CN109321085A - 无磁软质不锈钢及其处理方法 - Google Patents

无磁软质不锈钢及其处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无磁软质不锈钢，涉及不锈钢领域，该无磁软质不锈钢包括不锈钢本体、涂布于不锈钢本体表面的耐磨层，按重量份数计，耐磨层所使用的涂料包括以下组分；环氧树脂90‑120份；聚氨酯50‑60份；固化剂40‑55份；纳米Al2O325‑30份。本发明具有以下有益效果：环氧树脂固化后呈脆性状态，耐磨涂料在性能上有所不足。聚氨酯具有高弹性、高粘接力的优点，链段可贯穿到环氧树脂链段中去，形成互穿聚合物网络结构，从而能够明显改善环氧树脂的韧性及成膜后的结构强度。纳米氧化铝粒子表面可吸附分子链，形成物理交联点，起均匀分布载荷的作用。纳米微粒提供很大的表面积，吸附很多的分子链，使应力分布均匀化，减轻局部区域所受到的摩擦应力，能有效减轻磨损。

Description

无磁软质不锈钢及其处理方法
技术领域
本发明涉及不锈钢领域，更具体地，涉及无磁软质不锈钢及其处理方法。
背景技术
无磁不锈钢根据机械性能的要求可分为两大类。一类是要求高强度、耐磨性材料，一类是要求具有良好冷加工性能的软质钢。高强度耐磨材质可向奥氏体钢中添加锰、氮元素代替贵重的镍元素，得到比较廉价的无磁不锈钢。而对于要求良好冷加工性能的软质无磁不锈钢，一般应选用高镍、低碳、低氮的奥氏体不锈钢或高镍、含铜的钢号。
公告号为CN101691644A的中国专利公开了一种无磁软质不锈钢盘条或不锈钢板及其制造方法，不锈钢盘条或不锈钢板的成分为：0＜C≤0.050％；0＜Si≤1.00％；Mn8.00％～15.00％；P≤0.045％；S≤0.030％；Cr 13.00％～18.00％；Ni 4.00％～8.00％；Cu 1.50％～4.00％；0＜N≤0.050％；其余为Fe与不可避免的杂质；制造方法的步骤为：A.冶炼钢坯采用铁水和铬、镍、锰、铜合金冶炼，连铸成不锈钢方坯或板坯：B.钢坯加热将不锈钢方坯或板坯加热到1240～1260℃，保温1.5～3h；C.钢坯轧制把不锈钢方坯轧制成直径为5.5～20mm的不锈钢盘条，或把不锈钢板坯轧制成厚度为3～8mm宽度为1000～1300mm的不锈钢板；D.卷取；E冷却。
无磁软质不锈钢，具有可塑性高、抗腐蚀能力强的特点，但是其抗磨损能力较差，作为装饰品时较为容易产生划痕等损伤，有待改进。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种无磁软质不锈钢及其处理方法，能够提高无磁软质不锈钢产品的耐磨损性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种无磁软质不锈钢，包括不锈钢本体、涂布于不锈钢本体表面的耐磨层，按重量份数计，耐磨层所使用的涂料包括以下组分；环氧树脂90-120份；聚氨酯50-60份；固化剂40-55份；纳米Al2O3 25-30份。
通过采用上述技术方案，由于环氧树脂具有以下特点：（1）良好的分散性，能同各种填料、树脂、助剂互溶；（2）有较好的耐化学药品性，尤其是耐碱性；（3）对各种基材有极好的粘结性；（4）具有良好的韧性、硬度、柔软性和优良的耐水性。因此，以环氧树脂作为成膜物质，在涂料方面具有广泛的应用，尤其是耐化学药品性使得环氧树脂具有良好的防腐蚀能力。
但由于环氧树脂固化后形成较致密的芳香结构，交联密度大，内聚力高，使其固化产物的变形能力差，往往呈脆性状态，用其制备的耐磨涂料往往在性能上有所不足。聚氨酯作为一类性能优良的高分子材料，尤其具有高弹性、高粘接力的优点。聚氨酯链段可贯穿到环氧树脂链段中去，形成互穿聚合物网络结构，从而能够明显改善环氧树脂的韧性及成膜后的结构强度。
