CN110330819B - 抗氧化涂料及其配制方法和应用 - Google Patents

抗氧化涂料及其配制方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及抗氧化涂料及其配制方法和应用，属于金属锻造及其所用涂料技术领域。抗氧化涂料，由以下重量份的物料组成：胶体石墨粉30～50份，硅酸钠30～50份、铁粉10～20份、铝粉5～15份、高岭土5～18份、云母粉10～30份、三氧化二硼18～35份。本发明涂料全部由固体粉末所组成，通过喷射的方法涂施到核电锻件的表面，能够对核电锻件在1200℃及以上温度下多次锻造加热时提供方便的抗氧化保护，长时间的加热过程造成的氧化增重减少95％以上。

Description

抗氧化涂料及其配制方法和应用
技术领域
本发明涉及抗氧化涂料及其配制方法和应用，属于金属锻造及其所用涂料技术领域。
背景技术
为核电站承制的核电压力容器、蒸发器、稳压器筒体、封头等大型锻件，其材质为SA508、18MND5一类的中低合金钢，它们在锻造加热过程中高温氧化十分严重。如何保护它们在此过程中，特别是锻造温度1200℃及以上温度下不被氧化或尽可能少被氧化是锻造行业一直都在追求的目标。钢铁在1200℃及以上温度下由于氧化反应过程的自由能减少，且减少幅度随温度增高而增大；高温腐蚀非常严重，不仅带来很大的浪费，给产品制造带来很大困难，加热生成的氧化皮锻造过程中还会进入锻件内部，从而给产品质量带来极大危害。为避免钢铁加热过程中的氧化腐蚀，除了选用耐高温热氧化的材料外，目前人们研究出的最有效的方法是控制热处理炉内气氛和在被加热的钢铁表面使用保护性涂料。由于控制热处理炉内气氛受到多种因素制约，比如加热炉的尺寸、密封、炉体结构、材质等；因此使用保护性涂料是实际生产过程中最现实、方便的选择。
如前所述，国内外虽然长久以来对避免钢铁及机械产品锻造过程中的氧化进行了大量研究，也提出了较为方便的使用涂料防止氧化的方法。然而，目前防氧化涂料的实际效果与人们的要求还存在很大差距。特别是核电大锻件锻造加热过程中的抗氧化，尚未见到效果良好的公开信息，使用热处理过程的抗氧化涂料不仅效果有不少缺陷，而且由于核电大锻件锻造是一个重复若干次的过程，不同于单纯的热处理过程，首先是锻件需要抗氧化的表面面积高达几十平方米，使用涂刷的方式难以满足生产要求工，同时由于面积大，通常的热处理涂料价格又高，加之要多次使用，成本巨大；第二是除首次锻造外，再次锻造锻件需要尽快回炉再次加热到锻造温度，因而涂刷抗氧化涂料的锻件表面温度较高，有时高达近千度，第三是锻件表面状况差不光是给涂料使用而且给涂膜成形造成了困难。这些特性造成了使用现有的热处理涂料无法达到核电大锻件锻造加热过程中的抗氧化要求。如中国发明专利申请号为201610385703.X“一种金属件热处理保护涂料”，申请号为201611119022.5“一种普通抗氧化涂料及基使用方法”申请号为201810678051.8“一种碳钢热处理用高温抗氧化涂层及其制备方法”等等均存涂料中含有液体组分、基本依靠刷涂施工、施工周期长，难于在大型高温(800℃以上)锻件表面涂刷，抗氧化实际效果不佳等缺陷。
另外，现有耐高温抗氧化涂料也存在种种缺陷，如抗氧化涂料中的固体成分极易沉淀结块，使用时难以混合均匀，抗氧化效果体现不明显；而且有的抗氧化涂料使用前还需对钢材表面进行处理，使用后也很难将其去除。
发明内容
本发明针对上述技术方案的缺陷提供了一种抗氧化涂料及其制备方法和应用。这种涂料全部由固体粉末所组成，通过喷射的方法涂施到核电锻件的表面，能够对核电锻件在1200℃及以上温度下多次锻造加热时提供方便的抗氧化保护，涂料在锻件表面涂施速度快，使用方便，容易成膜，无温度限制，长时间(大于30小时)的加热过程造成的氧化增重减少95％以上。
