CN110105796A - 一种无机防渗碳涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无机防渗碳涂料及其制备方法，包括如下重量份的原料配制，将一定量的氧化铜粉末防渗碳剂、玻璃粉、二氧化硅粉末、硼砂、氧化铝、白云石粉置于球磨机中研磨，成粒径D≤10µm的粉料；再将水玻璃加入该粉料中，经搅拌待粘度达到6000mPa•s—7000mPa•s时，得到防渗碳涂料成品。本发明的防渗碳涂料配方中使用无机耐高温材料作为防渗碳剂，本发明防渗碳剂涂刷在工件表面后形成的防渗碳涂层粘结性好，自干速度快，且在高温时不起皮、不流淌，不影响渗碳气氛，此外该涂料烧结出质量优良的玻璃态组织，在渗碳热处理后可以通过水洗去除，从而解决了传统防渗碳涂料在渗碳热处理后难以剥离的问题。

Description

一种无机防渗碳涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于热处理涂料技术领域，具体地说是一种无机防渗碳涂料及其制备方法。

背景技术

众所周知，轴类、齿轮类零件等都是在较高的循环载荷、较高的冲击载荷以及在极其严重的摩擦条件下工作的，因此，这就对零部件表面性能具有更高的要求，即要求这些零部件表面硬度高，耐磨性好，同时内部还要有足够的韧性等综合力学性能。因此在经过机加工后需要对其表面进行渗碳处理，然后进行淬火或其他热处理，以提高其性能。为了让后续加工工序中的表面不产生脆硬性而损伤加工刀具，因此，需要在渗碳时对工件表面局部进行防渗碳处理。防渗碳主要利用一些化学稳定性很高的物质，通过物理方式隔绝来实现，钢铁零部件的防渗碳方法主要有机械加工法、镀铜法与防渗碳涂料法。机械加工法是通过提高工件的加工余量，在渗碳及热处理后将渗碳层通过切削加工等方式去除。这种方法不仅浪费材料，还增加了工序，刀具成本也增加，已经逐渐被镀铜法与防渗碳涂料法所代替。镀铜法是最传统的防渗方法，防渗质量高；但该方法属于化学方法，其成本高、周期长，而且镀液会严重污染环境。目前，国内外所使用的防渗碳涂料，存在浇注过程中易产生气隙，涂层本身的导热率低，与基材的结合力较差，涂层容易脱落，渗碳后难以去除，而且难以适应一些恶劣环境的情况。因此研究低气隙、高效率、性能好、低成本的新型无机防渗碳涂料，是今后相关涂料发展的必然趋势。

中国专利CN106521401A公开了一种用于精加工部件的防渗碳涂料，该涂料可水洗去除，具有良好的脱落性，但是涂料中存有不耐高温的醇基有机物，高温时容易分解为含碳有机物，影响渗碳气氛。中国专利CN103771883A公开了一种纳米防渗碳涂料，该涂料组分为无机物，具有耐高温的特性，高温时不会发生分解，不干扰渗碳气氛，不影响渗碳质量，但是该工艺涂刷防渗碳涂料后，工件需要放置于60摄氏度的干燥房中干燥12小时，从而降低了工作效率，增加了制造成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种附着力好，自干速度快，并且烧结形成质量良好的玻璃态物质并且淬火后可水洗去除的无机防渗碳涂料的制备方法：本发明具有低气隙及良好的防渗碳效果。此外本发明还解决的技术问题是提供该无机防渗碳涂料的制备方法，该制备工艺简单，能耗低，成本低。

本发明的目的是通过如下技术方案来实现的：一种无机防渗碳涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：将下述配方量的防渗碳剂，玻璃粉，二氧化硅，硼砂，氧化铝，白云石粉置于球磨机中研磨，球磨机的转速为300rpm—500rpm，研磨后的出料温度低于30℃，研磨时间为60-90min，到粒径D≤10µm的粉料备用；

