CN105316614B - 一种热喷涂涂层熔盐玻璃体封孔剂、制备方法及涂层处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热喷涂涂层的熔盐玻璃体封孔剂，熔盐玻璃体封孔剂的组分为SiO₂、Li₂O、Al₂O₃以及R₂O_x，其中R为钠、钾、银、金、锌、铁、铈、钴、硼、铅、钙或镁中的一种或几种，其中SiO₂、Li₂O、Al₂O₃以及R₂O_x的百分比为30‑80％∶8‑20％∶0.5‑20％∶1‑15％。本发明制得的涂层技术稳定性好、工艺成本低、效率高、寿命长。该涂层为玻璃相夹杂纳米硅酸锂微晶玻璃陶瓷结构，该结构晶体尺寸20‑200纳米，在400‑1000度范围内，具有稳定的高粘度微蠕变性能。处理后直径1厘米封孔剂，550度，还原气氛下，在5％铝95％锌熔融体中浸泡24小时，质量损失小于0.1％。该涂层可以良好的保护碳化钨钴涂层，将涂层寿命提高到原来的5‑10倍以上。

Description

一种热喷涂涂层熔盐玻璃体封孔剂、制备方法及涂层处理 方法

技术领域

本发明属于热喷涂表面防护处理技术领域，特别涉及一种喷涂表面熔盐玻璃体封孔剂、制备方法及涂层处理方法。

背景技术

热镀锌工艺，是至今为止钢铁防腐中应用的最广泛，最有效的工艺措施之一。国内每年消耗的热镀锌板有数百万吨之多。表面质量镀锌板是评价镀锌板的质量关键参数之一，它受锌锅沉没辊等多方面因素的影响。一般锌锅沉没辊可以采用热喷涂碳化钨钴涂层来提高寿命及加工质量。研究表明碳化钨钴涂层的失效形式主要为高温铝锌合金液对热喷涂涂层的孔隙腐蚀。

人们采取多种方式来解决热喷涂碳化钨钴的孔隙腐蚀问题。如电子束表面融覆、激光束融覆、化学物理方法涂覆封孔剂等。电子束、激光束等设备成本高，束斑直径小，能量转化率低等原因，限制了其大规模的应用。化学物理方法涂覆封孔剂是当前解决孔隙腐蚀的技术主流。如山东科技大学孙宏飞等人申请的专利CN103013190A，《一种新型热喷涂涂层专用无机封孔剂及其制备方法和用途》，其采用的硅、铝、硼、纳等金属氧化物加热球磨等工艺制备的无机封孔剂。其主要介绍了封孔剂的制备及使用工艺，但未对其产品的主要实际使用结果做介绍。如西南交通大学张鲲等人专利CN103668344A，《用于热喷涂无机涂层的表面处理方法》，其采用电沉积硝酸铝、硝酸锆等，再烘烤的工艺对热喷涂表面进行封孔处理，专利中同样仅就相关工艺进行阐述，没有相关的实际使用的效果参数公开。大连理工大学郝胜志等人专利CN103074570A，《一种提高热喷涂涂层耐高温腐蚀性能的处理方法》，其采用电子束重熔处理，同样没列出相应的实际使用效率。汕头大学程西云专利CN102732866A，《一种热喷涂陶瓷涂层表面封孔方法》，其工艺为化学镀镍封孔的方法，对防腐能达到多好，耐磨能达到多高没有具体表述。天津大学顶坤英等人专利CN104419889A，《一种采用纳米三氧化二铝进行热喷涂涂层封孔的方法和应用》，对封孔的使用结果仅有侧面描述，无确切的耐腐、耐磨效果。如上海宝钢设备检修有限公司、毕刚等人专利CN101134868A《一种热喷涂涂层封孔剂及其使用方法》，为有机封孔剂，仅能用于低于100度的普通钢辊及其他应用中。如马钢(集团)控股有限公司胡小红等人专利CN102925849A，《一种热喷涂涂层的复合封孔剂及其使用方法》，采用无机硅铝铬体系的无机粉末封孔剂，介绍了使用配方及工艺，可以用于高温沉没辊等但却无确切的效果提升数据。也有业内常用的水玻璃、锂玻璃等封孔技术。但均无确切良好的寿命、质量、效率等提升效果。

