CN106085130B - 水性钛-钢防粘结涂料及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种防止金属间粘结的涂料，具体涉及一种水性钛‑钢防粘结涂料及其在钛锭制备过程中的应用。本发明水性钛‑钢防粘结涂料，含有以下重量份成分：水性成膜剂50～150份，Al粉400～450份，Al2O3粉400～450份，Fe2O3粉0～50份。本发明涂层能保证钛管在900℃轧制或穿孔过程中，不与钢铁设备轧辊或绞盘发生粘结反应，提高钛材加工的成材率和生产效率；工艺简单、易操作，涂料环保无污染，制备方法简单。

Description

水性钛-钢防粘结涂料及其应用
技术领域
本发明涉及一种防止金属间粘结的涂料，具体涉及一种水性钛-钢防粘结涂料及其在钛锭制备过程中的应用。
背景技术
目前国内厂家使用钛锭圆坯生产钛管过程中没有报道使用耐高温钛-钢防粘结涂层；钛锭圆坯900℃在加热炉中保温4h以上，才能推出加热炉，进行钛管的轧制工作。由于钛及其合金在高温900℃保温4h后，在与钢铁轧制设备、辊道和轧制绞盘发生“粘钛”现象，这使钛管表面出现不同深度的“缺肉”现象，由于在轧制钛管时是转动穿孔、轧制，钛坯是在高速转动过程中进行穿孔轧制的，由于钛基钛合金高温特性作用，其很容易和铁发生粘敷现象，甚者可生成TiFe相。如果钛管表面生成TiFe相会严重影响钛材表面力学性能及组织，使钛管在后续加工及使用过程中带来各种缺陷、损耗、不耐腐蚀等缺陷问题；另外，由于“设备粘钛”导致在后续的轧制过程中要先打磨设备才能再次轧制后续钛坯。不能连续轧制钛管或钛材产品，浪费大量的时间和能耗；同时，为保证钛管的内、外径尺寸精度及表面质量，国内厂家都是将其进行切削处理，这样损失较大，由于钛锭是由海绵钛反应制的，将钛管内、外部分切削掉，严重影响钛材的成本及成材率，故进行耐高温钛-钢防粘结涂层的保护工作非常有必要。
申请号为“201410238452.3”，发明名称为“耐高温保护涂料及其应用以及钛锭的生产方法”，公开了一种用于钛锭表面，防止钛锭被氧化的耐高温保护涂料，其化学成分为：重量比为1:0.0 1～0.1的Al粉和Fe粉，主要解决的技术问题是防止钛锭表面溶氧层和裂纹的形成，来达到降低生产成本的目的。
申请号为“201410236098.0”，发明名称为“水性耐高温涂料及其应用以及钛锭的生产方法”，公开了一种也是直接用于钛锭表面，防止钛锭表面被氧化的水溶性耐高温涂料，该涂料的化学成分为：重量比分别为1:0.01～0.1:0.01～0.1:0.01～0.1的Al粉、Zn粉、Fe粉和Sn粉。主要解决的技术问题也是防止钛锭表面溶氧层和裂纹的形成，来达到降低生产成本的目的。
可见，现有技术都是在钛锭进行退火处理前，喷涂在钛锭表面，对每一个钛锭表面都要进行喷涂处理，再加上喷涂后涂料需要一定时间干燥，这样制备工艺就变得复杂，制备时间特别长，不能连续化高效生产；而在钛管的轧制过程中，由于钛锭的变形，在钛锭表面喷涂该涂料以防止钛-钢粘结的效果不佳。若直接将该涂料喷涂于轧制绞盘表面，由于绞盘与钛锭的材质不同，成膜以及附着效果较差，无法很好的防止钛-钢粘结。
因此，为了解决上述问题，需要一种工艺简单，节能环保，可以连续化、高效制备钛管，有效降低缺陷损失和生产成本，还能防止设备损坏的耐高温防粘结涂料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在钛管轧制过程中，可以减少钛管表面缺陷，降低生产成本，提高钛管表面质量，可以连续化生产的水性耐高温防粘结涂料。
本发明水性钛-钢防粘结涂料，含有以下重量份成分：水性成膜剂50～150份，Al粉400～450份，Al2O3粉400～450份，Fe2O3粉0～50份。
