CN113667348A - 一种防氧化防脱碳隔离粘结剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防氧化防脱碳隔离粘结剂及其制备方法。本发明防氧化防脱碳隔离粘结剂的制备方法包括以下步骤：采用二氧化钛、硫酸锆、五水偏硅酸钠在碱性环境水解聚合制备成改性复合材料，然后将硅酸钾、改性复合材料、磷酸硅、γ‑(2,3环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、硅溶胶、表面活性剂和水混合，制备成防氧化防脱碳隔离粘结剂。与现有技术相比，本发明制备的防氧化防脱碳隔离粘结剂具有良好的分散稳定性、高粘结性、防氧化和防脱碳的特点，配合耐高温防氧化涂料配合使用，适用于所有碳钢类材料，而且低成本、简易、可行。

Description

一种防氧化防脱碳隔离粘结剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及高温粘结剂材料领域，尤其涉及一种用于耐高温防氧化防脱碳隔离粘结剂及其制备方法。

背景技术

钢铁广泛应用于各行各业，钢铁的产量可以衡量一个国家工业化水平。金属和合金材料在完成模锻、轧制、淬火和正火等工序之前都要在加热炉里将其加热到一定温度。高温处理的过程中，钢铁的氧化烧损不可避免，使得钢铁材料表面形成氧化层，不仅会使材料、能源浪费严重，而且增加了一定的工作量。伴随着的氧化、脱碳现象也很严重。高温条件下，氧化性气体与金属基体表层中的碳发生化学反应，形成一氧化碳和二氧化碳逸出，造成钢铁脱碳，脱碳钢铁层抗拉强度和屈服极限下降，硬度较低，易变形断裂，制备的工件强度不够，耐久性差。对于高碳钢、弹簧钢等，大量脱碳导致产品质量严重下降，影响正常的使用。

防止金属在加热过程中被氧化的最有效方法是隔绝金属表面与氧化性气体的接触。目前常用的方法有：真空加热；盐浴加热；快速加热和热处理保护涂料法等。

在经济和实用层面考虑，热处理保护涂料的方式是现在应用最广的一种保护方案。热处理保护涂料技术始于上世纪七十年代。此前解决局部防渗及防氧化、防脱碳问题多采用镀铜、锡等防渗；采用在非渗碳部位预留余量渗碳后再切削去除的办法解决局部渗碳问题；用耐火泥加氧化铜再以水玻璃调合成糊状涂敷解决防渗碳问题；用酒精硼酸溶液或敷涂耐火泥、粘土等防氧化、防脱碳。上述办法因效果差工艺繁杂污染环境、浪费材料和能源等而被淘汰。钢材防氧化防脱碳涂料究其原因就是它在高温氧化气氛下使用时，表面能玻化生成一层致密的玻璃膜。该膜具有独特的高温抗氧化性，能保护内层不再继续氧化。在对其进行热处理之前为其涂上防氧化脱碳涂料，则可以在一定程度上防止氧化脱碳情况的发生，涂层保护的方法操作简单、成本低、使用方便、适用范围广。

粘接剂是涂料组成中必不可少的物质。向涂料中添加一定量的粘接剂，有助于涂料在常温下保持一定的粘度和悬浮性，粘接剂影响着涂层干燥所需的时间和机械性能和涂料能否达到高温粘附和低温易脱落的性能。常用粘接剂大多属于低熔点的物质，对涂料的均匀覆盖起到一定的助熔作用。在温度升高的过程中，粘接剂会在涂料的其他耐高温粉体前熔融，将耐高温粉体均匀的覆盖在钢材表面，使涂料形成一个完整的保护体系。促使在金属的表面形成一层致密的粘态膜，将金属表面与外界隔离开来，防止其被氧化和脱碳。

