CN104744058B

CN104744058B - 一种高温抗氧化涂料的制备方法

Info

Publication number: CN104744058B
Application number: CN201510125494.0A
Authority: CN
Inventors: 李国安; 王建国; 李寿全
Original assignee: MA'ANSHAN XINGDA METALLURGICAL NEW MATERIAL Co Ltd
Current assignee: MA'ANSHAN XINGDA METALLURGICAL NEW MATERIAL Co Ltd
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2035-03-20
Also published as: CN104744058A

Abstract

本发明公开了一种高温抗氧化涂料的制备方法，属于钢铁热处理保护技术领域。本发明的高温抗氧化涂料的制备方法的步骤为：将纳米混合粉料的各组分分别按比例进行称量：氮化硅纳米粉体50‑75％、活性碳化物10‑25％、促进剂10‑15％、烧结剂5‑10％，将称取的纳米混合粉料的各组分进行混合均匀，向混合均匀的粉料中分别添加粘结剂、分散剂和溶剂并置于高速反应釜中进行搅拌，即得所需涂料。使用本发明的高温抗氧化涂料的制备方法制备的涂料可以使钢铁金属在高温热处理时具有较好的抗氧化性能，适用范围较广，且对环境污染小，成本低。

Description

一种高温抗氧化涂料的制备方法

技术领域

本发明涉及钢铁热处理抗氧化保护技术领域，更具体地说，涉及一种高温抗氧化涂料的制备方法。

背景技术

钢铁制品在进行轧制、锻造、淬火、退火、正火等热处理加工过程时，在一般大气条件下，在高温作用下容易产生表面氧化现象，而且还会伴随着合金元素的贫化。这种现象会给钢铁产品加工过程带来不利影响，如金属收得率降低，能耗增加，生产成本提高，严重时还会影响加工的产品表面质量。据统计，全世界钢铁产品热加工工艺中，钢铁氧化损耗平均为10％，从而造成巨大的资源浪费。如何降低钢铁制品热处理过程的氧化损耗是世界上一大困扰的难题。

钢铁制品热处理过程防氧化技术是近年来世界钢铁工业发达国家纷纷选择开展研究的一种新领域、新技术和新课题。二十一世纪初，日本、美国发明了采用真空、保护气氛方法，即将钢铁制品置于真空环境或惰性气体保护环境下进行加热处理，减少高温炉气与钢铁制品表面接触，从而减少钢铁制品的氧化损失。但这两种方法投资大，工艺复杂，操作技术要求高，成本高，不适应钢铁制品大批量热处理加工。采用高温防氧化保护涂层是近年来发展起来的一种热处理保护的新兴技术，相对于真空热加工、保护气氛热加工技术，这种方法具有投资少、成本低、操作简单、适应强等特点。在高温热处理时所使用的防氧化涂层主要是通过互熔反应、消耗反应及惰性熔膜屏蔽三种不同的机理对钢铁材料进行防护。

日本、美国、德国、俄罗斯等钢铁工业发达国家研究发明的采用玻璃料、耐热树脂等为基料的有机硅酸盐防护涂层，广泛应用于各种热交换器、反射炉喷射器等设备上，但是它主要只局限于在800℃以下保护金属的氧化。近年来，国内钢铁行业纷纷与大专院校、科研院所合作在钢铁制品热处理防护技术开展研究，希望在有机结合的硅酸盐及无机硅酸盐防护涂层技术领域上，特别是在1200℃以上钢铁制品热处理加工防氧化技术上寻求突破口。