填充纳米氧化铝后的环氧树脂在耐磨性和同基体结合力均能够获得较大幅度的提升，纳米氧化铝粒子表面可吸附分子链，一个粒子表面有几条大分子链通过，形成物理交联点。吸附大分子链的粒子，能起均匀分布载荷的作用。当其中一条大分子链受到应力时，可通过交联粒子将应力传递到其它分子链上，使应力分散。纳米微粒能够提供很大的表面积，从而吸附很多的分子链，使应力分布大大均匀化，减轻了局部区域所受到的摩擦应力，能有效地减轻磨损。
表面能很高的纳米氧化铝微粒均匀嵌在环氧树脂和聚氨酯的互穿网络结构中，其“钉扎”作用是明显的，有效增强了环氧树脂内部的结合力，因此能够承受更大的应力而不致破坏，这一点对耐磨性和承受更大的结合力都有好处。
本发明进一步设置为：所述纳米Al2O3采用粒径为30-60nm的γ- Al2O3。
通过采用上述技术方案，γ-氧化铝粒径小，相同质量分数的粉末占有环氧树脂内更多的体积，当环氧树脂表面受到磨损时，高硬的氧化铝粉末更容易在树脂被磨掉后凸出于材料表层充当磨损支撑点。
另外，γ-氧化铝由于粒径小，比表面积更大，所以其同环氧基体的结合情况更优，也使得γ-氧化铝环氧复合材料具有更优的耐磨性。
本发明进一步设置为：按重量份数计，耐磨层所使用的涂料包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）10-15份。
通过采用上述技术方案，KH-550具有偶联作用，能够有效提高γ-氧化铝与环氧树脂之间的结合力，从而有效提高了氧化铝粉末作为磨损支撑点时的稳定性，从而进一步提高了耐磨层的耐磨性。
本发明进一步设置为：按重量份数计，耐磨层所使用的涂料包括粒径为300-600μm的SiC 60-70份。
通过采用上述技术方案，碳化硅与氧化铝均受到KH-550的偶联作用与环氧树脂之间形成牢固的结合，并共同在树脂被磨掉后凸出于材料表层充当磨损支撑点。不同粒径的碳化硅与氧化铝在磨损面具有相应的层次感，能够进一步提高耐磨性；同时，吸附有分子链的纳米氧化铝微粒均匀嵌在环氧树脂和聚氨酯的互穿网络结构中，使得粒径较大的碳化硅被牢固地限制于网络结构之间，使得碳化硅在环氧基体中形成更为牢固的结合。
本发明进一步设置为：所述固化剂设置为T-31固化剂。
通过采用上述技术方案，T-31固化剂具有以下特点：（1）降低了低级胺的挥发性，刺激性和毒性；（2）低粘度液体化，与环氧树脂易混合；（3）与环氧树脂配比范围宽，可调节控制固化速度；（4）结构中引入了酚醛骨架，提高了固化物的耐热性；（5）结构中引入了酚羟基，大大加强了固化反应活性；（6）提高了环氧树脂与辅助材料的相容性和亲和性。
本发明进一步设置为：所述环氧树脂采用E44和E51的混合物，两者以质量比1:1混合。
通过采用上述技术方案，E-44环氧值较低，成膜固化后硬度较差，但耐冲击性、柔韧性较好；E-51环氧值较高，成膜固化后硬度较高，但耐冲击性、柔韧性较差。两者的互溶性较好，在相互混合后能够使得涂层具有良好的耐磨性与柔韧性。
本发明的另一目的在于提供一种无磁软质不锈钢的处理方法，包括以下步骤：
步骤1，将SiC和γ- Al2O3相互拌和并用水清洗去除杂质，烘干并降至室温备用；
步骤2，将E44和E51以质量比1:1进行配比，称取T-31固化剂、聚氨酯、γ-氨丙基三乙氧基硅烷，并顺序加入环氧树脂中搅拌均匀，获得环氧树脂胶体；
步骤3，边搅拌环氧树脂胶体边分批加入计量的SiC和γ- Al2O3颗粒，以保证在环氧树脂胶体中分散均匀，获得耐磨涂料；
步骤4，将耐磨涂料均匀涂布于不锈钢本体的外表面，固化形成耐磨层。
通过采用上述技术方案，将E44和E51混合获得具有良好耐磨性与柔韧性的环氧树脂体系，再通过加入聚氨酯形成稳定的网状交联结构，且该网状交联结构“钉扎”的γ-氧化铝吸附有分子链，并使得碳化硅牢固地与环氧基体相结合，显著提高了涂层的耐磨性与韧性。
本发明进一步设置为：步骤3，边搅拌环氧树脂胶体边分批加入计量的SiC和γ-Al2O3颗粒球磨2h，以保证在环氧树脂胶体中分散均匀。