专利号CN103014270A公开了一种钢铁高温防氧化涂料及其制备方法。该涂料包括混合粉末、水、粘结剂和分散剂；混合粉末与水的重量比为50～55：45～50；粘结剂和分散剂的重量均为混合粉末重量的2％～5％；混合粉末包括以下重量配比的组分：改性凹凸棒石粘土粉末60％～70％、铝矾土5％～10％、氧化锆2％～5％、氧化硅10％～15％、无定形碳粉2％～5％和片状碳粉2％～5％。制备的高温防氧化脱碳涂料，是一种水溶性涂料，不含有有机溶剂，对环境无污染，可广泛适用于各种钢在800～1200℃加热时防氧化脱碳，并且能够在冷却过程中自然剥落，对后续的机械加工无任何影响。但是该方法制备的高温防氧化涂料保护效果较低，而且加入的碳源容易产生一氧化碳存在安全隐患。

CN108047777A公开了一种钢铁高温防氧化复合涂料及其制备方法，该涂料由以下质量百分比的原料制备而成：SiO₂54％-63％、Al₂O₃8.3％-9.3％、ZrO₂7.5％-7.9％、SiC5.4％-6.1％、无机复合磷酸盐粘接剂14.3％-17.0％、硅溶胶5.4％-6.1％，余量水。克服了现有涂料应用温度低，造成能源浪费、成本高、毒性大，且不具有普适性，以及制作工艺繁琐的缺陷，从而提供一种具有氧扩散系数低、一定的粘性、一定的机械性能、良好的自动脱落性、无毒无害、原料价格便宜的、能在1300℃高温下使用的具有综合性能的复合涂料。但是该方案的高温防氧化复合涂料在高温下易脱落，保护效果差。

专利号为CN107500790A的专利公开了一种高温防脱碳涂料，属于耐火材料技术领域，所述涂料由A、B两种组分组成，所述A、B两种组分所占的重量百分含量分别为60～70％和30～40％；所述A组分的重量百分比组成为：高铝矾土粉26～33％，石墨15～25％，碳化硅15～35％，锆刚玉粉3～7％，Al₂O₃超微粉13～17％和硅铝胶4～7％；所述B组分的重量百分比组成为：悬浮剂20～30％，粘结剂70～80％。高温防脱碳涂料使用后在钢材表面形成一个保护膜，降低脱碳层深度，大大提高产品成材率以及钢材表面硬度及使用性能，增加金属回收率，降低生产成本，提高经济效益。但是该高温防脱碳涂料分散性较差，易脱落，保护不均匀，制备的产品质量差。

发明内容

现有技术中的高温防氧化防脱碳涂料存在高温易脱落，保护不均匀，容易产生有害物质的缺点。为解决上述缺点，本发明采用硅酸钾、改性复合材料、磷酸硅、γ-(2,3环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、硅溶胶、表面活性剂复配构造一种防氧化防脱碳隔离粘结剂。

一种防氧化防脱碳隔离粘结剂，包括如下质量百分比的组份：硅酸钾8-25％，磷酸硅2-10％，γ-(2,3环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷3-10％，硅溶胶3-15％，表面活性剂0.5-2％，余量为水。

进一步优选的，所述防氧化防脱碳隔离粘结剂，由如下质量百分比的组份制备而成：

硅酸钾8-25％，改性复合材料5-20％，磷酸硅2-10％，γ-(2,3环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷3-10％，硅溶胶3-15％，表面活性剂0.5-2％，余量为水。

优选的，所述改性复合材料的制备方法如下：

S1、将二氧化钛、六偏磷酸钠和水混合，制备成混合溶液，将混合溶液采用超声处理20～50min，再加热搅拌，加热温度为40～60℃，搅拌速度为300～600r/min，搅拌时间为10～50min，得到悬浮液；

S2、通过滴加1～20wt％硫酸水溶液和1～20wt％氢氧化钠水溶液将步骤S1制备的悬浮液的pH值调整到7～9，以3～8mL/min的速率将5～15wt％硫酸锆水溶液加入到悬浮液中；同时，将1～20wt％的氢氧化钠水溶液加入悬浮液中，维持悬浮液中的pH值为7～9；加入完毕后，在40～60℃下搅拌1～3h，搅拌速度为200～500r/min；然后旋转蒸发过滤，旋转蒸发温度为50～80℃，转速为100～300r/min，溶剂挥发完全后，用水冲洗残余物，直到冲洗液为中性，在100～150℃干燥20～30h，得到预制材料；

