CN109021628B

CN109021628B - 一种可低温粘结高温使用的水性氮化硼涂料

Info

Publication number: CN109021628B
Application number: CN201810761677.5A
Authority: CN
Inventors: 孙家书
Original assignee: Shangqiu Normal University
Current assignee: Shangqiu Normal University
Priority date: 2018-07-12
Filing date: 2018-07-12
Publication date: 2020-09-04
Anticipated expiration: 2038-07-12
Also published as: CN109021628A

Abstract

本发明公开了一种可低温粘结高温使用的水性氮化硼涂料，由以下重量配比的原料制成：六方氮化硼15%‑60%、复合高温粘结剂2%‑15%、羧甲基纤维素1%、增稠剂0.5%、铝酸钴1%、异辛醇0.2%，余量为软化水。制备方法为：常温下，将分散剂羧甲基纤维素、高温粘接剂、增稠剂、高温颜料铝酸钴和软化水混合搅拌成均匀溶液，然后将六方氮化硼和消泡剂异辛醇加入到该溶液中，同时搅拌直至形成均匀的体系。本发明涂料采用水性体系，使用过程中无有害物质挥发，洁净环保，拥有良好的附着性，不开裂、不剥落，有效阻隔了金属熔体与耐火材料表面的直接接触。此外，该涂料具有极好的稳定性能及悬浮能力，高倍稀释下也不改变。

Description

一种可低温粘结高温使用的水性氮化硼涂料

技术领域

本发明涉及金属与合金铸造技术领域，具体涉及一种可低温粘结高温使用的水性氮化硼涂料。

背景技术

由于金属熔体（铝、铜、镁、锌等）与耐火材料之间的润湿作用，铸造完成后，凝固的残留金属液体会与过滤箱、流槽、结晶盘内壁的耐火材料牢固粘接在一起，在清理残留金属料时经常导致耐火材料的脱落和破坏，降低了设备的使用寿命，提高了工人的劳动强度，增加了生产时间。另一方面，脱落的耐火材料小颗粒进入金属熔体中，降低了金属熔体的纯度和表面光洁度，降低了产品质量。

氮化硼涂料作为一种惰性无机耐高温润滑材料，具有极好的高温润滑性，化学惰性，耐酸碱特性。不粘结、不浸润熔融金属液，可以完全保护与熔融铝、镁、铜、锌合金及熔渣直接接触的耐火材料或陶瓷器皿表面，大大延长此类器皿的使用寿命，近年来已经被大规模应用于铸造领域。

然而由于技术保密等原因，有关氮化硼涂料的制备方法的专利申请寥寥无几，如发明专利CN107201066A，CN103708843A等，上述专利虽然制备了氮化硼涂料，但制备方法步骤繁琐，且粘结温度较高。如发明专利CN107201066A涂刷之后需要在700~720℃烘干才能使用；发明专利CN103708843A需要多次加热且须在氮气保护下加热到1600℃才能使用，限制了氮化硼涂料在实际生产中的应用范围。

发明内容

针对氮化硼涂料的现状及现有技术中存在的问题，本发明提供一种可可低温粘结高温使用的水性氮化硼涂料。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种可低温粘结高温使用的水性氮化硼涂料，其特征在于由以下重量配比的原料制成：六方氮化硼 15%-60%、复合高温粘结剂2%-15%、羧甲基纤维素（分散剂）1%、增稠剂0.5%、铝酸钴（高温颜料）1%、异辛醇（消泡剂）0.2%，余量为软化水。

所述复合高温粘结剂为硅溶胶与铝溶胶、磷酸二氢铝、氢氧化铝中的任意一种按照质量比1:（3-20）配合使用。

所述的六方氮化硼为粒径在10.0μm~30.0μm（大粒径）的六方氮化硼与粒径在0.5μm~3μm（小粒径）的六方氮化硼按质量比1:0.05~1:1混合而成，纯度在99%以上。

所述增稠剂为凹凸棒土、膨润土或海泡石粉。

所述的可低温粘结高温使用的水性氮化硼涂料的制备方法，步骤如下：常温下，将分散剂羧甲基纤维素、高温粘接剂、增稠剂、高温颜料铝酸钴和软化水混合搅拌成均匀溶液，然后将六方氮化硼和消泡剂异辛醇加入到该溶液中，同时搅拌直至形成均匀的体系。