通过采用上述技术方案，碳化硅和γ-氧化铝由于粒径很小，较为容易发生团聚，通过分批加入以及球磨，能够有效保证两者在环氧树脂胶体中的分散均匀度，从而提高耐磨效果。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1. 填充纳米氧化铝后的环氧树脂在耐磨性和同基体结合力均能够获得较大幅度的提升，纳米氧化铝粒子表面可吸附分子链，一个粒子表面有几条大分子链通过，形成物理交联点。吸附大分子链的粒子，能起均匀分布载荷的作用。当其中一条大分子链受到应力时，可通过交联粒子将应力传递到其它分子链上，使应力分散。纳米微粒能够提供很大的表面积，从而吸附很多的分子链，使应力分布大大均匀化，减轻了局部区域所受到的摩擦应力，能有效地减轻磨损；
2. γ-氧化铝粒径小，相同质量分数的粉末占有环氧树脂内更多的体积，当环氧树脂表面受到磨损时，高硬的氧化铝粉末更容易在树脂被磨掉后凸出于材料表层充当磨损支撑点；
3. KH-550具有偶联作用，能够有效提高γ-氧化铝与环氧树脂之间的结合力，从而有效提高了氧化铝粉末作为磨损支撑点时的稳定性，从而进一步提高了耐磨层的耐磨性；
4. 碳化硅与氧化铝均受到KH-550的偶联作用与环氧树脂之间形成牢固的结合，并共同在树脂被磨掉后凸出于材料表层充当磨损支撑点。不同粒径的碳化硅与氧化铝在磨损面具有相应的层次感，能够进一步提高耐磨性；同时，吸附有分子链的纳米氧化铝微粒均匀嵌在环氧树脂和聚氨酯的互穿网络结构中，使得粒径较大的碳化硅被牢固地限制于网络结构之间，使得碳化硅在环氧基体中形成更为牢固的结合；
5. E-44环氧值较低，成膜固化后硬度较差，但耐冲击性、柔韧性较好；E-51环氧值较高，成膜固化后硬度较高，但耐冲击性、柔韧性较差。两者的互溶性较好，在相互混合后能够使得涂层具有良好的耐磨性与柔韧性。
附图说明
图1是实施例的结构示意图；
附图标记说明：1、不锈钢本体；2、耐磨层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1，一种无磁软质不锈钢，如图1所示，包括不锈钢本体1、涂布于不锈钢本体1表面的耐磨层2，按重量份数计，耐磨层2所使用的涂料组分如表1所示。其中，无磁软质不锈钢的处理方法包括以下步骤：
步骤1，将SiC（粒径为300-600μm）和γ- Al2O3（粒径为30-60nm）相互拌和并用水清洗去除杂质，烘干并降至室温备用；
步骤2，将E44环氧树脂和E51环氧树脂以质量比1:1进行配比，称取T-31固化剂、聚氨酯（101）、γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550），并顺序加入环氧树脂中搅拌均匀，获得环氧树脂胶体；
步骤3，边搅拌环氧树脂胶体边分批加入计量的SiC和γ- Al2O3颗粒球磨2h，以保证在环氧树脂胶体中分散均匀，获得耐磨涂料；
步骤4，将耐磨涂料均匀涂布于不锈钢本体1的外表面，固化形成耐磨层2。
实施例2，与实施例1的区别在于，按重量份数计，耐磨层2所使用的涂料组分如表1所示。
实施例3，与实施例1的区别在于，按重量份数计，耐磨层2所使用的涂料组分如表1所示。其中，无磁软质不锈钢的处理方法包括以下步骤：
步骤1，将SiC（粒径为300-600μm）和γ- Al2O3（粒径为30-60nm）相互拌和并用水清洗去除杂质，烘干并降至室温备用；
步骤2，称取T-31固化剂、聚氨酯（101）、γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550），并顺序加入环氧树脂E44中搅拌均匀，获得环氧树脂胶体；
步骤3，边搅拌环氧树脂胶体边分批加入计量的SiC和γ- Al2O3颗粒球磨2h，以保证在环氧树脂胶体中分散均匀，获得耐磨涂料；
步骤4，将耐磨涂料均匀涂布于不锈钢本体1的外表面，固化形成耐磨层2。
实施例4，与实施例3的区别在于，按重量份数计，耐磨层2所使用的涂料组分如表1所示。
实施例5，与实施例1的区别在于，按重量份数计，耐磨层2所使用的涂料组分如表1所示。其中，无磁软质不锈钢的处理方法包括以下步骤：
步骤1，将SiC（粒径为300-600μm）和γ- Al2O3（粒径为30-60nm）相互拌和并用水清洗去除杂质，烘干并降至室温备用；