S3、将步骤S2中预制材料加入水中，通过滴加1～20wt％氢氧化钠水溶液，将pH值调整到9～10，制备成碱性溶液，将碱性溶液温度水浴加热到70～90℃，然后，将5～15wt％五水偏硅酸钠水溶液以3～8mL/min的速度加入碱性溶液中，同时缓慢滴加1～20wt％硫酸水溶液保持碱性溶液的pH值在9～10；当偏硅酸钠水溶液完全加入后，在70～90℃下反应1～3h；然后旋转蒸发过滤，旋转蒸发温度为50～80℃，转速为100～300r/min，溶剂挥发完全后的残余物在100～150℃干燥20～30h，制备成复合材料；

S4、将步骤S3中复合材料加入水中，超声处理20～40min，再加热搅拌，加热温度为50～90℃，搅拌速度为300～700r/min，搅拌时间为20～40min，得到分散溶液；在分散溶液中加入甲基丙烯酸和过硫酸钾，在50～90℃下反应4～8h；然后旋转蒸发过滤，旋转蒸发温度为50～90℃，转速为100～300r/min，溶剂挥发完全后，用水冲洗残余物，直到冲洗液为中性，在100～150℃下干燥20～30h，得到改性复合材料。

优选的，所述步骤S1中各成份以重量份计：120～200份二氧化钛、1～3份六偏磷酸钠和300～600份水。

优选的，所述步骤S2中各成份以重量份计：100～300份步骤S1制备的悬浮液、20～40份1～20wt％硫酸锆水溶液。

优选的，所述步骤S3中各成份以重量份计：10～30份步骤S2中预制材料、70～150份水、20～30份5～15wt％五水偏硅酸钠水溶液。

优选的，所述步骤S4中的各成份以重量份计：30～70份步骤S3中复合材料、700～1300份水、0.1～1份甲基丙烯酸和0.001～0.01份过硫酸钾。

本发明的粘结剂为复合硅酸钾溶液，该配方涂料在900～1250℃的温度下能形成玻璃体，具有隔绝外界氧气的作用。在高温下，涂料中的其他成份如SiO₂、Al₂O₃、K₂O等主要的作用是形成玻璃体，防止氧接触碳钢表面、提供保护，起到防氧化脱碳的作用。其防护原理可以借助K₂O-Al₂O₃-SiO₂系统来进行分析。K₂O-Al₂O₃-SiO₂的元素配比具有的熔点各不相同，即使每一种单独的元素的熔点比较高，但是将其与其他元素按照不同的比例进行混合，它的熔点将会受到一定的影响，变化程度跟其在混合物中所占的比例有关。

本发明中的改性复合材料，采用带负电荷的二氧化钛可以提高提高了硫酸锆的水解速率，在碱性条件下，硫酸锆的快速水解形成了氧化锆纳米颗粒。然后，氧化锆纳米颗粒聚合形成岛状无定形涂层，五水偏硅酸钠的发生水解反应，在基底上形成无定形二氧化硅层，非晶氧化锆和二氧化硅涂层之间通过SiO-Zr键合，产生相互作用，进一步产生Zr-O-Ti键合，固定在TiO₂颗粒表面，制备成TiO₂@ZrO₂@SiO₂改性复合材料。在原位聚合反应过程中，聚甲基丙烯酸分子通过形成碳氧硅键而锚定在TiO₂@ZrO₂@SiO₂改性复合材料的表面，可以提高纳米复合材料的分散稳定性，在混合涂料中具有极性连接的作用，有利于高温下，玻璃状隔膜的同时形成。

所选用的涂料主要是以本发明的防氧化防脱碳隔离粘结剂作为涂料组成，在室温下将不易熔的粉料SiO₂、Al₂O₃等进行粘结，待其风干后即成为比较牢固的涂层。在对钢铁材料进行热处理时，这样一层牢固的涂层将会在其熔点以下温度时对钢铁材料起到防氧化脱碳的作用。