步骤2：将下述配方量的水玻璃加入到步骤1中的粉料中，经搅拌均匀后，待粘度达到6000mPa•s—7000mPa•s范围时，得到防渗碳涂料成品；

所述涂料包括如下组份及质量份数：防渗碳剂10—15，玻璃粉19—25，二氧化硅粉末6—10，硼砂5—10，氧化铝3—6，白云石粉4—8，硅酸钠40—50。

本发明所述经优化的涂料包括如下组份及质量份数：防渗碳剂12—14，玻璃粉19—22，二氧化硅粉末7—9，硼砂6—9，氧化铝3—5，白云石粉6—8，硅酸钠45—50。

本发明所述的防渗碳剂为氧化铜粉末，纯度≥99.0%，粒度范围为180—200目。

本发明所述的白云石粉是指其中含28%—30.4%氧化钙质量及含18%—21.9%氧化镁质量的白云石粉。

本发明所述硼砂的质量百分比≥99.5%，粒度范围为60—80目。

本发明所述二氧化硅的质量百分比≥99.0%，粒度范围为170—200目。

本发明所述氧化铝的质量百分比≥99.0%，粒度范围为200—230目。

所述步骤1中，球磨机的转速为300rpm—500rpm，研磨机的出料温度低于30摄氏度，时间60-90min；粒径D≤10µm。

所述步骤2中，搅拌机的搅拌速率为60r/min，时间20min-60min，粘度要求达到6000mPa•s—7000mPa•s。

本发明的有益效果：本发明由于以白云石粉作为填料，在防渗碳涂料中具有抗沉降作用，可改善涂料的悬浮稳定性，此外白云石也有助于玻璃态物质的生成。并且该涂料还使用了硼砂，能够降低涂料整体的膨胀系数，提高其强度和热稳定性，同样有助于玻璃态物质的生成，容易剥落。另外，硼砂中的分解物氧化硼可以作为添加物与白云石粉混合后，在低温下与其中的氧化钙生成液相物质，消除气孔，促进烧结，提高抗水化，并且增强防渗碳效果。

本发明在应用时，与钢件的附着力好，自干速度快，渗碳热处理后可以通过水洗去除，从而解决了传统防渗碳涂料在渗碳热处理后难以剥离的问题，本发明的防渗碳涂料配方中使用无机耐高温材料作为防渗碳剂，涂刷在工件表面后形成的防渗碳涂层粘结性好，且在高温时不起皮、不流淌，不影响渗碳气氛，并且成本低，性能好。

附图说明

图1 是本发明表面有无涂层的基材经渗碳热处理后试样截面的显微形貌图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例1

一种新型无机防渗碳涂料，由如下重量份的原料配制而成，防渗碳剂11份，玻璃粉19份，二氧化硅粉末7份，硼砂6份，氧化铝3份，白云石粉5份，硅酸钠49份配制而成。

上述新型无机防渗碳涂料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将配方量的防渗碳剂，玻璃粉，二氧化硅，硼砂，氧化铝，白云石粉置于球磨机中研磨，得到粉料。

步骤2：将配方量的硅酸钠加入到步骤1中的物料中，搅拌后得到防渗碳涂料。

所述步骤1中，防渗碳剂为氧化铜粉末；白云石中氧化钙质量百分比28%—30.4%，氧化镁质量百分比18%—21.9%。

所述步骤1中，球磨机的转速为350rpm，研磨机的出料温度低于30摄氏度，时间60min；粒径D≤10µm。

所述步骤2中，搅拌机的搅拌速率为60r/min，时间30min，粘度要求达到6000mPa•s—7000mPa•s。

由图1所示，本发明在实施例1中经过渗碳热处理后18CrMoNi钢试样截面的显微形貌图。

采用同一试样经过渗碳热处理后，对其截面使用电子显微镜观察，试样截面的显微形貌图如图1所示，左侧涂有防渗碳涂料涂层，未发现渗碳层；同等条件下，右侧没有上述涂料涂层保护的试样有渗碳层，表明涂层的防渗碳效果明显。