综上所述，现有技术中，对通过采用封孔剂来提高热喷涂涂层性能已经成为大家公认的技术发展趋势。但确切在热镀锌工艺用的高温高腐蚀的封孔剂技术还处于空白。还有许多发展的空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种熔盐玻璃体热喷涂表面封孔剂配方及其制备方法。

具体地，本发明提供一种热喷涂涂层的熔盐玻璃体封孔剂，熔盐玻璃体封孔剂的组分为SiO₂、Li₂O、Al₂O₃以及R₂O_x，其中R为钠、钾、银、金、锌、铁、铈、钴、硼、铅、钙或镁中的一种或几种，其中SiO₂、Li₂O、Al₂O₃以及R₂O_x的百分比为30-80％∶8-20％∶0.5-20％∶1-15％。

优选地，熔盐玻璃体封孔剂的组分为SiO₂、Li₂O、Al₂O₃、K₂O、Na₂O、ZnO、CeO₂、Ag₂O、Au₂O、Fe₂O₃、Co₂O₃、B₂O₃、CaO、PbO以及MgO，各组分的百分比为59.531％∶13.3％∶2.56％∶4.10％∶1.54％∶1.02％∶0.041％∶0.513％∶0.014％∶0.103％∶0.142％∶5.6％∶3.4％∶3.1％∶5.01％。