本发明还提供了上述防氧化防脱碳隔离粘结剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、将硅酸钾，改性复合材料，磷酸硅分别研磨，过200～400目筛；然后将加工后的三种粉料混合均匀，制备成混合料；

步骤2、将γ-(2,3环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、硅溶胶和水混合，搅拌均匀，制备成混合溶液；然后在混合溶液中加入步骤1中的混合料和表面活性剂，进行搅拌反应，搅拌速度为300～600r/min，搅拌时间为30-60min，得到防氧化防脱碳隔离粘结剂。

优选的，所述的硅溶胶为碱性硅溶胶、酸性硅溶胶和中性硅溶胶中的一种。

优选的，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、环氧氯丙烷、氟碳表面活性剂、炔二醇表面活性剂中的一种。

由于采用了以上的技术方案，与现有技术相比，本发明的防氧化防脱碳隔离粘结剂的制备方法，其优点在于：1)采用硫酸锆和偏硅酸钠水解结合形成改性复合材料，有利于增加粘结剂的分散稳定性，耐高温性和高温粘结性。2)该发明与其配套的粉体合用，适用于所有碳钢类材料，为碳钢类材料热处理寻找到了低成本、简易、可行的热处理涂层耐高温防氧化防脱碳隔离防护方法。3)在经济效益方面可以减少金属废料，降低生产成本，生产过程具有无毒无害，安全易操作的特点。

具体实施方式

实施例中主要原料的来源：

硅酸钾：淄博鑫荣化工科技有限公司，分子量：248.476，CAS号：1312-76-1。

磷酸硅：武汉拉那白医药化工有限公司，分子式:H₄O₁₆P₄Si₈，分子量：412.002704，CAS号：12037-47-7。

γ-(2,3环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷：湖北玖丰隆化工有限公司，CAS号：2530-83-8。

碱性硅溶胶：济南普莱华化工有限公司，型号：THIS-S30，外观：半透明胶状液体，pH值：9.0～10.0，CAS号：106-89-8。

硫酸锆：山东豪顺化工有限公司，分子式为Zr(SO₄)₂，分子量为283.35，CAS号：14644-61-2。

五水偏硅酸钠：淄博新科化工有限公司，分子式：Na₂SiO₃·5H₂O分子量：212.14，CAS号：10213-79-3。

实施例1

实施例2

一种防氧化防脱碳隔离粘结剂的制备方法，包括如下步骤，所述份数均为重量份：

步骤1、将18份硅酸钾，15份改性复合材料，7份磷酸硅分别研磨，然后过300目筛；然后将加工后的三种粉料混合均匀，制备成混合料；

步骤2、先将8份γ-(2,3环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、11份碱性硅溶胶和60份水混合，搅拌均匀，制备成混合溶液；然后在混合溶液中加入35份步骤1中的混合料和1份十二烷基硫酸钠，进行搅拌反应，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为40min，得到防氧化防脱碳隔离粘结剂。

所述改性复合材料的制备方法如下，所述份数均为重量份：

S1、将150份二氧化钛、1.5份六偏磷酸钠和500份水混合，制备成混合溶液，将混合溶液采用超声处理30min，再采用水浴加热搅拌，加热温度为50℃，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为30min，得到悬浮液；

S2、通过缓慢滴加10wt％硫酸水溶液和10wt％氢氧化钠水溶液将200份步骤S1中悬浮液的pH值调整到8，以5mL/min的速率将30份10wt％硫酸锆水溶液加入到悬浮液中；同时，加入10wt％的氢氧化钠水溶液维持悬浮液的pH值为8；加入完毕后，在50℃下搅拌2h，搅拌速度为400r/min；然后旋转蒸发过滤，旋转蒸发温度为70℃，转速为200r/min，溶剂挥发完全后，用水冲洗残余物，直到冲洗液为中性，在120℃干燥24h，得到预制材料；

