CN105860769A - 一种环氧树脂基金属热加工保护涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了种一种环氧树脂基金属热加工保护涂料，其包含如下重量份数的组分：环氧树脂20～60份，固化剂10～50份，固化促进剂0～10份，膨胀型阻燃剂10～40份，其中，所述的环氧树脂体系为常温下为液体，可常温固化或在固化促进剂作用下可常温固化的环氧树脂体系。本发明利用环氧树脂基体与金属材料表面有优良的粘接性，可以满足不同工艺条件下坯锭的存放要求，同时，在较低温度段，固化后的环氧树脂形成连续涂层，保护金属表面；在高温度段，膨胀型阻燃剂分解，形成致密的炭层，保护金属表面。

Description

一种环氧树脂基金属热加工保护涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于涂料领域，涉及一种金属用涂料，更具体是涉及一种用于金属热加工保护涂料及其制备方法。
背景技术
金属材料热加工通常需要在空气介质中加热与保温。伴随着温度的升高，金属将发生氧化脱碳。在金属氧化的过程中，通常形成氧化皮。分析氧化皮的结构可以发现，其结构疏松有裂纹，且厚度很厚，造成金属材料损耗，力学性能降低；同时为去除氧化脱碳层还要耗费人力、物力、财力。
减少高温氧化脱碳的措施有真空保护加热、盐浴加热、可控气氛保护、零件外包覆不锈钢材料加热、快速加热、涂料保护加热等。其中涂料保护加热具有投资少、操作方法简单、成本低，适应性强等特点。
金属热加工过程需要800℃以上的高温，因此目前普遍采用耐高温的无机非金属材料作为金属材料热加工保护涂料的基体。无机非金属类涂料的保护机理为：(1)溶膜屏蔽型保护机理。该机理利用涂层在加热过程中形成致密而牢固的玻璃状物或玻璃陶瓷状物，粘附在工件表面上，隔绝气氛和基体的接触，达到保护目的。(2)反应型保护机理。它利用硼化物加热熔融与钢表面的微量氧化物发生化学反应，形成薄的粘态溶膜，覆盖在钢铁的表面上，隔绝气氛和基体的接触，达到保护目的。(3)氧化还原型保护机理。主要特点是涂料中某些物质，加热到一定温度，首先和炉内气氛发生反应，造成靠近金属基体的活性介质贫乏，不能和基体发生反应，起到保护作用。其中溶膜屏蔽型保护机理被认为是热处理涂料能起保护作用的最主要原因。
但是在实际应用中，无机非金属类的金属热加工保护涂料表现出种种不足，主要有：(1)无机非金属材料和金属的粘接力低，无法满足实际生产工艺需求。工业生产中，坯锭喷涂热加工保护涂料后还需堆放再安排上线。如堆放时间超过24h，无机非金属类的金属热加工保护涂料会自行脱落。堆放过程中，坯锭间的相互摩擦和碰撞，也会造成无机非金属类的金属热加工保护涂料的脱落。(2)在相对较低的温度段，无机非金属类的金属热加工保护涂料保护能力有限。无机非金属类的金属热加工保护涂料的保护机理主要为无机非金属材料在800℃以上的高温下熔融，形成液态粘膜。加入碱金属氧化物可以降低保护涂料的熔融温度至600℃左右，但碱金属氧化物会引起对金属基体的高温腐蚀。因此，在坯锭表面温度达到保护涂料的熔融温度之前，颗粒状无机非金属类的金属热加工保护涂料无法有效保护金属表面。
发明内容
本发明的目的是为了针对金属热加工过程中产生氧化与脱碳的问题，以及现有无机非金属类金属热加工保护涂料的不足，提供一种环氧树脂基金属热加工保护涂料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明提出了一种环氧树脂基金属热加工保护涂料，其包含如下重量份数的组分：环氧树脂20～60份，固化剂10～50份，固化促进剂0～10份，膨胀型阻燃剂10～40份，其中，所述的环氧树脂体系为常温下为液体，可常温固化或在固化促进剂作用可常温固化的环氧树脂体系。
优选地，所述的环氧树脂基金属热加工保护涂料包含如下重量份数的组分：环氧树脂30～50份，固化剂10～50份，固化促进剂5～8份，膨胀型阻燃剂30～35份。
对于环氧树脂的类型不做过多要求，常温下为液体，可常温固化或在固化促进剂作用下可常温固化的环氧树脂体系均可达到本发明的目的。优选地，所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂中的任意一种。更优选地，所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂。
同样的，对所选的环氧树脂能够达到固化作用的成分均可以作为固化剂。优选地，所述的固化剂为胺类固化剂。
在一种优选的实施方案中，双酚A型环氧树脂和胺类固化剂配合使用可以达到更加优异的效果。
对于固化促进剂的选择同样不设具体要求，用于环氧树脂的任何已知的固化促进剂均可以使用，如叔胺类化合物、咪唑化合物、季铵盐、有机金属盐、磷化合物(例如三苯基膦和四苯基硼酸四苯基磷鎓)、二氮二杂环烯烃(例如1，8-二氮二杂环[5，4，0]十一烷烯-7)中的任意一种或几种的混合物。这些固化促进剂中优选磷化合物和1，8-二氮二杂环[5，4，0]十一烷烯-7。
任何磷-氮系膨胀型阻燃剂均可以为本发明所用。优选地，所述的膨胀型阻燃剂为多聚磷酸铵体系，聚磷酸铵/季戊四醇/三聚氰胺体系。
在一个实施方案中，所述的膨胀型阻燃剂由聚合度在1000以上的多聚磷酸胺、双季戊四醇及磷酸三聚氰胺组成，多聚磷酸胺、双季戊四醇及磷酸三聚氰胺的重量配比为1∶3∶2、1∶3∶1或2∶3∶1。
在另外实施方式中，单组份磷-氮系膨胀型阻燃剂可以达到。
本发明进一步提出了上述环氧树脂基金属热加工保护涂料的制备方法，包括将其所含的组分按照重量份数比混合均匀后包装即得。
本发明的优点和有益效果主要是：
(1)环氧树脂基体与金属材料表面有优良的粘接性，可以满足不同工艺条件下坯锭的存放要求；
(2)在较低温度段，固化后的环氧树脂形成连续涂层，保护金属表面；在高温度段，膨胀型阻燃剂分解，形成致密的炭层，保护金属表面。
具体实施方式
下面通过具体的实施例详细说明本发明。
实施例1
本实施例的环氧树脂基金属热加工保护涂料由如下组分制备而成：
618环氧树脂60份，593固化剂20份，1，8-二氮二杂环[5，4，0]十一烷烯-75份，多聚磷酸铵膨胀型阻燃剂40份。
制备方法：将上述组分混合均匀后包装即得。
经检测，制备的环氧树脂基金属热加工保护涂料在1000℃，6h后无氧化皮、腐蚀现象，金属热处理后涂层自动脱落，涂层无开裂，涂层附着力为14.6MPa。
实施例2
本实施例的环氧树脂基金属热加工保护涂料由如下组分制备而成：
616环氧树脂50份，701固化剂30份，三苯基膦8份，多聚磷酸铵膨胀型阻燃剂30份。
制备方法：将上述组分混合均匀后包装即得。
经检测，制备的环氧树脂基金属热加工保护涂料在900℃，7h后无氧化皮、腐蚀现象，金属热处理后涂层自动脱落，涂层无开裂，涂层附着力为15.7MPa。
实施例3
本实施例的环氧树脂基金属热加工保护涂料由如下组分制备而成：
615环氧树脂40份，702固化剂20份，固化促进剂0份，膨胀型阻燃剂30份，其中，膨胀型阻燃剂由聚合度在1000以上的多聚磷酸胺、双季戊四醇及磷酸三聚氰胺组成，多聚磷酸胺、双季戊四醇及磷酸三聚氰胺的重量配比为1∶3∶2。
制备方法：将上述组分混合均匀后包装即得。
经检测，制备的环氧树脂基金属热加工保护涂料在900℃，6h后无氧化皮、腐蚀现象，金属热处理后涂层自动脱落，涂层无开裂，涂层附着力为10.8MPa
实施例4
本实施例的环氧树脂基金属热加工保护涂料由如下组分制备而成：
618环氧树脂20份，703固化剂10份，1，8-二氮二杂环[5，4，0]十一烷烯-71份，膨胀型阻燃剂10份，其中，膨胀型阻燃剂由聚合度在1000以上的多聚磷酸胺、双季戊四醇及磷酸三聚氰胺组成，多聚磷酸胺、双季戊四醇及磷酸三聚氰胺的重量配比为2∶3∶1。
制备方法：将上述组分混合均匀后包装即得。
经检测，制备的环氧树脂基金属热加工保护涂料在1000℃，6h后无氧化皮、腐蚀现象，金属热处理后涂层自动脱落，涂层无开裂，涂层附着力为13.3MPa。
实施例5
本实施例的环氧树脂基金属热加工保护涂料由如下组分制备而成：
616环氧树脂60份，702固化剂50份，三苯基膦10份，膨胀型阻燃剂40份，其中，膨胀型阻燃剂由聚合度在1000以上的多聚磷酸胺、双季戊四醇及磷酸三聚氰胺组成，多聚磷酸胺、双季戊四醇及磷酸三聚氰胺的重量配比为1∶3∶1。
制备方法：将上述组分混合均匀后包装即得。
经检测，制备的环氧树脂基金属热加工保护涂料在900℃，6h后无氧化皮、腐蚀现象，金属热处理后涂层自动脱落，涂层无开裂，涂层附着力为14.1MPa。