通过专利检索，目前，国内关于高温防氧化保护涂层的专利申请已有公开。

目前，国内开发应用的有机及无机结合抗氧化防护涂层仍以各种硅酸盐玻璃料为主，在其中加入碱土金属氧化物、耐高温的氧化物为辅而制成抗氧化防护涂层。中国专利申请号200910010301.1，申请日：2009年2月5日，发明创造名称为：高温防氧化干粉涂料，该申请案公开了一种高温防氧化干粉涂料，该涂料由如下质量百分比的原料组成：玻璃料：45～50，粘土：40～45，滑石粉：5～10，通过使用该申请案中的高温防氧化干粉涂料，在一定程度上可以提高钢铁材料在高温热处理时的抗氧化能力，但该涂料主要用于不锈钢和耐热钢在高温热处理时的防氧化保护，且其使用范围仅局限于900℃～1200℃，防护范围较窄，从而大大限制了该涂料的抗氧化作用。中国专利申请号：201210292922.5，申请日：2012年8月17日，发明创造名称：一种基于天然矿物的高温防氧化脱碳涂料，该申请案中的防氧化脱碳涂料由如下重量百分比的成分组成：Al₂O₃：15-35wt％、SiO₂：35-55wt％、Fe₂O₃：2-12wt％、MgO：2-10wt％、C：3-10wt％、Na₂O：5-20wt％、CaO：0-5wt％、K₂O：0-5wt％，该申请案中的涂料可以用于钢样在800℃～1300℃热处理时的防氧化保护，但其抗氧化能力，尤其是在1200℃以上的抗氧化能力有待进一步提升。

又如：中国专利申请号：201110060542.4，申请日：2011年03月14日，发明名称：具有高吸收率的钢坯防氧化及防脱碳涂料，该申请案公开了一种具有高吸收率的钢坯防氧化及防脱碳涂料，其由如下重量百分比的组分组成：耐火粘土20～25％，硅微粉10～15％，棕刚玉10～15％，碳化硅8～10％，三氧化二铁3～5％，三氧化二铬2～3％，水解羧甲基纤维素3～5％，高模水玻璃30～35％，通过使用该申请案中的钢坯防氧化涂料，一定程度上可以在使钢坯在较高温度下具有优良的抗氧化能力，但该涂料中含有三价铬，涂料冷却剥落后产生的料渣能够污染环境。

综上所述，虽然上述以硅酸盐玻璃料为基的涂料在一定程度上均能提高钢铁材料在高温热处理时的抗氧化能力，但其抗氧化防护作用比较单一，仅局限于互熔反应、消耗反应及惰性熔膜屏蔽三种防护机理中的其中一个或两个，从而使涂料的抗氧化能力受到一定的限制，抗氧化效果不显著，且涂料的适用温度(1200℃以下)相对较低，适用范围(如：使用温度、钢种、热处理加工方式、被保护材料基体性质和属性等)较窄，大大限制了涂料的使用。同时，有些涂料中含有高污染的三价铬耐高温氧化物，从而可以对环境造成一定的污染。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服国内现有常用钢铁材料热处理加工用以硅酸盐或玻璃料(SiO₂)为主的防氧化涂料的防护机理单一，抗氧化防护效果不理想，适用温度不高、适用温度范围窄(800-1200℃)，涂层中因含有高污染的三价铬耐高温氧化物而对环境的污染大等不足，提供了一种高温抗氧化涂料的制备方法。通过使用以本发明中的高温抗氧化涂料的制备方法制备的高温抗氧化涂料，可以使钢铁材料在热处理时的抗氧化能力得到显著提高，且该涂料的适用温度较高，适用范围较广，且不含能对环境造成污染的三价铬。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种高温抗氧化涂料的制备方法，其步骤为：

步骤一、原料准备

按照重量百分比分别称取纳米混合粉料的各组分：氮化硅纳米粉体50-75％、活性碳化物10-25％、促进剂10-15％、烧结剂5-10％，其中，上述活性碳化物选自SiC粉体、B₄C粉体和Al₄C₃粉体，促进剂粉体的组分包括SiO₂、Al₂O₃和K₂O+Na₂O，烧结剂的组分包括Fe₃O₄；

步骤二、混合均匀

将步骤一中称量好的纳米混合粉料的各组分置于同一容器中进行混合并搅拌均匀；

步骤三、向步骤二中混合搅拌均匀的纳米混合粉料中分别添加粘结剂、分散剂和溶剂构成混合物料，将上述混合物料置于高速反应釜中搅拌25-40分钟，取出，待用，其中，上述粘结剂为硅溶胶和聚丙烯酸钠，分散剂选用膨润土，溶剂选用去离子水。