步骤2，称取T-31固化剂、聚氨酯（101）、γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550），并顺序加入环氧树脂E51中搅拌均匀，获得环氧树脂胶体；
步骤3，边搅拌环氧树脂胶体边分批加入计量的SiC和γ- Al2O3颗粒球磨2h，以保证在环氧树脂胶体中分散均匀，获得耐磨涂料；
步骤4，将耐磨涂料均匀涂布于不锈钢本体1的外表面，固化形成耐磨层2。
实施例6，与实施例5的区别在于，按重量份数计，耐磨层2所使用的涂料组分如表1所示。
实施例7，与实施例1的区别在于，按重量份数计，耐磨层2所使用的涂料组分如表1所示。其中，无磁软质不锈钢的处理方法包括以下步骤：
步骤1，将SiC（粒径为300-600μm）和γ- Al2O3（粒径为30-60nm）相互拌和并用水清洗去除杂质，烘干并降至室温备用；
步骤2，将E44环氧树脂和E51环氧树脂以质量比1:1进行配比，称取T-31固化剂、聚氨酯（101），并顺序加入环氧树脂中搅拌均匀，获得环氧树脂胶体；
步骤3，边搅拌环氧树脂胶体边分批加入计量的SiC和γ- Al2O3颗粒球磨2h，以保证在环氧树脂胶体中分散均匀，获得耐磨涂料；
步骤4，将耐磨涂料均匀涂布于不锈钢本体1的外表面，固化形成耐磨层2。
实施例8，与实施例7的区别在于，按重量份数计，耐磨层2所使用的涂料组分如表1所示。
实施例9，与实施例1的区别在于，按重量份数计，耐磨层2所使用的涂料组分如表1所示。其中，无磁软质不锈钢的处理方法包括以下步骤：
步骤1，将γ- Al2O3（粒径为30-60nm）相互拌和并用水清洗去除杂质，烘干并降至室温备用；
步骤2，将E44环氧树脂和E51环氧树脂以质量比1:1进行配比，称取T-31固化剂、聚氨酯（101）、γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550），并顺序加入环氧树脂中搅拌均匀，获得环氧树脂胶体；
步骤3，边搅拌环氧树脂胶体边分批加入计量的γ- Al2O3颗粒球磨2h，以保证在环氧树脂胶体中分散均匀，获得耐磨涂料；
步骤4，将耐磨涂料均匀涂布于不锈钢本体1的外表面，固化形成耐磨层2。
实施例10，与实施例9的区别在于，按重量份数计，耐磨层2所使用的涂料组分如表1所示。
对比例1，与实施例1的区别在于，按重量份数计，耐磨层2所使用的涂料组分如表1所示。其中，无磁软质不锈钢的处理方法包括以下步骤：
步骤1，将SiC（粒径为300-600μm）和γ- Al2O3（粒径为30-60nm）相互拌和并用水清洗去除杂质，烘干并降至室温备用；
步骤2，称取T-31固化剂、γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550），并顺序加入环氧树脂E44中搅拌均匀，获得环氧树脂胶体；
步骤3，边搅拌环氧树脂胶体边分批加入计量的SiC和γ- Al2O3颗粒球磨2h，以保证在环氧树脂胶体中分散均匀，获得耐磨涂料；
步骤4，将耐磨涂料均匀涂布于不锈钢本体1的外表面，固化形成耐磨层2。
对比例2，与对比例1的区别在于，按重量份数计，耐磨层2所使用的涂料组分如表1所示。
对比例3，与实施例1的区别在于，按重量份数计，耐磨层2所使用的涂料组分如表1所示。其中，无磁软质不锈钢的处理方法包括以下步骤：
步骤1，将SiC（粒径为300-600μm）相互拌和并用水清洗去除杂质，烘干并降至室温备用；
步骤2，称取T-31固化剂、聚氨酯（101）、γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550），并顺序加入环氧树脂E44中搅拌均匀，获得环氧树脂胶体；
步骤3，边搅拌环氧树脂胶体边分批加入计量的SiC颗粒球磨2h，以保证在环氧树脂胶体中分散均匀，获得耐磨涂料；
步骤4，将耐磨涂料均匀涂布于不锈钢本体1的外表面，固化形成耐磨层2。
对比例4，与对比例3的区别在于，按重量份数计，耐磨层2所使用的涂料组分如表1所示。