S3、将20份步骤S2中预制材料加入100份水中，通过滴加10wt％氢氧化钠水溶液调整pH值到9.5，制备成碱性溶液，将碱性溶液温度采用水浴加热到85℃；然后，将25份10wt％五水偏硅酸钠水溶液以5mL/min的速度加入碱性溶液中，同时采用10wt％硫酸水溶液缓慢滴加保持碱性溶液的pH值在9.5；当偏硅酸钠水溶液完全加入后，在85℃下反应2h；然后旋转蒸发过滤，旋转蒸发温度为70℃，转速为200r/min，溶剂挥发完全后的残余物在120℃下干燥24h，制备成复合材料；

S4、将50份步骤S3中复合材料加入1000份水中，超声处理30min，再采用水浴加热搅拌，加热温度为70℃，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为30min，得到分散溶液；在分散溶液中加入0.5份甲基丙烯酸和0.005份过硫酸钾，调整反应温度为70℃，反应6h，然后旋转蒸发过滤，旋转蒸发温度为70℃，转速为200r/min，溶剂挥发完全后，用水冲洗残余物，直到冲洗液为中性，在120℃干燥24h，得到改性复合材料。

实施例3

一种防氧化防脱碳隔离粘结剂的制备方法与实施例2基本相同，唯一区别仅仅在于：所述改性复合材料的制备方法不同。

本实施例中所述改性复合材料的制备方法如下，所述份数均为重量份：

S1、将150份二氧化钛、1.5份六偏磷酸钠和500份水混合，制备成混合溶液，将混合溶液采用超声处理30min，再采用水浴加热搅拌，加热温度为50℃，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为30min，得到悬浮液；

S2、将200份步骤S1制备的悬浮液采用旋转蒸发过滤，旋转蒸发温度为70℃，转速为200r/min，溶剂挥发完全后，用水冲洗残余物，直到冲洗液为中性，在120℃干燥24h，得到预制材料；

S3、将20份步骤S2中预制材料加入100份水中，通过滴加10wt％氢氧化钠水溶液调整pH值到9.5，制备成碱性溶液，将碱性溶液温度采用水浴加热到85℃；然后，将25份10wt％五水偏硅酸钠水溶液以5mL/min的速度加入碱性溶液中，同时采用10wt％硫酸水溶液缓慢滴加保持碱性溶液的pH值在9.5；当偏硅酸钠水溶液完全加入后，在85℃下反应2h；然后旋转蒸发过滤，旋转蒸发温度为70℃，转速为200r/min，溶剂挥发完全后的残余物在120℃下干燥24h，制备成复合材料；

S4、将50份步骤S3中复合材料加入1000份水中，超声处理30min，再采用水浴加热搅拌，加热温度为70℃，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为30min，得到分散溶液；在分散溶液中加入0.5份甲基丙烯酸和0.005份过硫酸钾，调整反应温度为70℃，反应6h，然后旋转蒸发过滤，旋转蒸发温度为70℃，转速为200r/min，溶剂挥发完全后，用水冲洗残余物，直到冲洗液为中性，在120℃干燥24h，得到改性复合材料。

实施例4

一种防氧化防脱碳隔离粘结剂的制备方法与实施例2基本相同，唯一区别仅仅在于：所述改性复合材料的制备方法不同。

本实施例中所述改性复合材料的制备方法如下，所述份数均为重量份：

S1、将150份二氧化钛、1.5份六偏磷酸钠和500份水混合，制备成混合溶液，将混合溶液采用超声处理30min，再采用水浴加热搅拌，加热温度为50℃，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为30min，得到悬浮液；

S2、通过缓慢滴加10wt％硫酸水溶液和10wt％氢氧化钠水溶液将200份步骤S1中悬浮液的pH值调整到8，以5mL/min的速率将30份10wt％硫酸锆水溶液加入到悬浮液中；同时，加入10wt％的氢氧化钠水溶液维持悬浮液的pH值为8；加入完毕后，在50℃下搅拌2h，搅拌速度为400r/min；然后旋转蒸发过滤，旋转蒸发温度为70℃，转速为200r/min，溶剂挥发完全后，用水冲洗残余物，直到冲洗液为中性，在120℃干燥24h，得到预制材料；