所述的可低温粘结高温使用的水性氮化硼涂料，根据基底的种类将制备的氮化硼涂料稀释3~8倍，以喷涂或涂刷的方式均匀附着在基底上，120℃下粘结48h以上。

硅溶胶是二氧化硅胶体粒子在水中均匀扩散形成的胶体溶液，其胶体粒子非常小，所以有着相当大的表面积。此外，胶体粒子是无色透明的，不会影响覆盖物的本色。同时，其粘度比较低，水能渗透的地方都能渗透。因此，在和其他物质混合时，分散性和渗透性都非常好。

硅溶胶本身无需固化剂，自身可牢固地吸附在固体表面并形成坚固的膜，同时成膜温度很低，当加热到110℃时，硅溶胶中的自由水已经完全失去，且通过干燥或烧结可形成固态凝胶，具有一定的耐久性。硅溶胶化学均匀性好﹑纯度高﹑颗粒细﹑活性高、原料廉价，且硅溶胶是阴离子骨架无机高分子化合物，对铝离子有特殊的反应能力与吸附作用。

因此，在上述可可低温粘结高温使用的水性氮化硼涂料中，硅溶胶可以极大程度上降低铝溶胶、磷酸二氢铝、氢氧化铝等的粘结温度。因而该氮化硼涂料可以在相对较低的温度下对基体进行粘结，对于高温下的粘附强度，抗热震性能均具有极大的促进作用。

此外，在上述涂料中不同粒径的六方氮化硼配合使用，克服高温下热膨胀系数不匹配带来的开裂、脱落等现象。从架桥观点来看，不同粒径的氮化硼粒子混合可以使涂料形成比较紧密的堆积，有利于形成润滑性能更好的表面，小粒子能有效地进入大粒子间隙中，粒子间相互接触点急剧增多，在涂料内部形成更为紧密的堆积，改善了涂料表面的物理性能。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明涂料采用水性体系，使用过程中无有害物质挥发，洁净环保，拥有良好的附着性，不开裂、不剥落，有效阻隔了金属熔体与耐火材料表面的直接接触。此外，该涂料具有极好的稳定性能及悬浮能力，高倍稀释下也不改变。同时，该涂料具有较低的粘结温度和相对高的涂层硬度，与各种基材牢固的附着能力，良好的耐冲刷特性，以及相对较长的使用寿命。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围，该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

本实施例的可低温粘结高温使用的水性氮化硼涂料，由以下重量配比的原料制成：六方氮化硼 15%、复合高温粘结剂2%、羧甲基纤维素1%、凹凸棒土0.5%、铝酸钴0.5%、异辛醇0.5%，余量为软化水；其中复合高温粘结剂为硅溶胶与铝溶胶按质量比1:3混合而成；六方氮化硼为粒径在10.0μm~30.0μm的六方氮化硼与粒径在0.5μm~3μm的六方氮化硼按质量比1:0.05混合而成。

本实施例的可低温粘结高温使用的水性氮化硼涂料的制备方法如下：

常温下，先将复合高温粘结剂、羧甲基纤维素钠、凹凸棒土、异辛醇和软化水混合搅拌成均匀溶液，然后将六方氮化硼及铝酸钴加入到该溶液中，同时搅拌直至形成均匀的体系。

实施例2

本实施例的可低温粘结高温使用的水性氮化硼涂料，由以下重量配比的原料制成：六方氮化硼 25%、复合高温粘结剂5%、羧甲基纤维素1%、膨润土0.5%、铝酸钴0.5%、异辛醇0.5%，余量为软化水；其中复合高温粘结剂为硅溶胶与磷酸二氢铝按质量比1:5混合而成；六方氮化硼为粒径在10.0μm~30.0μm的六方氮化硼与粒径在0.5μm~3μm的六方氮化硼按质量比1:0.3混合而成。

本实施例的可低温粘结高温使用的水性氮化硼涂料的制备方法同实施例1。

实施例3

本实施例的可低温粘结高温使用的水性氮化硼涂料，由以下重量配比的原料制成：六方氮化硼 30%、复合高温粘结剂8%、羧甲基纤维素1%、海泡石粉0.5%、铝酸钴0.5%、异辛醇0.5%，余量为软化水；其中复合高温粘结剂为硅溶胶与氢氧化铝按质量比1:10混合而成；六方氮化硼为粒径在10.0μm~30.0μm的六方氮化硼与粒径在0.5μm~3μm的六方氮化硼按质量比1:0.5混合而成。

实施例4

本实施例的可低温粘结高温使用的水性氮化硼涂料，由以下重量配比的原料制成：六方氮化硼 30%、复合高温粘结剂8%、羧甲基纤维素1%、膨润土0.5%、铝酸钴0.5%、异辛醇0.5%，余量为软化水；其中复合高温粘结剂为硅溶胶与氢氧化铝按质量比1:12混合而成；六方氮化硼为粒径在10.0μm~30.0μm的六方氮化硼与粒径在0.5μm~3μm的六方氮化硼按质量比1:0.8混合而成。

