CN113832406A - 一种耐腐蚀搪瓷材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐腐蚀搪瓷材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于搪瓷材料领域，具体涉及耐腐蚀搪瓷材料及其制备方法。本发明的陶瓷材料不仅有优良的耐腐蚀性能，还有很好的耐磨性和光泽度。本发明的耐腐蚀搪瓷材料包括不锈钢基板和不锈钢基板上的搪瓷涂层。通过不锈钢基板和不锈钢基板上的搪瓷涂层成分的控制，形成梯度层结构合理，耐蚀性、耐磨性、光泽度好。本申请搪瓷材料的硬度在15.3‑17.2GPa之间。耐腐蚀性能测试：室温下，将搪瓷材料放入溶度10%的NaOH溶液中停留48h，搪瓷材料失重0.03‑0.08mg/cm2；放入溶度10%的盐酸溶液中停留48h，搪瓷材料失重0.02‑0.08mg/cm2。搪瓷材料的光泽度在93‑99之间。

Description

一种耐腐蚀搪瓷材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及搪瓷材料技术领域，具体涉及耐腐蚀搪瓷材料及其制备方法。
背景技术
搪瓷材料是由金属和玻璃质无机材料经高温烧制而成的，搪瓷材料兼顾了金属和玻璃质无机材料的各自的优点，其具有耐腐蚀、耐高温、耐磨、稳定性好、光泽度优良等特点。然而，金属和玻璃质无机材料是两种结构不同、性能各异的材料，金属的加工性较好，玻璃质无机材料的加工性很差。金属的耐蚀性较差，但玻璃质无机材料的耐蚀性很好。金属和玻璃质无机材料的热膨胀系数差别也很大。釉层是玻璃质无机材料烧制后的得到的涂层，釉层与金属基体紧密结合，才能很好地发挥搪瓷材料的优点。现有技术还存在搪瓷材料釉层与金属基体结合不佳、耐腐蚀性能不高、耐磨性差、光泽度不良等问题，搪瓷材料的组成及制备工艺上仍有待改进。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种耐腐蚀搪瓷材料及其制备方法，制备的陶瓷材料不仅有优良的耐腐蚀性能，还有很好的耐磨性和光泽度。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：一种耐腐蚀搪瓷材料，其在特征在于，包括不锈钢基板和不锈钢基板上的搪瓷涂层；其中，以质量百分比计，不锈钢基板中C含量为0.01-0.03%，Cr含量为15-18%，Si含量为0.3-0.5%，Mn含量为1.5-2.3%，Al含量为0.5-0.8%，余量为Fe；搪瓷涂层由搪瓷釉制备而成，以质量百分比计，搪瓷釉原料中二氧化硅含量为20-30%、氧化铝含量为24-30%、氧化硼含量为8-18%、氧化钠含量为12-20%、二氧化钒含量为8-15%、五氧化二铌含量为6-10%；搪瓷涂层的厚度为30-48um。
优选地，所述不锈钢基板中Cr含量为16%。
优选地，所述不锈钢基板中Al含量为0.6%。
优选地，所述搪瓷釉原料中二氧化硅含量为24%。
优选地，所述搪瓷釉原料中二氧化钒含量为10%。
优选地，所述搪瓷釉原料中五氧化二铌含量为8%。
烧结过程中，不锈钢基板中的Fe与氧会形成氧化亚铁、氧化铁，Cr与氧形成氧化铬，Al与氧形成氧化铝，氧化亚铁、氧化铁、氧化铬、氧化铝会向搪瓷釉扩散，这些氧化物在搪瓷釉与不锈钢基体间形成梯度层，紧靠陶瓷釉的氧化物主要为氧化铝，其次为氧化铬，这样的形成梯度层有利于不锈钢基体与搪瓷涂层的紧密结合，对搪瓷材料耐蚀性、耐磨性有明显的提升作用。不锈钢基板中Cr含量为16%，Al含量为0.6%时作用更好。