更进一步地，上述硅溶胶、聚丙烯酸钠、膨润土和去离子水的含量分别占纳米混合粉料总重量的25-40％、5-10％、5-10％和10-15％。

更进一步地，上述活性碳化物为SiC粉体和B₄C粉体中的一种或两种的组合。

更进一步地，上述氮化硅纳米粉体中Si₃N₄的质量分数≧99％；SiC粉体中SiC的质量分数≧80％；B₄C粉体中B₄C的质量分数≧40％；促进剂中SiO₂的质量分数≧45％，Al₂O₃的质量分数≧30％，K₂O+Na₂O的质量分数≧10％；烧结剂中Fe₃O₄的质量分数≧80％。

更进一步地，上述氮化硅纳米粉体中Si₃N₄的粒度为2-60nm，活性碳化物中粉体的粒度为400-500目，促进剂和烧结剂中粉体的粒度大于400目。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

(1)使用本发明中的高温抗氧化涂料的制备方法制备的高温抗氧化涂料中的纳米混合粉料中含有氮化硅纳米粉体，由于氮化硅纳米粉体在高温下具有优良的热稳定性和抗裂纹敏感性，其熔点较高，且其与钢铁制品表面及高温炉气均不发生化学反应，随温度升高，氮化硅纳米粉体逐渐软化至熔融态，形成了一层致密的保护膜，因此，其在较高温度(可达1400℃)时对基体具有较强的惰性熔膜屏蔽作用，可以使高温炉气与基体之间隔离开来，使钢铁基体在较高温度下仍具有优良的抗氧化能力，实现更高温度下对基体金属的保护；

使用本发明中的高温抗氧化涂料的制备方法制备的高温抗氧化涂料中含有比基体中的Fe氧化活性高的碳化物SiC、B₄C，一方面，SiC和B₄C在高温(800℃以上)时优先于Fe与高温炉气中的O₂发生反应：SiC+2O₂＝SiO₂+CO₂；B₄C+4O₂＝2B₂O₃+CO₂，使进入涂层中与基体接触的氧气含量大大降低，从而对基体起到了消耗反应防护作用；另一方面，SiC与O₂反应后生成的SiO₂随着温度的升高熔融成为连续致密的硅氧四面体薄膜，从而可以进一步阻止高温炉气与钢铁基体的接触，起到了互熔反应防护作用。同时，B₄C与O₂反应后生成的B₂O₃粘度较好，与SiO₂共同成为玻璃形成物，在较低温度下熔融形成抗氧化保护膜，可以进一步增强对涂层的保护作用，且B₂O₃的熔点较低，可以作为助熔剂，使涂料的软化温度大大降低；

使用本发明中的高温抗氧化涂料的制备方法制备的高温抗氧化涂料中的促进剂包括SiO₂、Al₂O₃和K₂O+Na₂O，它们在较低温度下(800℃以下)即可软化熔融，可以形成低熔、粘稠玻璃体膜，均匀而牢固地覆盖在基体表面，防止高温炉气与被保护基体的接触，起到了互熔反应防护作用。本发明中纳米混合粉料中的烧结剂选用Fe₃O₄粉体，Fe₃O₄在高温下也可以在基体表面熔融形成惰性保护膜，增强涂料的抗氧化保护作用，此外，K₂O+Na₂O与Fe₃O₄还可以作为涂料的助熔剂，降低涂料的烧结温度。

因此，通过使用以本发明中的高温抗氧化涂料的制备方法制备的高温防氧化涂料，可以同时具有互熔反应、消耗反应及惰性熔膜屏蔽三种防护作用，通过不同涂料组分在不同温度下防氧化作用的共同协调作用，使钢铁基体从低温到加热到高温整个热处理加工过程，都具有优良的防氧化作用，其抗氧化作用效果更加明显，且适用的热处理温度范围(800-1400℃)更大。

(2)使用本发明中的高温抗氧化涂料的制备方法制备的高温抗氧化涂料中氮化硅纳米粉体的导热系数较高，传热效果好，在对钢坯进行加热处理时，使得钢坯表面的涂料对钢坯的传热影响较小，从而可以节约能耗。同时，使用本发明中的高温抗氧化涂料的制备方法制备的高温抗氧化涂料中的SiC的黑度系数较高，吸热能力好，从而可以进一步保证钢坯的加热效果。

