取ａ-煅烧氧化铝粉192克、石英粉156克、氮化硼粉48克，高岭土204克将其放入搅拌器内，混合均匀。用量筒量取305ml蒸馏水，倒入混合后的物料中，搅拌均匀至粘稠状，室温条件下静置30分钟。

铂金拉丝坩埚表面抗氧化防护涂层的应用：

将铂金拉丝坩埚表面清理干净，用蘸有无水乙醇的棉布擦拭，保证铂金拉丝坩埚表面无杂质；用塑料胶带将铂金拉丝坩埚的注料嘴、排气泡口、漏嘴密封；然后将涂层均匀地涂抹于已经清洁处理后的铂金拉丝坩埚（编号004534）表面，涂层厚度为1.5mm，同时将涂层均匀地涂抹于铂金拉丝坩埚待安装的炉膛的内壁及耐火砖接缝处，厚度为2.5mm，安装好铂金拉丝坩埚。将整个炉体室温条件下自然干燥48小时，然后进行200℃升温烧结处理。

升温烧结处理过程为梯度升温曲线与实施例1相同。

在相同的使用周期（280天）及1100℃作业环境温度下，经检测与未经任何涂层表面处理的坩埚相比，铂金损耗降低63.2%。

实施例3

分别称取ａ-煅烧氧化铝粉224克、石英粉184克、氮化硼粉56克，高岭土336克将其放入搅拌器内，混合均匀。用量筒量取416ml蒸馏水，倒入混合后的物料中，搅拌均匀至粘稠状，室温条件下静置30分钟。

铂金拉丝坩埚表面抗氧化防护涂层的应用：

将铂金拉丝坩埚表面清理干净，用蘸有无水乙醇的棉布擦拭，保证铂金拉丝坩埚表面无杂质；用塑料胶带将铂金拉丝坩埚的注料嘴、排气泡口、漏嘴密封；然后将涂层均匀地涂抹于已经清洁处理后的铂金拉丝坩埚（编号002507）表面，涂层厚度为1.8mm，同时将涂层均匀地涂抹于铂金拉丝坩埚待安装的炉膛的内壁及耐火砖接缝处，厚度为2.0mm，安装好铂金拉丝坩埚。将整个炉体室温条件下自然干燥48小时，然后进行200℃升温烧结处理。

升温烧结处理过程为梯度升温曲线与实施例1相同。

在相同的使用周期（280天）及1100℃作业环境温度下，经检测与未经任何涂层表面处理的坩埚相比，铂金损耗降低69.5%。

表1是实施例1-3与未进行防护涂层保护的铂金损耗情况对比。未进行防护涂层保护的铂金编号为001390和002730。

表1实施例1-3与未进行防护涂层保护的铂金损耗情况对比

Claims (8)

1.一种铂金拉丝坩埚表面抗氧化防护涂层，其特征在于，以重量百分数计，原料组成如下：

α-煅烧氧化铝粉：20%～35%；石英粉：15%～30%；氮化硼粉：5%～10%；高岭土：30%～55%。

2.根据权利要求1所述的铂金拉丝坩埚表面抗氧化防护涂层，其特征在于，以重量百分数计，原料组成如下：

α-煅烧氧化铝粉：25%～32%；石英粉：20%～25%；氮化硼粉：6%～8%；高岭土：35%～45%。

3.根据权利要求1所述的铂金拉丝坩埚表面抗氧化防护涂层，其特征在于，α-煅烧氧化铝粉主要质量组成为Al₂O₃≥99.6%、Na₂O≥0.05%、SiO₂≥0.03%、Fe₂O₃≥0.02%。

4.根据权利要求1所述的铂金拉丝坩埚表面抗氧化防护涂层，其特征在于，石英粉为≤120目的精制石英粉，其中的主要成分质量组成为SiO₂99%～99.5%、Fe₂O₃0.015%～0.02%。

5.根据权利要求1所述的铂金拉丝坩埚表面抗氧化防护涂层，其特征在于，所述的氮化硼粉主要成分质量组成为BN≥98%、B₂O₃≤2%。

6.根据权利要求1所述的铂金拉丝坩埚表面抗氧化防护涂层，其特征在于，所述的高岭土其主要化学成分为SiO₂51.72%、Al₂O₃32.06%、Fe₂O₃1.01%、TiO₂1.13%、CaO0.03%、MgO0.26%、K₂O1.17%、Na₂O0.03%、I.L12.05%。

7.一种权利要求1所述的铂金拉丝坩埚表面抗氧化防护涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

①将原料按重量配比混合均匀；

②向步骤①混合后的物料中加入总重量40%～60%的蒸馏水或者是45%～65%的水胶溶液，在室温下不断搅拌，直到搅拌均匀成粘稠状，室温条件下静置30分钟。

8.一种权利要求1所述的铂金拉丝坩埚表面抗氧化防护涂层的应用，其特征在于，应用步骤如下：

1）对铂金拉丝坩埚的预处理工作：

将铂金拉丝坩埚表面清理干净，用蘸有无水乙醇的棉布擦拭，保证铂金拉丝坩埚表面无杂质；用塑料胶带将铂金拉丝坩埚的注料嘴、排气泡口、漏嘴密封，防止杂质进入；

2）将防护涂层均匀地涂抹在铂金拉丝坩埚的外表面，防护涂层厚度不超过2mm；

3）将防护涂层均匀地涂抹于铂金拉丝坩埚待安装的炉膛的内壁及耐火砖接缝处，厚度为1.5mm～3mm；

4）将步骤2）处理好的铂金拉丝坩埚安放在经步骤3）处理好的炉膛里，并用耐火材料密封；

5）去除塑料胶带，将步骤4）安装好的铂金拉丝坩埚进行自然干燥与烧结处理。