优选地，所述的熔盐玻璃体封孔剂在300-350度范围内，在碳化钨钴喷涂涂层表面具有良好的侵润性，其润湿角小于30度。

优选地，所述的熔盐玻璃体封孔剂在400-1000度范围内呈粘稠状态，不溶于液态金属铝、锌。

优选地，本发明还提供一种热喷涂涂层的熔盐玻璃体封孔剂的制备工艺，其包括以下步骤：

S1、将硅酸酯、对应的醇、硝酸及各种盐溶于水中，在50-90度条件下，形成溶胶，并进一步老化凝胶，在200-300度条件下烘干4-8h，制成干燥品；

S2、将S1中制成的干燥品在1700度以上的温度下，熔制5-10小时，并将1700度的高温熔盐玻璃体直接倾倒入低温体中，制备相应的熔盐玻璃体粉末；

S3、将S2中制得的熔盐玻璃体粉末，以刚玉为介质，在乙醇研磨液中球磨，球磨至粒径为10-40微米，得到熔盐玻璃体封孔剂。

优选地，一种热喷涂涂层的熔盐玻璃体封孔剂的制备工艺，其包括以下步骤：

S1、将正硅酸乙酯、酒精、各硝酸盐水溶液按体积比1∶1∶1比例混合，控制PH值4-6，控制温度50-60度，保温凝胶，将凝胶在230度下烘干6小时，制成干燥品；

S2、将S1中制得的干燥品在1750度下熔炼7.5小时，并在高温差的纯水中裂解，得到熔盐玻璃体粉末；

S3、将裂解后的熔盐玻璃体粉末用刚玉球磨至20-30微米，即制得热喷涂用熔盐玻璃体封孔剂封孔剂。

优选地，S2中的低温体为纯水、干冰或液氮。

优选地，本发明还提供一种熔盐玻璃体热封孔剂热喷涂涂层的处理工艺，其特征在于：其包括以下步骤：

将熔盐玻璃体热封孔剂放置在热喷涂涂层上，用200-400纳米紫外光辐照0.5-2小时，然后在500度还原气氛下保温2-4小时，得到处理后涂层。

优选地，所述处理后涂层为玻璃相夹杂纳米硅酸锂微晶玻璃陶瓷结构，该结构晶体尺寸为20-200纳米，在400-1000度范围内，具有稳定的高粘度微蠕变性能。

本发明的优点如下所述：

本发明制得的涂层技术稳定性好、工艺成本低、效率高、寿命长。该涂层为玻璃相夹杂纳米硅酸锂微晶玻璃陶瓷结构，该结构晶体尺寸20-200纳米，在400-1000度范围内，具有稳定的高粘度微蠕变性能。处理后直径为1厘米的封孔剂，550度还原气氛下，在5％铝95％锌熔融体中浸泡24小时，质量损失小于0.1％。该涂层可以良好的保护碳化钨钴涂层，将涂层寿命提高到原来的5-10倍以上。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的结构及工作原理做进一步解释：

本发明提供一种热喷涂涂层的熔盐玻璃体封孔剂，熔盐玻璃体封孔剂的组分为SiO₂、Li₂O、Al₂O₃以及R₂O_x，其中R为钠、钾、银、金、锌、铁、铈、钴、硼、铅、钙或镁中的一种或几种，其中SiO₂、Li₂O、Al₂O₃以及R₂O_x的百分比为30-80％∶8-20％∶0.5-20％∶1-15％。

所述的熔盐玻璃体封孔剂在300-350度范围内，在碳化钨钴喷涂涂层表面具有良好的侵润性，其润湿角小于30度。经处理后，其软化温度上升至400度以上，其在400-1000度范围内呈粘稠状态，不溶于液态金属铝、锌。

该熔盐玻璃体采用分析纯以上级别原料配置，通过连续采用溶胶凝胶法、高温熔炼法、高温差裂解法、球磨法、喷涂法、光敏热处理法工艺来制备和使用。这些方法确保了产品配方成分的精确控制，配方均匀性的可靠，封孔剂的封孔效果、封孔剂的工艺的重复性、均匀性等多方面的问题。配方中的硅的来源为硅酸酯，除硅外其他成分均采用相应的可溶性碳酸盐，或硝酸盐。所述原料均采用国标分析纯以上标准。

优选地，本发明还提供一种热喷涂涂层的熔盐玻璃体封孔剂的制备工艺，其包括以下步骤：

S1、将硅酸酯、对应的醇、硝酸及各种盐溶于水中，在50-90度条件下，形成溶胶，并进一步老化凝胶，在200-300度条件下烘干4-8h，制成干燥品；

S2、将S1中制成的干燥品在1700度以上的温度下，熔制5-10小时，并将1700度的高温熔盐玻璃体直接倾倒入低温体中，制备相应的熔盐玻璃体粉末；

S3、将S2中制得的熔盐玻璃体粉末，以刚玉为介质，在乙醇研磨液中球磨，球磨至粒径为10-40微米，得到熔盐玻璃体封孔剂。

以下结合具体的实施例，对本发明做进一步详细的说明，但本发明不限于以下实施例。

实施例1

本实施例提供一种用于热喷涂涂层封孔剂熔盐玻璃体封孔剂，熔盐玻璃体封孔剂的组分为SiO₂、Li₂O、Al₂O₃、K₂O、Na₂O、ZnO、CeO₂、Ag₂O、Au₂O、Fe₂O₃、Co₂O₃、B₂O₃、CaO、PbO以及MgO，各组分的百分比为59.531％∶13.3％∶2.56％∶4.10％∶1.54％∶1.02％∶0.041％∶0.513％∶0.014％∶0.103％∶0.142％∶5.6％∶3.4％∶3.1％∶5.01％。

实施例2

本实施例提供一种用于热喷涂涂层的熔盐玻璃体封孔剂的制备工艺，其包括以下步骤：

S1、将正硅酸乙酯、酒精、各硝酸盐水溶液按体积比1∶1∶1比例混合，控制PH值4-6，控制温度50-60度，保温凝胶，将凝胶在230度下烘干6小时，制成干燥品；

S2、将S1中制得的干燥品在1750度下熔炼7.5小时，并在高温差的纯水中裂解，得到熔盐玻璃体粉末；

S3、将裂解后的熔盐玻璃体粉末用刚玉球磨至20-30微米，即制得热喷涂用熔盐玻璃体封孔剂封孔剂。

实施例3

本实施例提供一种用于热喷涂涂层的熔盐玻璃体封孔剂的耐腐蚀检验工艺，其包括以下步骤：将制得的熔盐玻璃体熔制为直径约1cm球体，烘干至恒重1.4391g，将该球体浸泡在550度，铝锌合金液中48小时。测试浸泡后质量1.4371g，24小时质量损失量为0.072％。