(3)使用本发明中的高温抗氧化涂料的制备方法制备的高温抗氧化涂料中的粘结剂为聚丙烯酸钠和硅溶胶，其中的聚丙烯酸钠热膨胀系数较大，钢坯热处理完成后进行冷却处理时，可以使涂料从钢坯上自剥落，减少了钢坯轧制时清洗的劳动强度。同时，促进剂中的K₂O+Na₂O也有助于使涂料冷却时从钢坯上剥落下来。

(4)使用本发明中的高温抗氧化涂料的制备方法制备的高温抗氧化涂料中的溶剂选用去离子水，由于去离子水中不含离子，从而使其不与涂料中的其他组分之间进行反应，防止影响涂料对钢坯的保护效果。

(5)使用本发明中的高温抗氧化涂料的制备方法制备的高温抗氧化涂料中纳米混合粉料的各粉体的粒径均较小，所形成的涂层的致密度较高，从而可以进一步提高隔绝高温炉气的作用。

(6)使用本发明中的高温抗氧化涂料的制备方法制备的高温抗氧化涂料中不含有高污染的三价铬耐高温氧化物，对环境的污染较小。

(7)使用本发明中的高温抗氧化涂料的制备方法制备的高温抗氧化涂料中的氮化硅纳米粉体、活性碳化物和促进剂、烧结剂分别在不同的热处理温度范围内对钢坯起防氧化保护作用，因此，可以根据钢坯的不同热处理温度需要来调整本发明中高温防氧化涂料的各组分的含量，从而可以使各组分充分发挥作用，节约了资源。

(8)使用本发明中的高温抗氧化涂料的制备方法制备的高温抗氧化涂料，可以普遍适用于普碳钢、合金钢、不锈钢等各种钢种在轧制、锻造、淬火、退火、正火等各种热处理加工过程中的氧化、脱碳保护，经济效益显著，有利于现代炼钢工业环保、低耗生产。

(9)使用本发明中的高温抗氧化涂料的制备方法制备的高温抗氧化涂料中的各组分成本较低，工艺简单，便于推广使用。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

本实施例的一种高温抗氧化涂料，由纳米混合粉料、粘结剂、分散剂和溶剂组成。其中，纳米混合粉料由如下重量百分比的组分组成：氮化硅纳米粉体75％、活性碳化物10％、促进剂10％、烧结剂5％，上述氮化硅纳米粉体中Si₃N₄的质量分数≧99％，平均粒度为30nm；活性碳化物为SiC粉体和B₄C粉体的组合，其粒度为400-500目，其中，SiC粉体和B₄C粉体的质量比为2:1，且SiC粉体中SiC的质量分数≧80％，B₄C粉体中B₄C的质量分数≧40％；促进剂粉体包括SiO₂、Al₂O₃和K₂O+Na₂O，其粒度大于400目，且SiO₂、Al₂O₃、K₂O+Na₂O的含量分别为促进剂粉体总质量的50％、35％和15％；烧结剂为质量分数≧80％的Fe₃O₄，且其粒度大于400目。本实施例的高温抗氧化涂料中的粘结剂为硅溶胶和聚丙烯酸钠，分散剂选用膨润土，溶剂选用去离子水，且硅溶胶、聚丙烯酸钠、膨润土和去离子水的含量分别占纳米混合粉料总重量的25％、10％、5％和10％。

本实施例的一种高温抗氧化涂料的制备方法，其步骤为：

步骤一、原料准备

按照重量百分比分别称取纳米混合粉料的各组分：氮化硅纳米粉体75％、活性碳化物10％、促进剂10％、烧结剂5％。本实施例中氮化硅纳米粉体中Si₃N₄的质量分数≧99％，平均粒度为30nm；活性碳化物为SiC粉体和B₄C粉体的组合，其粒度为400-500目，其中，SiC粉体和B₄C粉体的质量比为2:1，且SiC粉体中SiC的质量分数≧80％，B₄C粉体中B₄C的质量分数≧40％；促进剂粉体包括SiO₂、Al₂O₃、K₂O+Na₂O，其粒度大于400目，且SiO₂、Al₂O₃、K₂O+Na₂O的含量分别为促进剂粉体总质量的50％、35％和15％；烧结剂为质量分数≧80％的Fe₃O₄，且其粒度大于400目。