Claims (7)

1.一种环氧树脂基金属热加工保护涂料，其特征在于，其包含如下重量份数的组分：环氧树脂20～60份，固化剂10～50份，固化促进剂0～10份，膨胀型阻燃剂10～40份，其中，所述的环氧树脂体系为常温下为液体，可常温固化或在固化促进剂作用下可常温固化的环氧树脂体系。
2.根据权利要求1所述的环氧树脂基金属热加工保护涂料，其特征在于，其包含如下重量份数的组分：环氧树脂30～50份，固化剂40～60份，固化促进剂5～8份，膨胀型阻燃剂30～35份。
3.根据权利要求1所述的环氧树脂基金属热加工保护涂料，其特征在于，所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的环氧树脂基金属热加工保护涂料，其特征在于，所述的固化剂为胺类固化剂。
5.根据权利要求1所述的环氧树脂基金属热加工保护涂料，其特征在于，所述的固化促进剂为叔胺类化合物、咪唑化合物、季铵盐、有机金属盐、磷化合物、二氮二杂环烯烃中的任意一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的环氧树脂基金属热加工保护涂料，其特征在于，所述的膨胀型阻燃剂为磷-氮系膨胀型阻燃剂。
7.权利要求1所述的环氧树脂基金属热加工保护涂料的制备方法，其特征在于，将权利要求1所述的组分按照重量份数比混合均匀后包装即得。
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