S3、将50份步骤S2中预制材料加入1000份水中，超声处理30min，再采用水浴加热搅拌，加热温度为70℃，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为30min，得到分散溶液；在分散溶液中加入0.5份甲基丙烯酸和0.005份过硫酸钾，调整反应温度为70℃，反应6h，然后旋转蒸发过滤，旋转蒸发温度为70℃，转速为200r/min，溶剂挥发完全后，用水冲洗残余物，直到冲洗液为中性，在120℃干燥24h，得到改性复合材料。

对比例1

一种防氧化防脱碳隔离粘结剂的制备方法与实施例2基本相同，唯一区别仅仅在于：将改性复合材料替换成复合材料。

本实施例中所述复合材料的制备方法如下，所述份数均为重量份：

S1、将150份二氧化钛、1.5份六偏磷酸钠和500份水混合，制备成混合溶液，将混合溶液采用超声处理30min，再采用水浴加热搅拌，加热温度为50℃，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为30min，得到悬浮液；

S2、将200份步骤S1制备的悬浮液采用旋转蒸发过滤，旋转蒸发温度为70℃，转速为200r/min，溶剂挥发完全后，用水冲洗残余物，直到冲洗液为中性，在120℃干燥24h，得到预制材料；

S3、将50份步骤S2中预制材料加入1000份水中，超声处理30min，再采用水浴加热搅拌，加热温度为70℃，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为30min，得到分散溶液；在分散溶液中加入0.5份甲基丙烯酸和0.005份过硫酸钾，调整反应温度为70℃，反应6h，然后旋转蒸发过滤，旋转蒸发温度为70℃，转速为200r/min，溶剂挥发完全后，用水冲洗残余物，直到冲洗液为中性，在120℃干燥24h，得到复合材料。

对比例2

一种防氧化防脱碳隔离粘结剂的制备方法与实施例2基本相同，唯一区别仅仅在于：未添加改性复合材料。

测试例1

将实施例和对比例得到的防氧化防脱碳隔离粘结剂与常规涂料添加剂混合，按如下质量百分比配置成测试涂料：

二氧化硅35％、三氧化二铝15％、氧化镁10％、氧化硼2％、氧化钛2％、氧化钾1％、防氧化防脱碳隔离粘结剂30％、水5％。

将二氧化硅、三氧化二铝、氧化镁、氧化硼、氧化钛、氧化钾采用球磨机进行研磨，然后过300目筛，将得到的细粉料和防氧化防脱碳隔离粘结剂、水混合搅拌均匀，得到测试涂料。

防脱碳测试

在高温环境下，氧气与表面的金属和碳发生氧化反应，生成大量的金属氧化物和含碳气体，导致金属原料的浪费和机械性能的下降。测试涂料的防脱碳性能可以有效的评估涂料的功能和质量，该测试以高温处理后脱碳层的厚度作为评价指标，具体的实验步骤如下所述：

1)将制备的测试涂料均匀涂敷在100mm×100mm×10mm大小的高碳钢试样上，涂层厚度为0.5mm，另外设置空白对照组，空白对照组不进行涂料涂敷。

2)所有试样在1200℃的条件下加热200min，放置于空气环境中冷却至室温。

3)采用抛光机抛光至表面无划痕。

4)一个试样上随机选取三个测试点使用测距显微镜测试试样的脱碳层厚度，取平均值，测试结果见表1。

测试例2

防氧化测试

1)采用抛光机将100mm×100mm×10mm大小的高碳钢试样抛光至表面无划痕，用酒精将试样表面擦拭干净，然后用天平对试样进行称重，此为涂覆前试样的质量，记为M₁。