步骤二、混合均匀

步骤三、向步骤二中混合搅拌均匀的纳米混合粉料中分别添加硅溶胶、聚丙烯酸钠、膨润土和去离子水构成混合物料，将上述混合物料置于高速反应釜中搅拌25-40分钟，取出，待用，其中，上述添加的硅溶胶、聚丙烯酸钠、膨润土和去离子水的含量分别为纳米混合粉料总重量的25％、10％、5％和10％。

本实施例的一种高温抗氧化涂料的应用，该高温抗氧化涂料作为钢铁产品热处理加工过程中抗氧化涂料使用，其步骤为：

步骤一、去除待加工钢样表面的油污和铁锈；

步骤二、采用刷涂、喷涂、辊涂或者浸润的方法将高温抗氧化涂料均匀地涂覆在待加工钢样的表面，然后将钢样置于空气中自然干燥。

本实施例中将涂覆有上述高温抗氧化涂料的钢样置于热处理炉中进行加热至1350℃并保温40min的热处理，当热处理结束后测得钢样表面的氧化失重率为0.21％。

对比例1

本对比例作为基准实验，将没有涂覆任何涂料的钢样置于热处理炉中进行加热至1350℃并保温40min的热处理，当热处理结束后测得钢样表面的氧化失重率为4.8％。

对比例2

本对比例中纳米混合粉料的组分及其质量百分比为：氮化硅纳米粉体40％、活性碳化物30％、促进剂20％、烧结剂10％，而由本对比例中纳米混合粉料制成的高温抗氧化涂料的制备方法及应用同实施例1，将涂覆有该涂料的钢样置于热处理炉中进行加热至1350℃并保温40min的热处理，当热处理结束后测得钢样表面的氧化失重率为1.5％。

对比例3

本对比例中纳米混合粉料的组分及其质量百分比为：氮化硅纳米粉体80％、活性碳化物10％、促进剂5％、烧结剂5％，由本对比例中纳米混合粉料制成的高温抗氧化涂料的制备方法及应用同实施例1，将涂覆有该涂料的钢样置于热处理炉中进行加热至1350℃并保温40min的热处理，当热处理结束后测得钢样表面的氧化失重率为1.2％。对比例2和对比例3中涂料的组分与本发明相同，但其组分的含量不在本发明中的纳米混合粉料中组分的含量范围内，其氧化失重相对于对比例1得到明显降低，但与实施例1相比却明显的超高。

通过实施例1与对比例1-3中钢样热处理后的氧化失重率数据可以看出，通过使用以本发明中的高温抗氧化涂料的制备方法制备的高温抗氧化涂料，且使涂料中的各组分均能满足本发明中的含量要求，则可以大大提高钢样在高温热处理时的抗氧化性能。

实施例2

本实施例的一种高温抗氧化涂料，由纳米混合粉料和硅溶胶、聚丙烯酸钠、膨润土、去离子水组成。其中，纳米混合粉料由如下重量百分比的组分组成：氮化硅纳米粉体60％、活性碳化物15％、促进剂15％、烧结剂10％，上述氮化硅纳米粉体中Si₃N₄的质量分数≧99％，平均粒度为30nm；活性碳化物为SiC粉体和B₄C粉体的组合，其粒度为400-500目，其中，SiC粉体和B₄C粉体的质量比为3:1，且SiC粉体中SiC的质量分数≧80％，B₄C粉体中B₄C的质量分数≧40％；促进剂粉体包括SiO₂、Al₂O₃和K₂O+Na₂O，其粒度大于400目，且SiO₂、Al₂O₃、K₂O+Na₂O的含量分别为促进剂粉体总质量的50％、30％和20％；烧结剂为质量分数≧80％的Fe₃O₄，且其粒度大于400目。本实施例的高温抗氧化涂料中的粘结剂为硅溶胶和聚丙烯酸钠，分散剂选用膨润土，溶剂选用去离子水，且硅溶胶、聚丙烯酸钠、膨润土和去离子水的含量分别占纳米混合粉料总重量的30％、8％、10％和15％。