实施例2

一种新型无机防渗碳涂料，由如下组分质量百分数配制而成，防渗碳剂12份，玻璃粉21份，二氧化硅粉末6份，硼砂8份，氧化铝4份，白云石粉6份，硅酸钠43份配制而成。

上述新型无机防渗碳涂料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将配方量的防渗碳剂，玻璃粉，二氧化硅，硼砂，氧化铝，白云石粉置于球磨机中研磨，得到粉料。

步骤2：将配方量的硅酸钠加入到步骤1中的物料中，搅拌后得到防渗碳涂料。

所述步骤1中，防渗碳剂为氧化铜粉末；白云石中氧化钙质量百分比28%—30.4%，氧化镁质量百分比18%—21.9%。

所述步骤1中，球磨机的转速为400rpm，研磨机的出料温度低于30摄氏度，时间55min；粒径D≤10µm。

所述步骤2中，搅拌机的搅拌速率为60r/min，时间40min，粘度要求达到6000mPa•s—7000mPa•s。

实施例3

一种新型无机防渗碳涂料，由如下组分质量百分数配制而成，防渗碳剂15份，玻璃粉22份，二氧化硅粉末7份，硼砂8份，氧化铝3份，白云石粉5份，硅酸钠40份配制而成。

上述新型无机防渗碳涂料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将配方量的防渗碳剂，玻璃粉，二氧化硅，硼砂，氧化铝，白云石粉置于球磨机中研磨，得到粉料。

步骤2：将配方量的硅酸钠加入到步骤1中的物料中，搅拌后得到防渗碳涂料。

所述步骤1中，防渗碳剂为氧化铜粉末；白云石中氧化钙质量百分比28%—30.4%，氧化镁质量百分比18%—21.9%。

所述步骤1中，球磨机的转速为450rpm，研磨机的出料温度低于30摄氏度，时间45min；粒径D≤10µm。

所述步骤2中，搅拌机的搅拌速率为60r/min，时间50min，粘度要求达到6000mPa•s—7000mPa•s。

实施例4

一种新型无机防渗碳涂料，由如下组分质量百分数配制而成，防渗碳剂14份，玻璃粉21份，二氧化硅粉末6份，硼砂6份，氧化铝4份，白云石粉5份，硅酸钠44份配制而成。

上述新型无机防渗碳涂料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将配方量的防渗碳剂，玻璃粉，二氧化硅，硼砂，氧化铝，白云石粉置于球磨机中研磨，得到粉料。

步骤2：将配方量的硅酸钠加入到步骤1中的物料中，搅拌后得到防渗碳涂料。

所述步骤1中，防渗碳剂为氧化铜粉末；白云石中氧化钙质量百分比28%—30.4%，氧化镁质量百分比18%—21.9%。

所述步骤1中，球磨机的转速为400rpm，研磨机的出料温度低于30摄氏度，时间50min；粒径D≤10µm。

所述步骤2中，搅拌机的搅拌速率为60r/min，时间50min，粘度要求达到6000mPa•s—7000mPa•s。

实施例5

一种新型无机防渗碳涂料，由如下组分质量百分数配制而成，防渗碳剂14份，玻璃粉25份，二氧化硅粉末6份，硼砂6份，氧化铝4份，白云石粉5份，硅酸钠40份配制而成。

上述新型无机防渗碳涂料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将配方量的防渗碳剂，玻璃粉，二氧化硅，硼砂，氧化铝，白云石粉置于球磨机中研磨，得到粉料。