2)将制备的测试涂料均匀涂敷在高碳钢试样上，涂层厚度为0.5mm，另外设置空白对照组，空白对照组不进行涂料涂敷。

3)所有试样在1200℃的条件下加热200min，试样加热完后用流动的自来水冷却，然后用铁锤敲打试样的表面，除去表面的氧化铁皮。

4)用酒精将试样表面擦拭干净，用分析天平称重，质量记为M₂，计算公式如下，测试结果见表1。

试样质量损失ΔM＝M₁-M₂

质量损失率ρ＝(M₁-M₂)/M₁×100％

表1：油水界面张力和泡沫性能测试结果

从表1的测试结果可以看出实施例2的防氧化防脱碳隔离粘结剂在脱碳层厚度、试样质量损失和质量损失率测试结果中的表现最好，主要原因可能是本发明选择的粘结剂为改性复合材料配置的复合硅酸钾溶液，改性复合材料制备过程中采用硫酸锆的快速水解形成了氧化锆纳米颗粒，五水偏硅酸钠发生水解反应，在基底上形成无定形二氧化硅层，非晶氧化锆和二氧化硅涂层之间通过SiO-Zr键合，产生相互作用，在甲基丙烯酸处理下，进一步产生Zr-O-Ti键合，硅原子和锆原子固定在二氧化钛颗粒表面，制备成改性复合材料，通过化学键连接，均匀分散在高碳钢表面，在高温下，与涂料中的其他成份如二氧化硅、氧化铝等结合，具有分散高温涂料的作用，涂料各成份的玻璃化转变温度不同，即使每一种单独的元素的熔点比较高，但是将其与其他元素按照不同的比例进行混合，它的熔点将会受到一定的影响，变化程度跟其在混合物中所占的比例也有关。在对钢铁材料进行热处理时，改性复合材料的添加，可以促进玻璃体的共同形成，隔绝外界氧气，防止氧接触碳钢表面、提供保护，起到防氧化防脱碳的作用。

测试例3

附着力强度测试

附着力强度测试评级依据GB 1720-1979《漆膜附着力测定法》，涂层使用划圈法进行附着力测试，将100mm×100mm×10mm大小的高碳钢试样抛光至表面无划痕，将制备的测试涂料均匀涂敷在高碳钢试样上，涂层厚度为0.5mm，待涂层干后，将材料置于机器上进行划圈评级。附着力最好定为1级，最差定为7级，实验中所用的划圈法仪器为标格达精密仪器(广州)有限公司生产的BGD501全自动划圈法附着力测试仪。荷盘上放置500g砝码，测试结果如表2。

表2：附着力强度测试表

实验方案	附着力强度评级
		实施例2	1
实施例3	2
		实施例4	2
对比例1	3
		对比例2	5

从表2中可以看出实施例2的附着力强度评级最好，原因可能在于所选用的涂料主要是以本发明的防氧化防脱碳隔离粘结剂作为涂料组成，粘结剂中的改性复合材料采用带负电荷的二氧化钛提高了硫酸锆的水解速率，在碱性条件下与五水偏硅酸钠结合，然后采用甲基丙烯酸处理形成的Zr-O-Ti键，与常规涂料的成份混合后，存在相同极性的分子相互结合，促进硅酸钾粘结剂的分散，产生较高的粘合作用，形成胶粘混合体，增强粘结剂附着强度。

Claims (10)

1.一种防氧化防脱碳隔离粘结剂，其特征在于，包括如下质量百分比的组份：硅酸钾8-25％，磷酸硅2-10％，γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷3-10％，硅溶胶3-15％，表面活性剂0.5-2％，其余为水。

2.根据权利要求1所述的一种防氧化防脱碳隔离粘结剂，其特征在于，由如下质量百分比的组份制备而成：

硅酸钾8-25％，改性复合材料5-20％，磷酸硅2-10％，γ-(2,3环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷3-10％，硅溶胶3-15％，表面活性剂0.5-2％，余量为水。

3.根据权利要求1或2所述的一种防氧化防脱碳隔离粘结剂，其特征在于：所述的硅溶胶为碱性硅溶胶、酸性硅溶胶和中性硅溶胶中的一种。

4.根据权利要求1或2所述的一种防氧化防脱碳隔离粘结剂，其特征在于：所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、环氧氯丙烷、氟碳表面活性剂、炔二醇表面活性剂中的一种。

