CN107513747A - 一种搪瓷涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种搪瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：步骤1：金属基体的预处理，将金属基体在950‑980℃保温20‑40min进行脱碳，将脱碳处理后的金属基体放入酸溶液中,酸洗直至获得洁净的金属表面时取出,然后用清水反复冲洗以去除表面残留酸液,最后将金属基体置于200‑300℃温度下快速烘干并放于干燥无污染处备用；步骤2：瓷釉粉料的制备；步骤3：瓷浆的调制；步骤4：涂搪和烧制。本发明简化生产工艺，提高生产效率，采用电泳法形成均匀、低孔隙率的搪瓷釉料预置涂层，涂层组织均匀、致密，氧化物颗粒小，晶粒细化，涂层宏观表面平整光滑富有光泽，有效减少裂纹、成块脱落现象。
Description
技术领域
本发明涉及搪瓷涂层制备技术领域，尤其涉及一种搪瓷涂层的制备方法。
背景技术
搪瓷是涂烧在金属底坯表面上的无机玻璃瓷釉。在金属表面进行瓷釉涂搪可以防止金属生锈，使金属在受热时不至于在表面形成氧化层并且能抵抗各种液体的侵蚀。常规的搪瓷涂层都较薄,主要保护基体金属不受高温腐蚀；而高温强度主要由基体金属本身承担。由于基体金属和防护涂层可以单独设计，所以施加防护涂层的金属部件既保持了金属的高温强度，表面又具有优异的耐高温腐蚀性能,特别适用于要求抗高温腐蚀性能的场合。
目前，搪瓷涂层的生产基本延续了传统制备技术，其基本过程是：搪瓷的洁净；涂搪釉浆；烘干釉浆；窑炉中烧成瓷釉。但是由于搪瓷涂层和金属基体的热膨胀系数并不完全匹配，涂层和基体的结合不是很牢固，长期使用会出现裂纹，开裂严重甚至发生瓷釉成块地从金属基体上脱落的现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种搪瓷涂层的制备方法，简化生产工艺，提高生产效率，采用电泳法形成均匀、低孔隙率的搪瓷釉料预置涂层，涂层组织均匀、致密，氧化物颗粒小，晶粒细化，涂层宏观表面平整光滑富有光泽，有效减少裂纹、成块脱落现象。
根据本发明实施例的一种搪瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：金属基体的预处理；
将金属基体在950-980℃保温20-40min进行脱碳，将脱碳处理后的金属基体放入酸溶液中,酸洗直至获得洁净的金属表面时取出, 然后用清水反复冲洗以去除表面残留酸液,最后将金属基体置于 200-300℃温度下快速烘干并放于干燥无污染处备用；
步骤2：瓷釉粉料的制备；
按重量份为二氧化硅35-55份、三氧化二硼10-15份、氧化铝 10-15份、氧化锂1-3份、氧化钾0.5-1.5份、钒1-2份、氟化钙1-2 份、氧化钴1-2份、氧化镍0.5-1.5份、氧化锌1-2份、三氧化钼 0.5-1.5份、氧化铁1-3份、稀土元素氧化物0.1-0.5份的原料混合研磨均匀，加入温度为700-900℃的炉内保温0.4-0.6h，然后转移至高温电阻炉中，升温至1200-1300℃，保温1-2h获得均匀的熔融瓷釉料，保温完毕后，立即将熔融瓷釉料倒入冷水中，使熔融瓷釉料急冷而获得瓷釉碎块，烘干的瓷釉碎块球磨12-24h后过300目筛得到瓷釉粉料；
步骤3：瓷浆的调制；
用无水酒精将步骤2中得到的瓷釉粉料调成浆液，静置陈化24h 后将陈化后的瓷浆用无水酒精进行调配得到瓷浆悬浮液；
步骤4：涂搪和烧制：
将瓷浆悬浮液加入电泳槽中搅拌均匀后加入金属基体，通电电压为100-220V,通电时间为0.1-0.2h，获得均匀、低孔隙率的搪瓷釉料预置涂层，将其烘干后在850-900℃烧结30-40min即得到致密的搪瓷涂层。
在上述方案基础上，所述步骤1中所述的酸溶液为浓度为18-20％盐酸溶液。
在上述方案基础上，所述步骤2中原料还包括硝酸盐0.5-1.5份、过锰酸钾0.5-1.5份。
在上述方案基础上，所述硝酸盐为硝酸钠和硝酸钾，硝酸钠和硝酸钾重量比为1：1。
在上述方案基础上，包括以下步骤：