步骤2：将配方量的硅酸钠加入到步骤1中的物料中，搅拌后得到防渗碳涂料。

所述步骤1中，防渗碳剂为氧化铜粉末；白云石中氧化钙质量百分比28%—30.4%，氧化镁质量百分比18%—21.9%。

所述步骤1中，球磨机的转速为350rpm，研磨机的出料温度低于30摄氏度，时间50min；粒径D≤10µm。

所述步骤2中，搅拌机的搅拌速率为60r/min，时间50min，粘度要求达到6000mPa•s—7000mPa•s。

用实施例1的防渗碳涂料对材质为18CrNiMo的齿轮钢进行防渗碳处理，将制备的防渗碳涂料涂覆于基材表面，室温下静置变干，形成防渗碳涂层，渗碳处理后烧结形成质量良好的玻璃态物质，渗碳后直接淬火，淬火后的工件在50℃水中浸泡20min后，工件表面的防渗碳涂层完全剥落，可以达到快速自行剥落的效果。由于实施例1的防渗碳涂料具有很好的防渗效果，可有效阻止碳原子渗入工件表面，所以工件表面在渗碳气氛中没有产生渗碳层，再经淬火回火后工件表面的金相组织与工件芯部一样均为低碳马氏体。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种无机防渗碳涂料，该涂料包括如下组份及质量份数，防渗碳剂10—15，玻璃粉19—25，二氧化硅粉末6—10，硼砂5—10，氧化铝3—6，白云石粉4—8，硅酸钠40—50。

2.根据权利要求1所述的无机防渗碳涂料，其特征在于：所述涂料包括如下组份及质量份数：防渗碳剂12—14，玻璃粉19—22，二氧化硅粉末7—9，硼砂6—9，氧化铝3—5，白云石粉6—8，硅酸钠45—50。

3.根据权利要求1或2所述的无机防渗碳涂料，其特征在于：所述的防渗碳剂为氧化铜粉末，纯度≥99.0%，粒度范围为180—200目。

4.根据权利要求1或2所述的无机防渗碳涂料，其特征在于：所述白云石粉是指其中含28%—30.4%氧化钙质量及含18%—21.9%氧化镁质量的白云石粉。

5.根据权利要求1或2所述的无机防渗碳涂料，其特征在于：所述硼砂的质量百分比≥99.5%，粒度范围为60—80目；所述二氧化硅的质量百分比≥99.0%，粒度范围为170—200目；所述氧化铝的质量百分比≥99.0%，粒度范围为200—230目。

6.一种无机防渗碳涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：将下述配方量的防渗碳剂，玻璃粉，二氧化硅，硼砂，氧化铝，白云石粉置于球磨机中研磨，球磨机的转速为300rpm—500rpm，研磨后的出料温度低于30℃，研磨时间为60-90min，到粒径D≤10µm的粉料备用；

步骤2：将下述配方量的水玻璃加入到步骤1中的粉料中，经搅拌均匀后，待粘度达到6000mPa•s—7000mPa•s范围时，得到防渗碳涂料成品；

所述涂料包括如下组份及质量份数：防渗碳剂10—15，玻璃粉19—25，二氧化硅粉末6—10，硼砂5—10，氧化铝3—6，白云石粉4—8，硅酸钠40—50。

7.根据权利要求6所述无机防渗碳涂料的制备方法，其特征在于：所述涂料包括如下组份及质量份数：防渗碳剂12—14，玻璃粉19—22，二氧化硅粉末7—9，硼砂6—9，氧化铝3—5，白云石粉6—8，硅酸钠45—50。

8.根据权利要求6或7所述无机防渗碳涂料的制备方法，其特征在于：所述的防渗碳剂为氧化铜粉末，纯度≥99.0%，粒度范围为180—200目。

9.根据权利要求6或7所述无机防渗碳涂料的制备方法，其特征在于：所述白云石粉是指其中含28%—30.4%氧化钙质量及含18%—21.9%氧化镁质量的白云石粉。

10.根据权利要求6或7所述无机防渗碳涂料的制备方法，其特征在于：所述硼砂的质量百分比≥99.5%，粒度范围为60—80目；所述二氧化硅的质量百分比≥99.0%，粒度范围为170—200目；所述氧化铝的质量百分比≥99.0%，粒度范围为200—230目。