本实施例的一种高温抗氧化涂料的制备方法，其步骤为：

步骤一、原料准备

按照重量百分比分别称取纳米混合粉料的各组分：氮化硅纳米粉体60％、活性碳化物15％、促进剂15％、烧结剂10％。本实施例中氮化硅纳米粉体中Si₃N₄的质量分数≧99％，平均粒度为30nm；活性碳化物为SiC粉体和B₄C粉体的组合，其粒度为400-500目，其中，SiC粉体和B₄C粉体的质量比为3:1，且SiC粉体中SiC的质量分数≧80％，B₄C粉体中B₄C的质量分数≧40％；促进剂粉体包括SiO₂、Al₂O₃、K₂O+Na₂O，其粒度大于400目，且SiO₂、Al₂O₃、K₂O+Na₂O的含量分别为促进剂粉体总质量的50％、30％和20％；烧结剂为质量分数≧80％的Fe₃O₄，且其粒度大于400目。

步骤二、混合均匀

步骤三、向步骤二中混合搅拌均匀的纳米混合粉料中分别添加硅溶胶、聚丙烯酸钠、膨润土和去离子水构成混合物料，将上述混合物料置于高速反应釜中搅拌25-40分钟，取出，待用，其中，上述添加的硅溶胶、聚丙烯酸钠、膨润土和去离子水的含量分别为纳米混合粉料总重量的30％、8％、10％和15％。

步骤一、去除待加工钢样表面的油污和铁锈；

步骤二、采用刷涂、喷涂、辊涂或者浸润的方法将步骤一中制备的高温涂料均匀地涂覆在待加工普通碳钢的表面，然后将钢样置于空气中自然干燥。

本实施例中将涂覆有上述高温抗氧化涂料的钢样置于热处理炉中进行加热至900℃并保温40min的热处理，当热处理结束后测得钢样表面的氧化失重率为0.2％。

实施例3

本实施例的一种高温抗氧化涂料，由纳米混合粉料和硅溶胶、聚丙烯酸钠、膨润土、去离子水组成。其中，纳米混合粉料由如下重量百分比的组分组成：氮化硅纳米粉体50％、活性碳化物25％、促进剂15％、烧结剂10％，上述氮化硅纳米粉体中Si₃N₄的质量分数≧99％，平均粒度为30nm；活性碳化物为SiC粉体，其粒度为400-500目，其中，SiC粉体中SiC的质量分数≧80％；促进剂粉体包括SiO₂、Al₂O₃和K₂O+Na₂O，其粒度大于400目，且SiO₂、Al₂O₃、K₂O+Na₂O的含量分别为促进剂粉体总质量的55％、35％和10％；烧结剂为质量分数≧80％的Fe₃O₄，且其粒度大于400目。本实施例的高温抗氧化涂料中的粘结剂为硅溶胶和聚丙烯酸钠，分散剂选用膨润土，溶剂选用去离子水，且硅溶胶、聚丙烯酸钠、膨润土和去离子水的含量分别占纳米混合粉料总重量的35％、10％、8％和12％。

本实施例的一种高温抗氧化涂料的制备方法，其步骤为：

步骤一、原料准备

按照重量百分比分别称取纳米混合粉料的各组分：氮化硅纳米粉体50％、活性碳化物25％、促进剂15％、烧结剂10％。本实施例中氮化硅纳米粉体中Si₃N₄的质量分数≧99％，平均粒度为30nm；活性碳化物为SiC粉体，其粒度为400-500目，其中，SiC粉体中SiC的质量分数≧80％；促进剂粉体包括SiO₂、Al₂O₃、K₂O+Na₂O，其粒度大于400目，且SiO₂、Al₂O₃、K₂O+Na₂O的含量分别为促进剂粉体总质量的55％、35％和10％；烧结剂为质量分数≧80％的Fe₃O₄，且其粒度大于400目。