步骤1：金属基体的预处理；
将金属基体在950-960℃保温20-30min进行脱碳，将脱碳处理后的金属基体放入酸溶液中,酸洗直至获得洁净的金属表面时取出, 然后用清水反复冲洗以去除表面残留酸液,最后将金属基体置于 200-280℃温度下快速烘干并放于干燥无污染处备用；
步骤2：瓷釉粉料的制备；
按重量份为二氧化硅35-50份、三氧化二硼10-12份、氧化铝 10-12份、氧化锂1-2份、氧化钾0.5-1份、钒1-1.5份、氟化钙1-1.5 份、氧化钴1-1.5份、氧化镍0.5-1份、氧化锌1-1.5份、三氧化钼 0.5-1份、氧化铁1-2份、稀土元素氧化物0.1-0.2份的原料混合研磨均匀，加入温度为700-800℃的炉内保温0.4-0.6h，然后转移至高温电阻炉中，升温至1200-1300℃，保温1-2h获得均匀的熔融瓷釉料，保温完毕后，立即将熔融瓷釉料倒入冷水中，使熔融瓷釉料急冷而获得瓷釉碎块，烘干的瓷釉碎块球磨12-18h后过300目筛得到瓷釉粉料；
步骤3：瓷浆的调制；
用无水酒精将步骤2中得到的瓷釉粉料调成浆液，静置陈化24h 后将陈化后的瓷浆用无水酒精进行调配得到瓷浆悬浮液；
步骤4：涂搪和烧制：
将瓷浆悬浮液加入电泳槽中搅拌均匀后加入金属基体，通电电压为100-220V,通电时间为0.1-0.2h，获得均匀、低孔隙率的搪瓷釉料预置涂层，将其烘干后在850-880℃烧结30-35min即得到致密的搪瓷涂层。
在上述方案基础上，步骤1中所述的金属基体为低碳钢Q235，尺寸为30mm×30mm×2mm。
在上述方案基础上，所述步骤2中稀土元素氧化物为二氧化铈。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：二氧化硅为基体剂是瓷釉中的骨架组分，可以显著提高釉料的热稳定性、化学稳定性，同时开可以提高釉料高温粘度，三氧化二硼同样可以提高瓷釉的稳定性，而且可以降低粉料的烧结温度，此外还有增强底釉结合性的作用；氧化锂、氧化钾、钒、氟化钙在瓷釉的熔制过程中起加速高熔点氧化物晶体如二氧化硅的结构键断裂过程以及使瓷釉出现低共荣点的氧化物或化合物，同时起到调整瓷釉物理化学性能的作用；氧化钴、氧化镍、三氧化钼、氧化铁用作密着剂提高瓷釉与金属基体的结合力；硝酸盐、过锰酸钾用作氧化剂在瓷釉的熔制过程中能够提供氧原子，以防熔制过程中某些氧化物发生还原；瓷釉熔制过度，研磨过细，涂层太厚，烧成过急。添加氧化锌，可以克服这种缺陷；稀土元素氧化物可增强电泳效果；采用电泳法，电泳涂料在施加于阴阳两极的电压作用下，带电荷涂料移动到阴极并与阴极表面产生碱性作用，从而沉积于工件表面，形成均匀、低孔隙率的预置涂层，烘干烧结后形成的搪瓷涂层的涂层组织均匀、致密，氧化物颗粒小，晶粒细化，涂层宏观表面平整光滑富有光泽，有效减少裂纹、成块脱落现象。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供了一种搪瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：金属基体的预处理；
将金属基体在950℃保温20min进行脱碳，将脱碳处理后的金属基体放入浓度为18％盐酸溶液中,酸洗直至获得洁净的金属表面时取出,然后用清水反复冲洗以去除表面残留酸液,最后将金属基体置于 200℃温度下快速烘干并放于干燥无污染处备用；
步骤2：瓷釉粉料的制备；
按重量份为二氧化硅35份、三氧化二硼10份、氧化铝10份、氧化锂1份、氧化钾0.5份、钒1份、氟化钙1份、氧化钴1份、氧化镍0.5份、氧化锌1份、三氧化钼0.5份、氧化铁1份、稀土元素氧化物0.1份、硝酸盐0.5份、过锰酸钾0.5份的原料混合研磨均匀，加入温度为700℃的炉内保温0.4h，然后转移至高温电阻炉中，升温至1200℃，保温1-2h获得均匀的熔融瓷釉料，保温完毕后，立即将熔融瓷釉料倒入冷水中，使熔融瓷釉料急冷而获得瓷釉碎块，烘干的瓷釉碎块球磨12h后过300目筛得到瓷釉粉料；
步骤3：瓷浆的调制；