搪瓷涂层中的元素也会向不锈钢基板扩散，二氧化硅促进搪瓷釉中元素与基体元素的相互扩散，加快氧化亚铁、氧化铁的扩散速度。二氧化钒能促进搪瓷釉对不锈钢基体的浸润，提高氧化铬的扩散速度，促进搪瓷涂层与基体的结合强度。五氧化二铌能明显提高氧化铝进入陶瓷釉的速度，有利于在搪瓷釉与不锈钢基体间形成良好的梯度层。二氧化硅还能提高搪瓷涂层的耐腐蚀稳定性，二氧化钒能提高搪瓷涂层的强度和光泽度，五氧化二铌能降低搪瓷釉的粘度，提高浸润性，烧结时提高基体与搪瓷釉的浸润能力，改善结合强度。但二氧化硅、二氧化钒过多会导致烧结温度过高。五氧化二铌过多会导致表面张力不佳，烧结时容易出现缺陷。优选地，搪瓷釉原料中二氧化硅含量为24%，二氧化钒含量为10%，五氧化二铌含量为8%，形成的梯度层结构更加合理，耐蚀性、耐磨性、光泽度更好。
一种耐腐蚀搪瓷材料的制备方法，该方法包括：不锈钢基板的预处理，经酸洗后烘干备用；将搪瓷釉原料按配比配料，将配料进行球磨混合得到混合料，将混合料放入加热炉中加热至600-650℃，保温10-20min；再加热至1150-1230℃保温30-50min，得到熔融的搪瓷釉料，将搪瓷釉料熔液进行水淬并烘干得到熔块；将熔块进行研磨得到粉状搪瓷釉，再加入乙醇得到搪瓷釉浆，将预处理后的不锈钢基板浸入搪瓷釉浆中得到搪瓷涂层的厚度为30-48um，将不锈钢基板取出烘干后，在700-760℃进行烧结处理，烧结时间为60-90s，即得耐腐蚀搪瓷材料。
优选地，混合料放入加热炉中加热至720℃，保温16min。
优选地，再加热至1200℃保温40min。
优选地，在730℃进行烧结处理，烧结时间为80s。
烧结温度和时间是保证搪瓷涂层与基体良好的结合重要条件，对搪瓷材料的耐腐蚀性、耐磨性和光泽度有至关重要的影响。烧结温度过低导致结合强度过低，烧结温度过高导致搪瓷釉料在基体中的溶解度降低，不利于结合强度，且铁会过渡氧化，不利于形成希望的梯度层结构。烧结时间过短，搪瓷涂层的光泽度较差且结合强度低，烧结时间过长，产生的氧化物没有良好的梯度结构，阻碍搪瓷涂层与基体的结合。优选地，在730℃进行烧结处理，烧结时间为80s。
本发明具有以下有益效果：
1、本申请的陶瓷材料不仅有优良的耐腐蚀性能，还有很好的耐磨性和光泽度。不锈钢基板中Cr含量为16%，Al含量为0.6%时，搪瓷材料形成的梯度层对材料耐蚀性、耐磨性有明显的提升作用。
2、搪瓷釉原料中二氧化硅含量为24%，二氧化钒含量为10%，五氧化二铌含量为8%，形成的梯度层结构更加合理，耐蚀性、耐磨性、光泽度更好。
3、烧结温度和时间是保证搪瓷涂层与基体良好的结合重要条件，对搪瓷材料的耐腐蚀性、耐磨性和光泽度有至关重要的影响。优选地，在730℃进行烧结处理，烧结时间为80s。
4、本申请搪瓷材料的硬度在15.3-17.2GPa之间。耐腐蚀性能测试：室温下，将搪瓷材料放入溶度10%的NaOH溶液中停留48h，搪瓷材料失重0.03-0.08mg/cm2；放入溶度10%的盐酸溶液中停留48h，搪瓷材料失重0.02-0.08mg/cm2。搪瓷材料的光泽度在93-99之间。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的材料、方法为本技术领域常规材料、方法。