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种抗氧化涂料。
抗氧化涂料，由以下重量份的物料组成：胶体石墨粉30～50份，硅酸钠30～50份、铁粉10～20份、铝粉5～15份、高岭土5～18份、云母粉10～30份和三氧化二硼18～35份。
为了提高抗氧化涂料的抗氧化效果，优选的，抗氧化涂料，由以下重量份的物料组成：胶体石墨粉35～50份，硅酸钠30～45份、铁粉12～20份、铝粉5～15份、高岭土5～18份；云母粉15～30份、三氧化二硼18～25份。
更优选的，抗氧化涂料，由以下重量份的物料组成：胶体石墨粉35～45份，硅酸钠30～35份、铁粉12～15份、金属铝粉10～15份、高岭土5～10份、云母粉15～20份、三氧化二硼20～22份；
进一步优选由以下重量份的物料组成：胶体石墨粉45份，硅酸钠35份、铁粉12份、铝粉10份、高岭土5份、云母粉15份、三氧化二硼20～22份。
优选的：所述胶体石墨粉的细度≥320目。
优选的：硅酸钠粉的细度≥80目；铁粉的细度≥200目；铝粉的细度≥320目；高岭土的细度≥320目；云母粉细度≥320目；三氧化二硼细度≥70目。
优选的：金属铁粉中的铁含量≥98.5％。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种抗氧化涂料的配制方法。
抗氧化涂料的配制方法，将上述抗氧化涂料中的所有物料混匀。
其中，混匀采用V型混合机、VH型高效混合机或球磨机。
本发明还提供抗氧化涂料的应用。
应用方法为：用压缩空气喷涂装置、高压无气喷涂装置或静电喷涂装置将抗氧化涂料喷涂到50～1000℃的锻件表面，然后将锻件进行加热，在此过程中涂料将自行熔融成膜。
成膜后，炉内空气中的氧气无法与锻件发生通常的氧化反应，从而达到加热过程抗氧化的目的。而喷涂前勿需对锻件表面作任何处理，所以使用十分方便高效。
其中，本发明所述的锻件适用于碳钢锻件或合金钢锻件。优选合金锻件为中低合金钢锻件；更优选的，锻件的材质为SA508、18MND5。
本发明的涂料适用于大型锻件，比如核电大型锻件：核电压力容器、蒸发器、稳压器筒体或封头。
本发明的有益效果：
1、本发明的涂料全部由固体粉末所组成，它通过喷涂的方法涂施到锻件表面，满足了锻件因表面积巨大，二次锻造加热时锻件表面温度高，解决了现有热处理涂料均由固体和液体组成，施工速度慢、溶剂挥发吸热降低锻件温度等问题。由于完全由粉末组成，减少了配制工序，没有溶剂挥发，节约了成本，避免了环境污染。
2、本发明的涂料能够满足核电站各种大型锻件的制造需要。这种涂料能够保证SA508、18MND5一类的中低合金钢在1200℃及以上温度下长时间(大于30小时)的热处理过程中氧化增重小于3.5％，减少95％以上。涂料性能稳定，施工方便，使用后易于清除，涂料所用原料来源广泛，方便易得。本发明的锻造加热过程抗氧化涂料不仅适用于碳素钢、中低合金钢，同时也适用于不锈钢及其高温合金钢，由于这些钢材自身就有比碳素钢、中低合金钢优秀得多的抗氧化性，当然这种涂料对不锈钢及其高温合金在同样温度同样时间下就具有更为优秀的抗氧化性。
具体实施方式
本发明针对上述技术方案的缺陷提供了一种抗氧化涂料及其制备方法和应用。这种涂料全部由固体粉末所组成，通过喷射的方法涂施到核电锻件的表面，能够对核电锻件在1200℃及以上温度下多次锻造加热时提供方便的抗氧化保护，涂料在锻件表面涂施速度快，使用方便，容易成膜，无温度限制，长时间(大于30小时)的加热过程造成的氧化增重减少95％以上。
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种抗氧化涂料。