进一步的，作为更优选的技术方案，上述水性钛-钢防粘结涂料，含有以下重量份成分：水性成膜剂50～150份，Al粉400～450份，Al2O3粉400～450份，Fe2O3粉10～50份；更优选含有以下重量份成分：水性成膜剂100份，Al粉400份，Al2O3粉450份，Fe2O3粉50份。
进一步的，作为更优选的技术方案，上述水性钛-钢防粘结涂料，还含有以下重量份成分：固化剂1～2份，分散剂0.5～1份，水1～5份；更优选含有以下重量份成分：固化剂1份，分散剂0.5份，水5份。
进一步的，作为更优选的技术方案，上述水性钛-钢防粘结涂料，优选由以下重量份成分组成：水性成膜剂50～150份，Al粉400～450份，Al2O3粉400～450份，Fe2O3粉10～50份，固化剂1～2份，分散剂0.5～1份，水1～5份；更优选由以下重量份成分组成：水性成膜剂100份，Al粉400份，Al2O3粉450份，Fe2O3粉50份，固化剂1份，分散剂0.5份，水5份。
上述水性钛-钢防粘结涂料，其中所述水性成膜剂为环氧树脂、水性聚氨酯漆、水性丙烯酸乳胶漆、水性醇酸漆中的至少一种。
上述水性钛-钢防粘结涂料，其中所述固化剂为SiO2、水玻璃、Al2(HPO4)3中的至少一种，优选为SiO2；所述分散剂为聚乙烯醇、水解马来酸酐、硬脂酸钡中的至少一种，优选为聚乙烯醇。
进一步的，作为更优选的技术方案，上述水性钛-钢防粘结涂料，其中所述水性钛-钢防粘结涂料的pH值为7.5～9.5；固含量为85～90％，优选为87％。
本发明还提供一种水性钛-钢防粘结涂料在钛管轧制中的应用。
上述水性钛-钢防粘结涂料在钛管轧制中的应用，在室温下，将水性钛-钢防粘结涂料涂覆在钢铁设备表面、轧辊表面或绞盘表面，形成0.2～0.4mm厚的膜层；优选为0.3mm。
上述水性钛-钢防粘结涂料在钛管轧制中的应用，采用气压喷涂、真空喷涂或者手工刷涂的方式进行涂覆。
相比于现有技术，本发明还具有如下有益效果：
(1)本发明涂层能保证钛管在900℃轧制或穿孔过程中，不与钢铁设备轧辊或绞盘发生粘结反应，提高钛材加工的成材率和生产效率；
(2)本发明使用生产工艺简单、易操作，可以在装有气压喷涂、真空喷涂和刷涂设备的生产线上使用；
(3)本产品为水性环保耐高温防粘结涂料，涂料中不含有RoHS质量中限制的有害元素，同时，本品在空气中没有有毒物质挥发，不影响施工环境等的环保功效；
(4)本发明水性钛-钢防粘结涂料可以使用时现场配制，配制时间段，简单可行；也可以配制生产后，室温下，涂料稳定放置稳定性可达到6个月以上。
具体实施方式
本发明水性钛-钢防粘结涂料，含有以下重量份成分：水性成膜剂50～150份，Al粉400～450份，Al2O3粉400～450份，Fe2O3粉0～50份。
进一步的，作为更优选的技术方案，上述水性钛-钢防粘结涂料，含有以下重量份成分：水性成膜剂50～150份，Al粉400～450份，Al2O3粉400～450份，Fe2O3粉10～50份；更优选含有以下重量份成分：水性成膜剂100份，Al粉400份，Al2O3粉450份，Fe2O3粉50份。
进一步的，作为更优选的技术方案，上述水性钛-钢防粘结涂料，还含有以下重量份成分：固化剂1～2份，分散剂0.5～1份，水1～5份；更优选含有以下重量份成分：固化剂1份，分散剂0.5份，水5份。
进一步的，作为更优选的技术方案，上述水性钛-钢防粘结涂料，优选由以下重量份成分组成：水性成膜剂50～150份，Al粉400～450份，Al2O3粉400～450份，Fe2O3粉10～50份，固化剂1～2份，分散剂0.5～1份，水1～5份；更优选由以下重量份成分组成：水性成膜剂100份，Al粉400份，Al2O3粉450份，Fe2O3粉50份，固化剂1份，分散剂0.5份，水5份。
上述水性钛-钢防粘结涂料，其中所述水性成膜剂为环氧树脂、水性聚氨酯漆、水性丙烯酸乳胶漆、水性醇酸漆中的至少一种。