实施例1
一种耐腐蚀搪瓷材料，其在特征在于，包括不锈钢基板和不锈钢基板上的搪瓷涂层；其中，以质量百分比计，不锈钢基板中C含量为0.01%，Cr含量为18%，Si含量为0.3%，Mn含量为2.3%，Al含量为0.5%，余量为Fe；搪瓷涂层由搪瓷釉制备而成，以质量百分比计，搪瓷釉原料中二氧化硅含量为20%、氧化铝含量为30%、氧化硼含量为8%、氧化钠含量为20%、二氧化钒含量为15%、五氧化二铌含量为7%；搪瓷涂层的厚度为30um。
耐腐蚀搪瓷材料的制备方法，该方法包括：不锈钢基板的预处理，经酸洗后烘干备用；将搪瓷釉原料按配比配料，将配料进行球磨混合得到混合料，将混合料放入加热炉中加热至600℃，保温20min；再加热至1150℃保温50min，得到熔融的搪瓷釉料，将搪瓷釉料熔液进行水淬并烘干得到熔块；将熔块进行研磨得到粉状搪瓷釉，再加入乙醇得到搪瓷釉浆，将预处理后的不锈钢基板浸入搪瓷釉浆中得到搪瓷涂层的厚度为30um，将不锈钢基板取出烘干后，在700℃进行烧结处理，烧结时间为90s，即得耐腐蚀搪瓷材料。
经测试，搪瓷材料的硬度为15.3GPa。耐腐蚀性能测试：室温下，将搪瓷材料放入溶度10%的NaOH溶液中停留48h，搪瓷材料失重0.08mg/cm2；放入溶度10%的盐酸溶液中停留48h，搪瓷材料失重0.07mg/cm2。搪瓷材料的光泽度为94。
实施例2
一种耐腐蚀搪瓷材料，其在特征在于，包括不锈钢基板和不锈钢基板上的搪瓷涂层；其中，以质量百分比计，不锈钢基板中C含量为0.03%，Cr含量为15%，Si含量为0.5%，Mn含量为1.5%，Al含量为0.8%，余量为Fe；搪瓷涂层由搪瓷釉制备而成，以质量百分比计，搪瓷釉原料中二氧化硅含量为28%、氧化铝含量为24%、氧化硼含量为18%、氧化钠含量为12%、二氧化钒含量为8%、五氧化二铌含量为10%；搪瓷涂层的厚度为48um。
耐腐蚀搪瓷材料的制备方法，该方法包括：不锈钢基板的预处理，经酸洗后烘干备用；将搪瓷釉原料按配比配料，将配料进行球磨混合得到混合料，将混合料放入加热炉中加热至650℃，保温10min；再加热至1230℃保温30min，得到熔融的搪瓷釉料，将搪瓷釉料熔液进行水淬并烘干得到熔块；将熔块进行研磨得到粉状搪瓷釉，再加入乙醇得到搪瓷釉浆，将预处理后的不锈钢基板浸入搪瓷釉浆中得到搪瓷涂层的厚度为48um，将不锈钢基板取出烘干后，在760℃进行烧结处理，烧结时间为60s，即得耐腐蚀搪瓷材料。
搪瓷材料的硬度为15.5GPa。耐腐蚀性能测试：室温下，将搪瓷材料放入溶度10%的NaOH溶液中停留48h，搪瓷材料失重0.07mg/cm2；放入溶度10%的盐酸溶液中停留48h，搪瓷材料失重0.08mg/cm2。搪瓷材料的光泽度为93。
实施例3
一种耐腐蚀搪瓷材料，其在特征在于，包括不锈钢基板和不锈钢基板上的搪瓷涂层；其中，以质量百分比计，不锈钢基板中C含量为0.01%，Cr含量为16%，Si含量为0.3%，Mn含量为2.3%，Al含量为0.6%，余量为Fe；搪瓷涂层由搪瓷釉制备而成，以质量百分比计，搪瓷釉原料中二氧化硅含量为20%、氧化铝含量为30%、氧化硼含量为8%、氧化钠含量为20%、二氧化钒含量为15%、五氧化二铌含量为7%；搪瓷涂层的厚度为30um。