用无水酒精将步骤2中得到的瓷釉粉料调成浆液，静置陈化24h 后将陈化后的瓷浆用无水酒精进行调配得到瓷浆悬浮液；
步骤4：涂搪和烧制：
将瓷浆悬浮液加入电泳槽中搅拌均匀后加入金属基体，通电电压为100V,通电时间为0.1h，获得均匀、低孔隙率的搪瓷釉料预置涂层，将其烘干后在850℃烧结30min即得到致密的搪瓷涂层。
在上述方案基础上，所述硝酸盐为硝酸钠和硝酸钾，硝酸钠和硝酸钾重量比为1：1，步骤1中所述的金属基体为低碳钢Q235，尺寸为30mm×30mm×2mm，所述步骤2中稀土元素氧化物为二氧化铈。
实施例2
本实施例提供了一种搪瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：金属基体的预处理；
将金属基体在960℃保温25min进行脱碳，将脱碳处理后的金属基体放入浓度为18％盐酸溶液中,酸洗直至获得洁净的金属表面时取出,然后用清水反复冲洗以去除表面残留酸液,最后将金属基体置于220℃温度下快速烘干并放于干燥无污染处备用；
步骤2：瓷釉粉料的制备；
按重量份为二氧化硅40份、三氧化二硼11份、氧化铝11份、氧化锂1.5份、氧化钾0.7份、钒1.2份、氟化钙1.2份、氧化钴 1.2份、氧化镍0.7份、氧化锌1.2份、三氧化钼0.7份、氧化铁1.3 份、稀土元素氧化物0.2份、硝酸盐0.7份、过锰酸钾0.7份的原料混合研磨均匀，加入温度为750℃的炉内保温0.4h，然后转移至高温电阻炉中，升温至1220℃，保温1.2h获得均匀的熔融瓷釉料，保温完毕后，立即将熔融瓷釉料倒入冷水中，使熔融瓷釉料急冷而获得瓷釉碎块，烘干的瓷釉碎块球磨14h后过300目筛得到瓷釉粉料；
步骤3：瓷浆的调制；
用无水酒精将步骤2中得到的瓷釉粉料调成浆液，静置陈化24h 后将陈化后的瓷浆用无水酒精进行调配得到瓷浆悬浮液；
步骤4：涂搪和烧制：
将瓷浆悬浮液加入电泳槽中搅拌均匀后加入金属基体，通电电压为120V,通电时间为0.1h，获得均匀、低孔隙率的搪瓷釉料预置涂层，将其烘干后在860℃烧结32min即得到致密的搪瓷涂层。
在上述方案基础上，所述硝酸盐为硝酸钠和硝酸钾，硝酸钠和硝酸钾重量比为1：1，步骤1中所述的金属基体为低碳钢Q235，尺寸为30mm×30mm×2mm，所述步骤2中稀土元素氧化物为二氧化铈。
实施例3
本实施例提供了一种搪瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：金属基体的预处理；
将金属基体在965℃保温30min进行脱碳，将脱碳处理后的金属基体放入浓度为19％盐酸溶液中,酸洗直至获得洁净的金属表面时取出,然后用清水反复冲洗以去除表面残留酸液,最后将金属基体置于 250℃温度下快速烘干并放于干燥无污染处备用；
步骤2：瓷釉粉料的制备；
按重量份为二氧化硅45份、三氧化二硼13份、氧化铝13份、氧化锂2份、氧化钾1份、钒1.5份、氟化钙1.5份、氧化钴1.5份、氧化镍1份、氧化锌1.5份、三氧化钼1份、氧化铁2份、稀土元素氧化物0.3份、硝酸盐1份、过锰酸钾1份的原料混合研磨均匀，加入温度为800℃的炉内保温0.5h，然后转移至高温电阻炉中，升温至 1250℃，保温1-2h获得均匀的熔融瓷釉料，保温完毕后，立即将熔融瓷釉料倒入冷水中，使熔融瓷釉料急冷而获得瓷釉碎块，烘干的瓷釉碎块球磨18h后过300目筛得到瓷釉粉料；
步骤3：瓷浆的调制；
用无水酒精将步骤2中得到的瓷釉粉料调成浆液，静置陈化24h 后将陈化后的瓷浆用无水酒精进行调配得到瓷浆悬浮液；
步骤4：涂搪和烧制：
将瓷浆悬浮液加入电泳槽中搅拌均匀后加入金属基体，通电电压为160V,通电时间为0.15h，获得均匀、低孔隙率的搪瓷釉料预置涂层，将其烘干后在880℃烧结35min即得到致密的搪瓷涂层。
在上述方案基础上，所述硝酸盐为硝酸钠和硝酸钾，硝酸钠和硝酸钾重量比为1：1，步骤1中所述的金属基体为低碳钢Q235，尺寸为30mm×30mm×2mm，所述步骤2中稀土元素氧化物为二氧化铈。
实施例4