实施例4

本实施例提供一种用于热喷涂涂层的熔盐玻璃体封孔剂的光敏处理工艺。

将实施例2所制备的封孔剂用热喷涂方法涂覆到碳化钨钴涂层表面，其包括以下步骤：将喷涂后的涂层维持400度2h，将涂层用200-400纳米的紫外光辐照处理，将涂层放置500度温度下，保温1小时，即完成热喷涂表面封孔剂熔盐玻璃体的光敏处理工艺。

实施例5

本实施例提供一用于热喷涂涂层的熔盐玻璃体封孔剂的寿命测试工艺，其包括以下步骤：

将实施例4处理好的沉没辊放置在460度锌锅中，热镀锌工作480小时，常规热喷涂碳化钨钴涂层仅能工作240小时，工作寿命是原来的2倍。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种热喷涂涂层的熔盐玻璃体封孔剂，其特征在于：熔盐玻璃体封孔剂的组分为SiO₂、Li₂O、Al₂O₃以及R₂O_x，其中R为钠、钾、银、金、锌、铁、铈、钴、硼、铅、钙或镁中的一种，其中SiO₂、Li₂O、Al₂O₃以及R₂O_x的重量百分比为30-80％∶8-20％∶0.5-20％∶1-15％，其中，当R为钠、钾、银或金时，x为1，当R为锌、钙、铅或镁时，x为2，当R为铁、钴或硼时，x为3，当R为铈时，x为4。

2.根据权利要求1所述的热喷涂涂层的熔盐玻璃体封孔剂，其特征在于：所述的熔盐玻璃体封孔剂在300-350摄氏度范围内，在碳化钨钴喷涂涂层表面具有良好的侵润性，其润湿角小于30度。

3.根据权利要求2所述的热喷涂涂层的熔盐玻璃体封孔剂，其特征在于：所述的熔盐玻璃体封孔剂在400-1000摄氏度范围内呈粘稠状态，不溶于液态金属铝、锌。

4.一种制备权利要求1所述的热喷涂涂层的熔盐玻璃体封孔剂的工艺，其特征在于：其包括以下步骤：S1、将硅酸酯、乙醇及硝酸盐溶于水中，在50-90摄氏度条件下，形成溶胶，并进一步老化凝胶，在200-300摄氏度条件下烘干4-8h，制成干燥品；S2、将S1中制成的干燥品在1700摄氏度以上的温度下，熔制5-10小时，并将1700摄氏度的高温熔盐玻璃体直接倾倒入低温体中，制备相应的熔盐玻璃体粉末；S3、将S2中制得的熔盐玻璃体粉末，以刚玉为介质，在乙醇研磨液中球磨，球磨至粒径为10-40微米，得到熔盐玻璃体封孔剂。

5.一种利用权利要求1所述的热喷涂涂层的熔盐玻璃体封孔剂制备熔盐玻璃体热封孔剂热喷涂涂层的工艺，其特征在于：其包括以下步骤：将熔盐玻璃体热封孔剂放置在热喷涂涂层上，用200-400纳米紫外光辐照0.5-2小时，然后在500摄氏度还原气氛下保温2-4小时，得到处理后涂层。

6.根据权利要求5所述的制备熔盐玻璃体热封孔剂热喷涂涂层的工艺，其特征在于：所述处理后涂层为玻璃相夹杂纳米硅酸锂微晶玻璃陶瓷结构，该结构晶体尺寸为20-200纳米，在400-1000摄氏度范围内，具有稳定的高粘度微蠕变性能。