耐腐蚀搪瓷材料的制备方法，该方法包括：不锈钢基板的预处理，经酸洗后烘干备用；将搪瓷釉原料按配比配料，将配料进行球磨混合得到混合料，将混合料放入加热炉中加热至600℃，保温20min；再加热至1150℃保温50min，得到熔融的搪瓷釉料，将搪瓷釉料熔液进行水淬并烘干得到熔块；将熔块进行研磨得到粉状搪瓷釉，再加入乙醇得到搪瓷釉浆，将预处理后的不锈钢基板浸入搪瓷釉浆中得到搪瓷涂层的厚度为30um，将不锈钢基板取出烘干后，在700℃进行烧结处理，烧结时间为90s，即得耐腐蚀搪瓷材料。
经测试，搪瓷材料的硬度为16.4GPa。耐腐蚀性能测试：室温下，将搪瓷材料放入溶度10%的NaOH溶液中停留48h，搪瓷材料失重0.06mg/cm2；放入溶度10%的盐酸溶液中停留48h，搪瓷材料失重0.05mg/cm2。搪瓷材料的光泽度为94.5。
实施例4
一种耐腐蚀搪瓷材料，其在特征在于，包括不锈钢基板和不锈钢基板上的搪瓷涂层；其中，以质量百分比计，不锈钢基板中C含量为0.01%，Cr含量为16%，Si含量为0.3%，Mn含量为2.3%，Al含量为0.6%，余量为Fe；搪瓷涂层由搪瓷釉制备而成，以质量百分比计，搪瓷釉原料中二氧化硅含量为24%、氧化铝含量为30%、氧化硼含量为8%、氧化钠含量为20%、二氧化钒含量为10%、五氧化二铌含量为8%；搪瓷涂层的厚度为30um。
耐腐蚀搪瓷材料的制备方法，该方法包括：不锈钢基板的预处理，经酸洗后烘干备用；将搪瓷釉原料按配比配料，将配料进行球磨混合得到混合料，将混合料放入加热炉中加热至600℃，保温20min；再加热至1150℃保温50min，得到熔融的搪瓷釉料，将搪瓷釉料熔液进行水淬并烘干得到熔块；将熔块进行研磨得到粉状搪瓷釉，再加入乙醇得到搪瓷釉浆，将预处理后的不锈钢基板浸入搪瓷釉浆中得到搪瓷涂层的厚度为30um，将不锈钢基板取出烘干后，在700℃进行烧结处理，烧结时间为90s，即得耐腐蚀搪瓷材料。
经测试，搪瓷材料的硬度为16.9GPa。耐腐蚀性能测试：室温下，将搪瓷材料放入溶度10%的NaOH溶液中停留48h，搪瓷材料失重0.04mg/cm2；放入溶度10%的盐酸溶液中停留48h，搪瓷材料失重0.04mg/cm2。搪瓷材料的光泽度为97。
实施例5
一种耐腐蚀搪瓷材料，其在特征在于，包括不锈钢基板和不锈钢基板上的搪瓷涂层；其中，以质量百分比计，不锈钢基板中C含量为0.01%，Cr含量为16%，Si含量为0.3%，Mn含量为2.3%，Al含量为0.6%，余量为Fe；搪瓷涂层由搪瓷釉制备而成，以质量百分比计，搪瓷釉原料中二氧化硅含量为24%、氧化铝含量为30%、氧化硼含量为8%、氧化钠含量为20%、二氧化钒含量为10%、五氧化二铌含量为8%；搪瓷涂层的厚度为30um。
耐腐蚀搪瓷材料的制备方法，该方法包括：不锈钢基板的预处理，经酸洗后烘干备用；将搪瓷釉原料按配比配料，将配料进行球磨混合得到混合料，将混合料放入加热炉中加热至720℃，保温160min；再加热至1200℃保温40min，得到熔融的搪瓷釉料，将搪瓷釉料熔液进行水淬并烘干得到熔块；将熔块进行研磨得到粉状搪瓷釉，再加入乙醇得到搪瓷釉浆，将预处理后的不锈钢基板浸入搪瓷釉浆中得到搪瓷涂层的厚度为30um，将不锈钢基板取出烘干后，在730℃进行烧结处理，烧结时间为80s，即得耐腐蚀搪瓷材料。
经测试，搪瓷材料的硬度为17.2GPa。耐腐蚀性能测试：室温下，将搪瓷材料放入溶度10%的NaOH溶液中停留48h，搪瓷材料失重0.03mg/cm2；放入溶度10%的盐酸溶液中停留48h，搪瓷材料失重0.02mg/cm2。搪瓷材料的光泽度为99。