其中，各实施例中耐磨层2的耐磨性参照GB3960-83进行测试，测试结果参照表1（磨损指数的数值越小，代表耐磨性越高）。
表1
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7
E44 50 60 0 0 100 110 45
E51 50 60 100 110 0 0 45
聚氨酯 50 50 60 55 60 55 50
T-31 45 40 45 50 55 50 45
γ- Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 30 25 25 25 25 30 30
KH-550 13 11 12 10 14 13 0
SiC 65 65 60 65 70 65 65
磨损指数 24 25 27 28 31 31 38
表1-续
实施例8 实施例9 实施例10 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
E44 55 50 60 55 55 50 50
E51 55 50 60 55 55 50 50
聚氨酯 55 60 60 0 0 50 55
T-31 45 50 40 55 50 45 50
γ- Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 25 30 25 30 30 0 0
KH-550 0 15 12 13 10 12 14
SiC 70 0 0 60 65 60 65
磨损指数 37 44 46 48 47 53 51
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的设计构思之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无磁软质不锈钢，其特征在于：包括不锈钢本体(1)、涂布于不锈钢本体(1)表面的耐磨层(2)，按重量份数计，耐磨层(2)所使用的涂料包括以下组分；
环氧树脂 90-120份；
聚氨酯 50-60份；
固化剂 40-55份；
纳米Al2O3 25-30份。
2.根据权利要求1所述的一种无磁软质不锈钢，其特征在于：所述纳米Al2O3采用粒径为30-60nm的γ- Al2O3。
3.根据权利要求1所述的一种无磁软质不锈钢，其特征在于：按重量份数计，耐磨层(2)所使用的涂料包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷10-15份。
4.根据权利要求1所述的一种无磁软质不锈钢，其特征在于：按重量份数计，耐磨层(2)所使用的涂料包括粒径为300-600μm的SiC 60-70份。
5.根据权利要求1所述的一种无磁软质不锈钢，其特征在于：所述固化剂设置为T-31固化剂。
6.根据权利要求1所述的一种无磁软质不锈钢，其特征在于：所述环氧树脂采用E44和E51的混合物，两者以质量比1:1混合。
7.一种如权利要求1所述的无磁软质不锈钢的处理方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤1，将SiC和γ- Al2O3相互拌和并用水清洗去除杂质，烘干并降至室温备用；
步骤2，将E44和E51以质量比1:1进行配比，称取T-31固化剂、聚氨酯、γ-氨丙基三乙氧基硅烷，并顺序加入环氧树脂中搅拌均匀，获得环氧树脂胶体；
步骤3，边搅拌环氧树脂胶体边分批加入计量的SiC和γ- Al2O3颗粒，以保证在环氧树脂胶体中分散均匀，获得耐磨涂料；
步骤4，将耐磨涂料均匀涂布于不锈钢本体(1)的外表面，固化形成耐磨层(2)。
8.根据权利要求7所述的无磁软质不锈钢的处理方法，其特征在于：步骤3，边搅拌环氧树脂胶体边分批加入计量的SiC和γ- Al2O3颗粒球磨2h，以保证在环氧树脂胶体中分散均匀。
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