实施例5

本实施例的可低温粘结高温使用的水性氮化硼涂料，由以下重量配比的原料制成：六方氮化硼 60%、复合高温粘结剂10%、羧甲基纤维素1%、凹凸棒土 0.5%、铝酸钴0.5%、异辛醇0.5%，余量为软化水；其中复合高温粘结剂为硅溶胶与氢氧化铝按质量比1:15混合而成；六方氮化硼为粒径在10.0μm~30.0μm的六方氮化硼与粒径在0.5μm~3μm的六方氮化硼按质量比1:0.7混合而成。

实施例6

本实施例的可低温粘结高温使用的水性氮化硼涂料，由以下重量配比的原料制成：六方氮化硼 60%、复合高温粘结剂10%、羧甲基纤维素1%、海泡石粉0.5%、铝酸钴0.5%、异辛醇0.5%，余量为软化水；其中复合高温粘结剂为硅溶胶与磷酸二氢铝按质量比1:18混合而成；六方氮化硼为粒径在10.0μm~30.0μm的六方氮化硼与粒径在0.5μm~3μm的六方氮化硼按质量比1:0.9混合而成。

实施例7

本实施例的可低温粘结高温使用的水性氮化硼涂料，由以下重量配比的原料制成：六方氮化硼 25%、复合高温粘结剂5%、羧甲基纤维素1%、膨润土0.5%、铝酸钴0.5%、异辛醇0.5%，余量为软化水；其中复合高温粘结剂为硅溶胶与铝溶胶按质量比1:20混合而成；六方氮化硼为粒径在10.0μm~30.0μm的六方氮化硼与粒径在0.5μm~3μm的六方氮化硼按质量比1:1混合而成。

作为对比，按照上述制备方法，在其他组分含量不变的前提下，得到了分别采用铝溶胶（对比例1）、磷酸二氢铝（对比例2）、氢氧化铝（对比例3）作为高温粘接剂得到的涂料以及全部采用大颗粒（10.0μm~30.0μm）氮化硼（对比例4）和小颗粒（0.5μm~3μm）氮化硼（对比例5）的涂料。

将上述7个实施例及5个对比例得到的氮化硼涂料进行悬浮性、热稳定性、金属不润湿性实验，具体的实验对比结果如下表所示。

结果表明：在相同实验条件下，实施例中所得到的氮化硼涂料具有较好的悬浮性，24h表面有少量沁水，搅拌之后又恢复膏体；所得到的氮化硼涂料具有较好的热稳定性，涂刷的陶瓷纤维板样块800℃下焙烧8h也不起皮，不开裂，具有较好的粘附性。所得到的氮化硼涂料具有较好的不粘金属性，将120℃干燥48h后的陶瓷纤维板放置在铝液中侵蚀4h后取出，表面粘附铝能轻轻揭开。而对比例中得到的氮化硼涂料在高温之后会出现悬浮性差、沁水率高、高温开裂、掉粉、粘铝等现象。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种可低温粘结高温使用的水性氮化硼涂料，其特征在于由以下重量配比的原料制成：六方氮化硼 15%-60%、复合高温粘结剂2%-15%、羧甲基纤维素1%、增稠剂 0.5%、铝酸钴0.5%、异辛醇0.5%，余量为软化水；

所述复合高温粘结剂为硅溶胶与铝溶胶、磷酸二氢铝、氢氧化铝中的任意一种按照质量比1:（3-20）配合使用；

所述的六方氮化硼为粒径在10.0μm~30.0μm的六方氮化硼与粒径在0.5μm~3μm的六方氮化硼按质量比1:0.05~1:1混合而成。

2.根据权利要求1所述的可低温粘结高温使用的水性氮化硼涂料，其特征在于：所述增稠剂为凹凸棒土、膨润土或海泡石粉。

3.根据权利要求1或2所述的可低温粘结高温使用的水性氮化硼涂料的制备方法，其特征在于步骤如下：常温下，按重量配比将羧甲基纤维素、复合高温粘接剂、增稠剂、铝酸钴和软化水混合搅拌成均匀溶液，然后将六方氮化硼和异辛醇加入到该溶液中，同时搅拌直至形成均匀的体系。

4.根据权利要求1所述的可低温粘结高温使用的水性氮化硼涂料的应用，其特征在于：根据基底的种类将制备的氮化硼涂料稀释3~8倍，以喷涂或涂刷的方式均匀附着在基底上，120℃下粘结48h以上。