步骤二、混合均匀

步骤三、向步骤二中混合搅拌均匀的纳米混合粉料中分别添加硅溶胶、聚丙烯酸钠、膨润土和去离子水构成混合物料，将上述混合物料置于高速反应釜中搅拌25-40分钟，取出，待用，其中，上述添加的硅溶胶、聚丙烯酸钠、膨润土和去离子水的含量分别为纳米混合粉料总重量的35％、10％、8％和12％。

步骤一、去除待加工钢样表面的油污和铁锈；

本实施例中将涂覆有上述高温抗氧化涂料的钢样置于热处理炉中进行加热至800℃并保温40min的热处理，当热处理结束后测得钢样表面的氧化失重率为0.19％。

实施例4

本实施例的一种高温抗氧化涂料，由纳米混合粉料和硅溶胶、聚丙烯酸钠、膨润土、去离子水组成。其中，纳米混合粉料由如下重量百分比的组分组成：氮化硅纳米粉体65％、活性碳化物15％、促进剂14％、烧结剂6％，上述氮化硅纳米粉体中Si₃N₄的质量分数≧99％，平均粒度为30nm；活性碳化物为B₄C粉体，其粒度为400-500目，其中，B₄C粉体中B₄C的质量分数≧40％；促进剂粉体包括SiO₂、Al₂O₃和K₂O+Na₂O，其粒度大于400目，且SiO₂、Al₂O₃、K₂O+Na₂O的含量分别为促进剂粉体总质量的50％、35％和15％；烧结剂为质量分数≧80％的Fe₃O₄，且其粒度大于400目。本实施例的高温抗氧化涂料中的粘结剂为硅溶胶和聚丙烯酸钠，分散剂选用膨润土，溶剂选用去离子水，且硅溶胶、聚丙烯酸钠、膨润土和去离子水的含量分别占纳米混合粉料总重量的38％、7％、8％和13％。

本实施例的一种高温抗氧化涂料的制备方法，其步骤为：

步骤一、原料准备

按照重量百分比分别称取纳米混合粉料的各组分：氮化硅纳米粉体65％、活性碳化物15％、促进剂14％、烧结剂6％。本实施例中氮化硅纳米粉体中Si₃N₄的质量分数≧99％，平均粒度为30nm；活性碳化物为B₄C粉体，其粒度为400-500目，其中，B₄C粉体中B₄C的质量分数≧40％；促进剂粉体包括SiO₂、Al₂O₃、K₂O+Na₂O，其粒度大于400目，且SiO₂、Al₂O₃、K₂O+Na₂O的含量分别为促进剂粉体总质量的50％、35％和15％；烧结剂为质量分数≧80％的Fe₃O₄，且其粒度大于400目。

步骤二、混合均匀

步骤三、向步骤二中混合搅拌均匀的纳米混合粉料中分别添加硅溶胶、聚丙烯酸钠、膨润土和去离子水构成混合物料，将上述混合物料置于高速反应釜中搅拌25-40分钟，取出，待用，其中，上述添加的硅溶胶、聚丙烯酸钠、膨润土和去离子水的含量分别为纳米混合粉料总重量的38％、7％、8％和13％。

步骤一、去除待加工钢样表面的油污和铁锈；

本实施例中将涂覆有上述高温抗氧化涂料的钢样置于热处理炉中进行加热至1100℃并保温40min的热处理，当热处理结束后测得钢样表面的氧化失重率为0.22％。

实施例5

本实施例的一种高温抗氧化涂料，由纳米混合粉料和硅溶胶、聚丙烯酸钠、膨润土、去离子水组成。其中，纳米混合粉料由如下重量百分比的组分组成：氮化硅纳米粉体62％、活性碳化物17％、促进剂13％、烧结剂8％，上述氮化硅纳米粉体中Si₃N₄的质量分数≧99％，平均粒度为30nm；活性碳化物为SiC粉体和B₄C粉体的组合，其粒度为400-500目，其中，SiC粉体和B₄C粉体的质量比为1:2，且SiC粉体中SiC的质量分数≧80％，B₄C粉体中B₄C的质量分数≧40％；促进剂粉体包括SiO₂、Al₂O₃和K₂O+Na₂O，其粒度大于400目，且SiO₂、Al₂O₃、K₂O+Na₂O的含量分别为促进剂粉体总质量的50％、35％和15％；烧结剂为质量分数≧80％的Fe₃O₄，且其粒度大于400目。本实施例的高温抗氧化涂料中的粘结剂为硅溶胶和聚丙烯酸钠，分散剂选用膨润土，溶剂选用去离子水，且硅溶胶、聚丙烯酸钠、膨润土和去离子水的含量分别占纳米混合粉料总重量的25％、8％、5％和10％。