本实施例提供了一种搪瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：金属基体的预处理；
将金属基体在970℃保温35min进行脱碳，将脱碳处理后的金属基体放入浓度为20％盐酸溶液中,酸洗直至获得洁净的金属表面时取出,然后用清水反复冲洗以去除表面残留酸液,最后将金属基体置于 290℃温度下快速烘干并放于干燥无污染处备用；
步骤2：瓷釉粉料的制备；
按重量份为二氧化硅50份、三氧化二硼14份、氧化铝14份、氧化锂2.5份、氧化钾1.2份、钒1.8份、氟化钙1.8份、氧化钴 1.8份、氧化镍1.2份、氧化锌1.8份、三氧化钼1.2份、氧化铁2.5 份、稀土元素氧化物0.4份、硝酸盐1.2份、过锰酸钾1.2份的原料混合研磨均匀，加入温度为880℃的炉内保温0.6h，然后转移至高温电阻炉中，升温至1280℃，保温2h获得均匀的熔融瓷釉料，保温完毕后，立即将熔融瓷釉料倒入冷水中，使熔融瓷釉料急冷而获得瓷釉碎块，烘干的瓷釉碎块球磨22h后过300目筛得到瓷釉粉料；
步骤3：瓷浆的调制；
用无水酒精将步骤2中得到的瓷釉粉料调成浆液，静置陈化24h 后将陈化后的瓷浆用无水酒精进行调配得到瓷浆悬浮液；
步骤4：涂搪和烧制：
将瓷浆悬浮液加入电泳槽中搅拌均匀后加入金属基体，通电电压为200V,通电时间为0.2h，获得均匀、低孔隙率的搪瓷釉料预置涂层，将其烘干后在890℃烧结38min即得到致密的搪瓷涂层。
在上述方案基础上，所述硝酸盐为硝酸钠和硝酸钾，硝酸钠和硝酸钾重量比为1：1，步骤1中所述的金属基体为低碳钢Q235，尺寸为30mm×30mm×2mm，所述步骤2中稀土元素氧化物为二氧化铈。
实施例5
本实施例提供了一种搪瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：金属基体的预处理；
将金属基体在980℃保温40min进行脱碳，将脱碳处理后的金属基体放入浓度为20％盐酸溶液中,酸洗直至获得洁净的金属表面时取出,然后用清水反复冲洗以去除表面残留酸液,最后将金属基体置于 300℃温度下快速烘干并放于干燥无污染处备用；
步骤2：瓷釉粉料的制备；
按重量份为二氧化硅55份、三氧化二硼15份、氧化铝15份、氧化锂3份、氧化钾1.5份、钒2份、氟化钙2份、氧化钴2份、氧化镍1.5份、氧化锌2份、三氧化钼1.5份、氧化铁3份、稀土元素氧化物0.5份、硝酸盐1.5份、过锰酸钾1.5份的原料混合研磨均匀，加入温度为900℃的炉内保温0.6h，然后转移至高温电阻炉中，升温至1300℃，保温2h获得均匀的熔融瓷釉料，保温完毕后，立即将熔融瓷釉料倒入冷水中，使熔融瓷釉料急冷而获得瓷釉碎块，烘干的瓷釉碎块球磨24h后过300目筛得到瓷釉粉料；
步骤3：瓷浆的调制；
用无水酒精将步骤2中得到的瓷釉粉料调成浆液，静置陈化24h 后将陈化后的瓷浆用无水酒精进行调配得到瓷浆悬浮液；
步骤4：涂搪和烧制：
将瓷浆悬浮液加入电泳槽中搅拌均匀后加入金属基体，通电电压为220V,通电时间为0.2h，获得均匀、低孔隙率的搪瓷釉料预置涂层，将其烘干后在900℃烧结40min即得到致密的搪瓷涂层。
在上述方案基础上，所述硝酸盐为硝酸钠和硝酸钾，硝酸钠和硝酸钾重量比为1：1，步骤1中所述的金属基体为低碳钢Q235，尺寸为30mm×30mm×2mm，所述步骤2中稀土元素氧化物为二氧化铈。
通过实施本发明提出的一种搪瓷涂层的制备方法简化生产工艺，提高生产效率，采用电泳法形成均匀、低孔隙率的搪瓷釉料预置涂层，涂层组织均匀、致密，氧化物颗粒小，晶粒细化，涂层宏观表面平整光滑富有光泽，有效减少裂纹、成块脱落现象，其耐腐蚀性能、耐热、耐辐射、以及光、电、热、磁等性能能够达到工作要求，其表面光滑，没有微孔和裂痕。
本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种搪瓷涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：金属基体的预处理；