上述水性钛-钢防粘结涂料，其中所述固化剂为SiO2、水玻璃、Al2(HPO4)3中的至少一种，优选为SiO2；所述分散剂为聚乙烯醇、水解马来酸酐、硬脂酸钡中的至少一种，优选为聚乙烯醇。
进一步的，作为更优选的技术方案，上述水性钛-钢防粘结涂料，其中所述水性钛-钢防粘结涂料的pH值为7.5～9.5；固含量为85～90％，优选为87％，这样能保证轧制设备表面形成均匀的高温防粘结保护膜层。
本发明还提供一种水性钛-钢防粘结涂料在钛管轧制中的应用。
上述水性钛-钢防粘结涂料在钛管轧制中的应用，在室温下，将水性钛-钢防粘结涂料涂覆在钢铁设备表面、轧辊表面或绞盘表面，形成0.2～0.4mm厚的膜层；优选为0.3mm。当膜层附着量不到0.20mm时，在轧制或穿孔过程中，钛锭旋转、粘贴造成涂层附着量厚度逐渐降低，所以要保证有足够的涂层厚度，防止被钛管全部粘掉，得不到充分的耐高温氧化保护。若膜层附着量超过0.40mm时，成本升高。
上述水性钛-钢防粘结涂料在钛管轧制中的应用，采用气压喷涂、真空喷涂或者手工刷涂的方式进行涂覆在钢铁设备表面、轧辊表面或者绞盘表面后，形成的膜层在室温下，5～10min内快速固化；由于固体份高，不会出现膜层流淌、流挂等现象，涂层附着性非常好，无论是在湿膜下还是干膜时，涂层附着性都能满足钛锭辊道振动机摩擦的需要，不会出现涂层掉皮或掉粉现象；对于涂敷方法、干燥方法等没有特别限定，涂覆方式可以根据现场实际情况需要进行相应施工方式。
本发明水性钛-钢防粘结涂料的制备方法无特殊要求，可以采用本领域常用的各种方法，只要将各组分混合均匀即可，可现用现配。但本发明的发明人在研究中发现，优选采用如下方法制备水性钛-钢防粘结涂料，能够使各组分混合得更均匀。具体方法为：先将水性水性成膜剂与水混合进行稀释，然后在搅拌下，缓慢加入铝粉、三氧化二铁粉和三氧化二铝粉，然后再加入固化剂，搅拌均匀，再加入分散剂，搅拌至呈均匀稳定相即可。
固化过程中，仅需除去附着在镀层表面的水分，因而不需要再添加任何促进剂，主要固化方式是自然固化，为了节约固化时间，也可以使用热风干燥或感应加热等方法，涂层固化后，涂层不会出现掉粉和龟裂现象。
本发明制备的涂料耐高温原理为：当温度达到900℃时，有机涂层开始缓慢被燃烧掉，但是Fe开始慢慢熔化变软，此时能把涂层中的Al粉和Al2O3粉固定在轧辊或绞盘表面，起到隔热的作用；涂层中的Al粉与Ti发生合金化反应，形成TiAl3合金层，该层物质非常致密，能隔绝机体钛和外界(钢铁)铁元素等物质发生粘结反应，达到防治发生钛-钢粘结的作用。
耐高温防钛-钢粘结涂料使用的温度没有特别限制，但由于本发明的处理剂的溶剂是水，保证水不结冰及汽化的温度条件即可，在常温下使用。
本发明一种耐高温防钛-钢粘结涂料，在线直接喷涂在轧制绞盘表面，能迅速固化，形成自干型涂层，该涂层能保证钛管在900℃高温下，表面不与钢铁表面发生粘结生成TiFe相，能有效降低生产成本和提高生产效益，更主要的提高产品精度尺寸和表面质量；本发明提供的相应涂装工艺技术具有良好的经济效益、社会效益和广阔的推广应用前景。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
按照表1中各原料及其重量配比制备水性钛-钢防粘结涂料：
表1水性钛-钢防粘结涂料的原料及其配比
其中，K1～K4为实验组，D1～D2为对照组，另设置一个空白对照组D3(即不涂涂料直接轧制)，且其中水性成膜剂为环氧树脂(固含量为50％)；固化剂为SiO2，分散剂为聚乙烯醇。本发明制备的水性钛-钢防粘结涂料pH值为7.5～9.5；固含量为85～90％。
其制备方法为：在常温常压下，将水性成膜剂、Al粉、Fe2O3粉、Al2O3粉，加入到容器中，加入过程中不断搅拌，搅拌均匀后加入固化剂、分散剂和水，搅拌均匀，待溶液呈均匀稳定相，即得水性钛-钢防粘结涂料。