本实施例的一种高温抗氧化涂料的制备方法，其步骤为：

步骤一、原料准备

按照重量百分比分别称取纳米混合粉料的各组分：氮化硅纳米粉体62％、活性碳化物17％、促进剂13％、烧结剂8％。本实施例中氮化硅纳米粉体中Si₃N₄的质量分数≧99％，平均粒度为30nm；活性碳化物为SiC粉体和B₄C粉体的组合，其粒度为400-500目，其中，SiC粉体和B₄C粉体的质量比为1:2，且SiC粉体中SiC的质量分数≧80％，B₄C粉体中B₄C的质量分数≧40％；促进剂粉体包括SiO₂、Al₂O₃、K₂O+Na₂O，其粒度大于400目，且SiO₂、Al₂O₃、K₂O+Na₂O的含量分别为促进剂粉体总质量的50％、35％和15％；烧结剂为质量分数≧80％的Fe₃O₄，且其粒度大于400目。

步骤二、混合均匀

步骤三、向步骤二中混合搅拌均匀的纳米混合粉料中分别添加硅溶胶、聚丙烯酸钠、膨润土和去离子水构成混合物料，将上述混合物料置于高速反应釜中搅拌25-40分钟，取出，待用，其中，上述添加的硅溶胶、聚丙烯酸钠、膨润土和去离子水的含量分别为纳米混合粉料总重量的25％、8％、5％和10％。

步骤一、去除待加工钢样表面的油污和铁锈；

本实施例中将涂覆有上述高温抗氧化涂料的钢样置于热处理炉中进行加热至1000℃并保温40min的热处理，当热处理结束后测得钢样表面的氧化失重率为0.16％。

因此，通过使用以本发明中的高温抗氧化涂料的制备方法制备的高温抗氧化涂料，就可以使钢铁材料在进行热处理时具有优良的抗氧化能力，且该涂料可以实现在较高温度(1400℃以下)下仍对钢铁材料具有较好的防护作用，且其适用范围较广，不含能够对环境造成污染的三价铬重金属氧化物，成本较低，适合普遍推广。

Claims

1.一种高温抗氧化涂料的制备方法，其特征在于，其步骤为：

步骤一、原料准备

按照重量百分比分别称取纳米混合粉料的各组分：氮化硅纳米粉体50-75％、活性碳化物10-25％、促进剂10-15％、烧结剂5-10％，其中，上述活性碳化物为SiC粉体和B₄C粉体中的一种或两种的组合，促进剂粉体的组分包括SiO₂、Al₂O₃和K₂O+Na₂O，烧结剂的组分包括Fe₃O₄；

步骤二、混合均匀

步骤三、向步骤二中混合搅拌均匀的纳米混合粉料中分别添加粘结剂、分散剂和溶剂构成混合物料，将上述混合物料置于高速反应釜中搅拌25-40分钟，取出，待用，其中，所述的粘结剂为硅溶胶和聚丙烯酸钠，分散剂选用膨润土，溶剂选用去离子水。

2.根据权利要求1所述的一种高温抗氧化涂料的制备方法，其特征在于，所述的硅溶胶、聚丙烯酸钠、膨润土和去离子水的含量分别占纳米混合粉料总重量的25-40％、5-10％、5-10％和10-15％。

3.根据权利要求1所述的一种高温抗氧化涂料的制备方法，其特征在于，所述的氮化硅纳米粉体中Si₃N₄的质量分数≧99％；SiC粉体中SiC的质量分数≧80％；B₄C粉体中B₄C的质量分数≧40％；促进剂中SiO₂的质量分数≧45％，Al₂O₃的质量分数≧30％，K₂O+Na₂O的质量分数≧10％；烧结剂中Fe₃O₄的质量分数≧80％。