5.根据权利要求2所述的一种防氧化防脱碳隔离粘结剂，其特征在于，所述改性复合材料的制备方法如下：

S1、将二氧化钛、六偏磷酸钠和水混合，制备成混合溶液，将混合溶液采用超声处理20～50min，再加热搅拌，加热温度为40～60℃，搅拌速度为300～600r/min，搅拌时间为10～50min，得到悬浮液；

S2、通过滴加1～20wt％硫酸水溶液和1～20wt％氢氧化钠水溶液将步骤S1制备的悬浮液的pH值调整到7～9，以3～8mL/min的速率将5～15wt％硫酸锆水溶液加入到悬浮液中；同时，将1～20wt％的氢氧化钠水溶液加入悬浮液中，维持悬浮液中的pH值为7～9；加入完毕后，在40～60℃下搅拌1～3h，搅拌速度为200～500r/min；然后旋转蒸发过滤，旋转蒸发温度为50～80℃，转速为100～300r/min，溶剂挥发完全后，用水冲洗残余物，直到冲洗液为中性，在100～150℃干燥20～30h，得到预制材料；

S3、将步骤S2中预制材料加入水中，通过滴加1～20wt％氢氧化钠水溶液，将pH值调整到9～10，制备成碱性溶液，将碱性溶液温度水浴加热到70～90℃，然后，将5～15wt％五水偏硅酸钠水溶液以3～8mL/min的速度加入碱性溶液中，同时缓慢滴加1～20wt％硫酸水溶液保持碱性溶液的pH值在9～10；当偏硅酸钠水溶液完全加入后，在70～90℃下反应1～3h；然后旋转蒸发过滤，旋转蒸发温度为50～80℃，转速为100～300r/min，溶剂挥发完全后的残余物在100～150℃干燥20～30h，制备成复合材料；

S4、将步骤S3中复合材料加入水中，超声处理20～40min，再加热搅拌，加热温度为50～90℃，搅拌速度为300～700r/min，搅拌时间为20～40min，得到分散溶液；在分散溶液中加入甲基丙烯酸和过硫酸钾，在50～90℃下反应4～8h；然后旋转蒸发过滤，旋转蒸发温度为50～90℃，转速为100～300r/min，溶剂挥发完全后，用水冲洗残余物，直到冲洗液为中性，在100～150℃下干燥20～30h，得到改性复合材料。

6.根据权利要求5所述的一种防氧化防脱碳隔离粘结剂，其特征在于，所述步骤S1中各成份以重量份计：120～200份二氧化钛、1～3份六偏磷酸钠和300～600份水。

7.根据权利要求5所述的一种防氧化防脱碳隔离粘结剂，其特征在于，所述步骤S2中的各成份以重量份计：100～300份步骤S1制备的悬浮液、20～40份1～20wt％硫酸锆水溶液。

8.根据权利要求5所述的一种防氧化防脱碳隔离粘结剂，其特征在于，所述步骤S3中各成份以重量份计：10～30份步骤S2中预制材料、70～150份水、20～30份5～15wt％五水偏硅酸钠水溶液。

9.根据权利要求5所述的一种防氧化防脱碳隔离粘结剂，其特征在于，所述步骤S4中的各成份以重量份计：30～70份步骤S3中复合材料、700～1300份水、0.1～1份甲基丙烯酸和0.001～0.01份过硫酸钾。

10.根据权利要求1～9任一项所述的一种防氧化防脱碳隔离粘结剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、将硅酸钾，改性复合材料，磷酸硅分别研磨，过200～400目筛；然后将加工后的三种粉料混合均匀，制备成混合料；

步骤2、将γ-(2,3环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、硅溶胶和水混合，搅拌均匀，制备成混合溶液；然后在混合溶液中加入步骤1中的混合料和表面活性剂，进行搅拌反应，搅拌速度为300～600r/min，搅拌时间为30-60min，得到防氧化防脱碳隔离粘结剂。