将上述各组制备的水性钛-钢防粘结涂料采用气压喷涂、真空喷涂或者手工刷涂的方式进行涂覆在钢铁设备表面、轧辊表面或者绞盘表面后，在室温下自然干燥、固化10～15min，得到厚度为0.2～0.4mm的膜层。在900℃下进行钛管轧制。轧制后得到的钛管表面质量良好，钛管与轧辊、绞盘等不黏连，具体对比情况如下：
表2水性钛-钢防粘结涂料及对照组测试性能
从表2中可以看出，采用实施例1～4的涂料涂覆设备，轧制后得到的钛管表面质量良好，钛管与轧辊、绞盘等几乎不粘结。不涂覆任何涂料(即空白对照组D3)的轧辊或绞盘，轧制后得到的钛管，钛管表面缺陷严重，设备也会有一定程度的粘钛，需要打磨后才能继续使用。采用D1和D2的涂料涂覆设备，轧制后的钛管表面缺陷率依旧较高，不能很好的防止钛钢粘结。
设计年产1万吨产能，以每个钛锭(坯子)1.5吨计算，每年要生产6300个左右的钛坯锭，以每个钛锭出现钛钢粘结5mm～20mm深度计算，每个钛锭要切削掉100～200公斤，以钛锭80000元/吨计算，每个钛锭因粘钛切削部分损失在8000～16000元之间，同时，还要花费大量的人力、物力进行切削，额外增加生产成本和生产时间，而采用本技术，将为钛管及其他钛合金产品的生产节约大量的生产成本，以每个钛锭轧制过程中使用涂料2～5kg计算，每涂料价格按20万/吨计算，本技术的新增效益见下式所示：
W-每年钛锭的生产量：以1万吨计算，约每年生产6300个钛锭；
A-每个钛锭因粘钛-钢层问题切削的量：按50Kg计算/钛锭；
P1-钛锭的成本：80元/Kg；
W1-喷涂耐高温防粘结涂层的消耗量，3Kg/锭；
P2-每吨耐高温防粘结涂层价格：按200元/Kg计算；
Y-每年采用本技术产生的新增效益：
则：
Y＝(P1×A-W1×P2)×W
＝(4000-600)×6300
＝2142(万元)
可见，本发明提供的涂料具有良好的经济效益、社会效益和广阔的推广应用前景。

Claims (11)

1.水性钛-钢防粘结涂料，其特征在于：由以下重量份成分组成：水性成膜剂50～150份，Al粉400～450份，Al2O3粉400～450份，Fe2O3粉10～50份，固化剂1～2份，分散剂0.5～1份，水1～5份；其中，所述水性钛-钢防粘结涂料涂覆在钢铁设备表面、轧辊表面或绞盘表面。
2.根据权利要求1所述水性钛-钢防粘结涂料，其特征在于：水性成膜剂100份，Al粉400份，Al2O3粉450份，Fe2O3粉50份，固化剂1份，分散剂0.5份，水5份。
3.根据权利要求1或2所述水性钛-钢防粘结涂料，其特征在于：所述水性成膜剂为环氧树脂、水性聚氨酯漆、水性丙烯酸乳胶漆、水性醇酸漆中的至少一种。
4.根据权利要求1或2所述水性钛-钢防粘结涂料，其特征在于：所述固化剂为SiO2、水玻璃、Al2(HPO4)3中的至少一种；所述分散剂为聚乙烯醇、水解马来酸酐、硬脂酸钡中的至少一种。
5.根据权利要求4所述水性钛-钢防粘结涂料，其特征在于：所述固化剂为SiO2；所述分散剂为聚乙烯醇。
6.根据权利要求1或2所述水性钛-钢防粘结涂料，其特征在于：所述水性钛-钢防粘结涂料的pH值为7.5～9.5；固含量为85～90％。
7.根据权利要求6所述水性钛-钢防粘结涂料，其特征在于：固含量为87％。
8.权利要求1～7任一项所述水性钛-钢防粘结涂料在钛管轧制中的应用。
9.根据权利要求8所述应用，其特征在于：在室温下，将水性钛-钢防粘结涂料涂覆在钢铁设备表面、轧辊表面或绞盘表面，形成0.2～0.4mm厚的膜层。
10.根据权利要求9所述应用，其特征在于：膜层厚度为0.3mm。
11.根据权利要求8所述应用，其特征在于：采用气压喷涂、真空喷涂或者手工刷涂的方式进行涂覆。
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