对比例1
一种耐腐蚀搪瓷材料，其在特征在于，包括不锈钢基板和不锈钢基板上的搪瓷涂层；其中，以质量百分比计，不锈钢基板中C含量为0.01%，Cr含量为25%，Si含量为0.3%，Mn含量为2.3%，Al含量为0.1%，余量为Fe；搪瓷涂层由搪瓷釉制备而成，以质量百分比计，搪瓷釉原料中二氧化硅含量为20%、氧化铝含量为30%、氧化硼含量为8%、氧化钠含量为20%、二氧化钒含量为15%、五氧化二铌含量为7%；搪瓷涂层的厚度为30um。
耐腐蚀搪瓷材料的制备方法，该方法包括：不锈钢基板的预处理，经酸洗后烘干备用；将搪瓷釉原料按配比配料，将配料进行球磨混合得到混合料，将混合料放入加热炉中加热至600℃，保温20min；再加热至1150℃保温50min，得到熔融的搪瓷釉料，将搪瓷釉料熔液进行水淬并烘干得到熔块；将熔块进行研磨得到粉状搪瓷釉，再加入乙醇得到搪瓷釉浆，将预处理后的不锈钢基板浸入搪瓷釉浆中得到搪瓷涂层的厚度为30um，将不锈钢基板取出烘干后，在700℃进行烧结处理，烧结时间为90s，即得耐腐蚀搪瓷材料。
经测试，搪瓷材料的硬度为9.3GPa。耐腐蚀性能测试：室温下，将搪瓷材料放入溶度10%的NaOH溶液中停留48h，搪瓷材料失重0.95mg/cm2；放入溶度10%的盐酸溶液中停留48h，搪瓷材料失重0.92mg/cm2。搪瓷材料的光泽度为84。
对比例2
一种耐腐蚀搪瓷材料，其在特征在于，包括不锈钢基板和不锈钢基板上的搪瓷涂层；其中，以质量百分比计，不锈钢基板中C含量为0.01%，Cr含量为18%，Si含量为0.3%，Mn含量为2.3%，Al含量为0.5%，余量为Fe；搪瓷涂层由搪瓷釉制备而成，以质量百分比计，搪瓷釉原料中二氧化硅含量为20%、氧化铝含量为30%、氧化硼含量为8%、氧化钠含量为20%、二氧化钛含量为15%、氧化钙含量为7%；搪瓷涂层的厚度为30um。
耐腐蚀搪瓷材料的制备方法，该方法包括：不锈钢基板的预处理，经酸洗后烘干备用；将搪瓷釉原料按配比配料，将配料进行球磨混合得到混合料，将混合料放入加热炉中加热至600℃，保温20min；再加热至1150℃保温50min，得到熔融的搪瓷釉料，将搪瓷釉料熔液进行水淬并烘干得到熔块；将熔块进行研磨得到粉状搪瓷釉，再加入乙醇得到搪瓷釉浆，将预处理后的不锈钢基板浸入搪瓷釉浆中得到搪瓷涂层的厚度为30um，将不锈钢基板取出烘干后，在700℃进行烧结处理，烧结时间为90s，即得耐腐蚀搪瓷材料。
经测试，搪瓷材料的硬度为8.7GPa。耐腐蚀性能测试：室温下，将搪瓷材料放入溶度10%的NaOH溶液中停留48h，搪瓷材料失重1.13mg/cm2；放入溶度10%的盐酸溶液中停留48h，搪瓷材料失重1.02mg/cm2。搪瓷材料的光泽度为79。
对比例3
一种耐腐蚀搪瓷材料，其在特征在于，包括不锈钢基板和不锈钢基板上的搪瓷涂层；其中，以质量百分比计，不锈钢基板中C含量为0.06%，Cr含量为10%，Si含量为0.3%，Mn含量为0.1%，Al含量为0.5%，余量为Fe；搪瓷涂层由搪瓷釉制备而成，以质量百分比计，搪瓷釉原料中二氧化硅含量为20%、氧化铝含量为30%、氧化硼含量为13%、氧化钠含量为15%、二氧化钒含量为5%、五氧化二铌含量为17%；搪瓷涂层的厚度为30um。