抗氧化涂料，由以下重量份的物料组成：胶体石墨粉30～50份，硅酸钠30～50份、铁粉10～20份、铝粉5～15份、高岭土5～18份、云母粉10～30份和三氧化二硼18～35份。
为了提高抗氧化涂料的抗氧化效果，优选的，抗氧化涂料，由以下重量份的物料组成：胶体石墨粉35～50份，硅酸钠30～45份、铁粉12～20份、金属铝粉5～15份、高岭土5～18份；云母粉15～30份、三氧化二硼18～25份。
更优选的，抗氧化涂料，由以下重量份的物料组成：胶体石墨粉35～45份，硅酸钠30～35份、铁粉12～15份、金属铝粉10～15份、高岭土5～10份、云母粉15～20份、三氧化二硼20～22份；
进一步优选由以下重量份的物料组成：胶体石墨粉45份，硅酸钠35份、铁粉12份、铝粉10份、高岭土5份、云母粉15份、三氧化二硼20～22份。
优选的：所述胶体石墨粉的细度≥320目。
优选的：硅酸钠粉的细度≥80目；铁粉的细度≥200目；铝粉的细度≥320目；高岭土的细度≥320目；云母粉细度≥320目；三氧化二硼细度≥70目。
优选的：金属铁粉中的铁含量≥98.5％。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种抗氧化涂料的配制方法。
抗氧化涂料的配制方法，将上述抗氧化涂料中的所有物料混匀。
其中，混匀采用V型混合机、VH型高效混合机或球磨机。
本发明还提供抗氧化涂料的应用。
应用方法为：用压缩空气喷涂装置、高压无气喷涂装置或静电喷涂装置将抗氧化涂料喷涂到50～1000℃的锻件表面，然后将锻件在加热炉中进行加热，在此过程中涂料将自行熔融成膜。
成膜后，炉内空气中的氧气无法与锻件发生通常的氧化反应，从而达到加热过程抗氧化的目的。而喷涂前勿需对锻件表面作任何处理，所以使用十分方便高效。
其中，本发明所述的锻件适用于碳钢锻件或合金钢锻件。优选合金锻件为中低合金钢锻件；更优选的，锻件的材质为SA508、18MND5。
本发明的涂料适用于大型锻件，比如核电大型锻件：核电压力容器、蒸发器、稳压器筒体或封头。
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
称取胶体石墨粉35份，硅酸钠35份、金属铁粉12份、金属铝粉15份、高岭土5份、云母粉15份、三氧化二硼20份。以上均为重量份，将其置于V型混合机高速混合120分钟，即得本发明所述的碳钢或合金钢的热处理抗氧化涂料。
其中胶体石墨粉的细度为320目、硅酸钠的细度为120目、三氧化二硼的细度为120目、高岭土、云母粉均为320目、金属铁粉细度为400目、金属铝粉的细度为320目。
涂覆工艺：将涂料用压缩空气喷涂装置涂覆于110吨的SA508钢锻件上，涂层厚度不低于0.20mm，锻件表面温度80℃。
加热条件：加热温度、保温时间和锻造次数参见表1。
实施例2
称取胶体石墨粉40份，硅酸钠35份、金属铁粉15份、金属铝粉12份、高岭土10份；云母粉20份、三氧化二硼21份。以上均为重量份；将其置于球磨机中高速混合100分钟，即得本发明所述的碳钢或合金钢的热处理抗氧化涂料。
其中胶体石墨粉的细度为320目、硅酸钠的细度为120目、三氧化二硼的细度为120目、高岭土、云母粉均为320目、金属铁粉细度为400目、金属铝粉的细度为320目。
涂覆工艺：将涂料用高压无气喷涂装置涂覆于80吨的18MND5钢锻件上，涂层厚度不低于0.20mm，锻件表面温度950℃。
加热条件：加热温度、保温时间和锻造次数参见表1。
实施例3
称取胶体石墨粉40份，硅酸钠30份、金属铁粉10份、金属铝粉10份、高岭土8份；云母粉15份、三氧化二硼22份。以上均为重量份；将其置于VH高效混合机内高速混合80分钟，即得本发明所述的碳钢或合金钢的热处理抗氧化涂料。