将金属基体在950-980℃保温20-40min进行脱碳，将脱碳处理后的金属基体放入酸溶液中,酸洗直至获得洁净的金属表面时取出,然后用清水反复冲洗以去除表面残留酸液,最后将金属基体置于200-300℃温度下快速烘干并放于干燥无污染处备用；
步骤2：瓷釉粉料的制备；
按重量份为二氧化硅35-55份、三氧化二硼10-15份、氧化铝10-15份、氧化锂1-3份、氧化钾0.5-1.5份、钒1-2份、氟化钙1-2份、氧化钴1-2份、氧化镍0.5-1.5份、氧化锌1-2份、三氧化钼0.5-1.5份、氧化铁1-3份、稀土元素氧化物0.1-0.5份的原料混合研磨均匀，加入温度为700-900℃的炉内保温0.4-0.6h，然后转移至高温电阻炉中，升温至1200-1300℃，保温1-2h获得均匀的熔融瓷釉料，保温完毕后，立即将熔融瓷釉料倒入冷水中，使熔融瓷釉料急冷而获得瓷釉碎块，烘干的瓷釉碎块球磨12-24h后过300目筛得到瓷釉粉料；
步骤3：瓷浆的调制；
用无水酒精将步骤2中得到的瓷釉粉料调成浆液，静置陈化24h后将陈化后的瓷浆用无水酒精进行调配得到瓷浆悬浮液；
步骤4：涂搪和烧制；
将瓷浆悬浮液加入电泳槽中搅拌均匀后加入金属基体，通电电压为100-220V,通电时间为0.1-0.2h，获得均匀、低孔隙率的搪瓷釉料预置涂层，将其烘干后在850-900℃烧结30-40min即得到致密的搪瓷涂层。
2.根据权利要求1所述的一种搪瓷涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤1中所述的酸溶液为浓度为18-20％盐酸溶液。
3.根据权利要求1所述的一种搪瓷涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤2中原料还包括硝酸盐0.5-1.5份、过锰酸钾0.5-1.5份。
4.根据权利要求3所述的一种搪瓷涂层的制备方法，其特征在于：所述硝酸盐为硝酸钠和硝酸钾，硝酸钠和硝酸钾重量比为1：1。
5.根据权利要求1所述的一种搪瓷涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：金属基体的预处理；
将金属基体在950-960℃保温20-30min进行脱碳，将脱碳处理后的金属基体放入酸溶液中,酸洗直至获得洁净的金属表面时取出,然后用清水反复冲洗以去除表面残留酸液,最后将金属基体置于200-280℃温度下快速烘干并放于干燥无污染处备用；
步骤2：瓷釉粉料的制备；
按重量份为二氧化硅35-50份、三氧化二硼10-12份、氧化铝10-12份、氧化锂1-2份、氧化钾0.5-1份、钒1-1.5份、氟化钙1-1.5份、氧化钴1-1.5份、氧化镍0.5-1份、氧化锌1-1.5份、三氧化钼0.5-1份、氧化铁1-2份、稀土元素氧化物0.1-0.2份的原料混合研磨均匀，加入温度为700-800℃的炉内保温0.4-0.6h，然后转移至高温电阻炉中，升温至1200-1300℃，保温1-2h获得均匀的熔融瓷釉料，保温完毕后，立即将熔融瓷釉料倒入冷水中，使熔融瓷釉料急冷而获得瓷釉碎块，烘干的瓷釉碎块球磨12-18h后过300目筛得到瓷釉粉料；
步骤3：瓷浆的调制；
用无水酒精将步骤2中得到的瓷釉粉料调成浆液，静置陈化24h后将陈化后的瓷浆用无水酒精进行调配得到瓷浆悬浮液；
步骤4：涂搪和烧制：
将瓷浆悬浮液加入电泳槽中搅拌均匀后加入金属基体，通电电压为100-220V,通电时间为0.1-0.2h，获得均匀、低孔隙率的搪瓷釉料预置涂层，将其烘干后在850-880℃烧结30-35min即得到致密的搪瓷涂层。
6.根据权利要求1或5所述的一种搪瓷涂层的制备方法，其特征在于：步骤1中所述的金属基体为低碳钢Q235，尺寸为30mm×30mm×2mm。
7.根据权利要求1或5所述的一种搪瓷涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤2中稀土元素氧化物为二氧化铈。
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