耐腐蚀搪瓷材料的制备方法，该方法包括：不锈钢基板的预处理，经酸洗后烘干备用；将搪瓷釉原料按配比配料，将配料进行球磨混合得到混合料，将混合料放入加热炉中加热至600℃，保温20min；再加热至1150℃保温50min，得到熔融的搪瓷釉料，将搪瓷釉料熔液进行水淬并烘干得到熔块；将熔块进行研磨得到粉状搪瓷釉，再加入乙醇得到搪瓷釉浆，将预处理后的不锈钢基板浸入搪瓷釉浆中得到搪瓷涂层的厚度为30um，将不锈钢基板取出烘干后，在900℃进行烧结处理，烧结时间为20s，即得耐腐蚀搪瓷材料。
经测试，搪瓷材料的硬度为7.6GPa。耐腐蚀性能测试：室温下，将搪瓷材料放入溶度10%的NaOH溶液中停留48h，搪瓷材料失重1.32mg/cm2；放入溶度10%的盐酸溶液中停留48h，搪瓷材料失重1.17mg/cm2。搪瓷材料的光泽度为73。
可知采用本发明的搪瓷材料，其具有较高的硬度，形成的梯度层结构合理，耐蚀性、耐磨性、光泽度好。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐腐蚀搪瓷材料，其在特征在于，包括不锈钢基板和不锈钢基板上的搪瓷涂层；其中，以质量百分比计，不锈钢基板中C含量为0.01-0.03%，Cr含量为15-18%，Si含量为0.3-0.5%，Mn含量为1.5-2.3%，Al含量为0.5-0.8%，余量为Fe；搪瓷涂层由搪瓷釉制备而成，以质量百分比计，搪瓷釉原料中二氧化硅含量为20-30%、氧化铝含量为24-30%、氧化硼含量为8-18%、氧化钠含量为12-20%、二氧化钒含量为8-15%、五氧化二铌含量为6-10%；搪瓷涂层的厚度为30-48um。
2.根据权利要求1所述的耐腐蚀搪瓷材料，其特征在于，所述不锈钢基板中Cr含量为16%。
3.根据权利要求1或2所述的耐腐蚀搪瓷材料，其特征在于，所述不锈钢基板中Al含量为0.6%。
4.根据权利要求1或2所述的耐腐蚀搪瓷材料，其特征在于，所述搪瓷釉原料中二氧化硅含量为24%。
5.根据权利要求1或2所述的耐腐蚀搪瓷材料，其特征在于，所述搪瓷釉原料中二氧化钒含量为10%。
6.根据权利要求1或2所述的耐腐蚀搪瓷材料，其特征在于，所述搪瓷釉原料中五氧化二铌含量为8%。
7.根据权利要求1至6任一项所述的耐腐蚀搪瓷材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：不锈钢基板的预处理，经酸洗后烘干备用；将搪瓷釉原料按配比配料，将配料进行球磨混合得到混合料，将混合料放入加热炉中加热至600-650℃，保温10-20min；再加热至1150-1230℃保温30-50min，得到熔融的搪瓷釉料，将搪瓷釉料熔液进行水淬并烘干得到熔块；将熔块进行研磨得到粉状搪瓷釉，再加入乙醇得到搪瓷釉浆，将预处理后的不锈钢基板浸入搪瓷釉浆中得到搪瓷涂层的厚度为30-48um，将不锈钢基板取出烘干后，在700-760℃进行烧结处理，烧结时间为60-90s，即得耐腐蚀搪瓷材料。
8.根据权利要求7所述的耐腐蚀搪瓷材料的制备方法，其特征在于，混合料放入加热炉中加热至720℃，保温16min。
9.根据权利要求7或8所述的耐腐蚀搪瓷材料的制备方法，其特征在于，再加热至1200℃保温40min。
10.根据权利要求7或8所述的耐腐蚀搪瓷材料的制备方法，其特征在于，在730℃进行烧结处理，烧结时间为80s。
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