其中胶体石墨粉的细度为320目、硅酸钠的细度为120目、三氧化二硼的细度为120目、高岭土、云母粉均为320目、金属铁粉细度为400目、金属铝粉的细度为320目。
涂覆工艺：将涂料用高压静电喷涂装置涂覆于95吨的18MND5钢锻件上，涂层厚度不低于0.20mm，锻件表面温度560℃。
加热条件：加热温度、保温时间和锻造次数参见表1。
实施例4
称取胶体石墨粉45份，硅酸钠35份、金属铁粉12份、金属铝粉10份、高岭土5份；云母粉15份、三氧化二硼22份。以上均为重量份；将其置于V型混合机高速混合120分钟，即得本发明所述的碳钢或合金钢的热处理抗氧化涂料。
其中胶体石墨粉的细度为320目、硅酸钠的细度为120目、三氧化二硼的细度为120目、高岭土、云母粉均为320目、金属铁粉细度为400目、金属铝粉的细度为320目。
涂覆工艺：将涂料用压缩空气喷涂装置涂覆于100吨的18MND5钢锻件上，涂层厚度不低于0.20mm，锻件表面温度80℃。
加热条件：加热温度、保温时间和锻造次数参见表1。
实施例5～6
在实施例1的基础上，改变抗氧化涂料的组份配比以及涂覆工艺，详细的工艺参数见表1.
实施例1～6的使用效果见表1。
表1：各实施例粉料组成及使用效果
Figure BDA0002125541540000051
Figure BDA0002125541540000061
氧化增重率＝(加热处理后的锻件重量-原始锻件重量)/原始锻件重量。

Claims (12)

1.抗氧化涂料，其特征在于，由以下重量份的物料组成：胶体石墨粉30～50份，硅酸钠30～50份、铁粉10～20份、铝粉5～15份、高岭土5～18份、云母粉10～30份和三氧化二硼18～35份；
其中，所述胶体石墨粉的细度≥320目；硅酸钠的细度≥80目；铁粉的细度≥200目；铝粉的细度≥320目；高岭土的细度≥320目；云母粉细度≥320目；三氧化二硼细度≥70目；
所述物料均为固体粉料；
抗氧化涂料的使用方法为：将抗氧化涂料喷涂到50～1000℃的锻件表面。
2.根据权利要求1所述的抗氧化涂料，其特征在于，由以下重量份的物料组成：胶体石墨粉35～50份，硅酸钠30～45份、铁粉12～20份、铝粉5～15份、高岭土5～18份、云母粉15～30份和三氧化二硼18～25份。
3.根据权利要求2所述的抗氧化涂料，其特征在于，由以下重量份的物料组成：胶体石墨粉35～45份，硅酸钠30～35份、铁粉12～15份、铝粉10～15份、高岭土5～10份、云母粉15～20份、三氧化二硼20～22份。
4.根据权利要求3所述的抗氧化涂料，其特征在于，由以下重量份的物料组成：胶体石墨粉45份，硅酸钠35份、铁粉12份、铝粉10份、高岭土5份；云母粉15份、三氧化二硼20～22份。
5.根据权利要求1～4任一项所述的抗氧化涂料，其特征在于：铁粉中的铁含量≥98.5%。
6.抗氧化涂料的配制方法，其特征在于：将权利要求1～5任一项所述的抗氧化涂料中的所有物料混匀。
7.根据权利要求6所述的抗氧化涂料的配制方法，其特征在于：物料混匀采用V型混合机、VH型高效混合机或球磨机。
8.权利要求1～5任一项所述的抗氧化涂料的应用，其特征在于：将抗氧化涂料喷涂在锻件表面。
9.根据权利要求8所述的抗氧化涂料的应用，其特征在于：用压缩空气喷涂装置、高压无气喷涂装置或静电喷涂装置将抗氧化涂料喷涂到50～1000℃的锻件表面。
10.根据权利要求8或9所述的抗氧化涂料的应用，其特征在于，所述锻件为碳钢锻件或合金钢锻件。
11.根据权利要求9所述的抗氧化涂料的应用，其特征在于，锻件的重量≥80吨。
12.根据权利要求9所述的抗氧化涂料的应用，其特征在于，锻件的材质为SA508或18MND5。
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