CN114054743A - 防腐蚀材料、其制备方法以及由其形成的防腐蚀涂层 - Google Patents

Abstract

本发明构思提供了一种防腐蚀材料、其制备方法以及由其形成的防腐蚀涂层。所述防腐蚀材料包括多个防腐蚀颗粒，其中，每个防腐蚀颗粒包括铁基材料以及覆盖铁基材料的至少部分表面的粘结剂。通过利用本发明构思的防腐蚀材料形成的防腐蚀层同时具有与基体紧密结合和优异的防腐蚀效果的有益效果。

Description

防腐蚀材料、其制备方法以及由其形成的防腐蚀涂层

技术领域

本发明涉及防腐蚀领域，更具体地讲，涉及一种防腐蚀材料、其制备方法以及由其形成的防腐蚀涂层。

背景技术

防腐蚀技术应用于很多领域，越来越多的装置需要设置防腐蚀层。而现有的防腐蚀层通常是由过渡层和封闭层组成，其中，过渡层主要提供与基质材料的结合力，封闭层主要提供耐蚀性，单独的过渡层不能形成良好的耐蚀性，而单独的封闭层又不能很好的与基体材料形成良好的结合力，因此必须将过渡层和封闭层两层结合起来才能组成防腐蚀层的主体框架结构。然而，当设置多层的防腐蚀结构时，无疑增大了防腐蚀层的厚度，并且增大了防腐蚀成本。

因此，如何使过渡层具有防腐或耐蚀作用，从而使用仅包括过渡层的防腐蚀层就能实现防腐效果而无需另外设置封闭层，是本领域技术人员一直需要解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题中的一个或多个，本发明提供了一种防腐蚀材料、其制备方法以及由其形成的防腐蚀涂层。

根据发明构思的示例性实施例提供的防腐蚀材料可以包括多个防腐蚀颗粒，并且每个防腐蚀颗粒包括铁基材料以及覆盖铁基材料的至少部分表面的粘结剂。

根据示例性实施例，铁基材料可以包括低碳钢、高碳钢和铸铁中的至少一种，并且粘结剂可以包括纤维素类粘结剂中的至少一种。

根据示例性实施例，每个防腐蚀颗粒中的粘结剂的重量可以是该防腐蚀颗粒的重量的2％～6％。

根据示例性实施例，铁基材料的粒径可以在10μm～50μm的范围内。

根据示例性实施例，每个防腐蚀颗粒的粒径可以在20μm～50μm的范围内。

根据发明构思的示例性实施例提供的制备防腐蚀材料的方法可以包括以下步骤：提供铁基材料和粘结剂；将铁基材料和粘结剂制备成浆料；对浆料进行喷雾干燥处理，从而得到包括多个防腐蚀颗粒的防腐蚀材料。每个防腐蚀颗粒可以包括铁基材料以及覆盖铁基材料的至少部分表面的粘结剂。

根据示例性实施例，所述方法还包括在喷雾干燥处理后对防腐蚀材料进行烧结的步骤。

根据示例性实施例，在浆料中粘结剂的重量占浆料的总重量的2％～6％。

根据示例性实施例，在浆料中铁基材料的重量占浆料的总重量的 50％～70％。

根据发明构思的示例性实施例提供的防腐蚀涂层可以由上面描述的任一种防腐蚀材料通过诸如冷喷涂或热喷涂的喷涂方法形成在炊具的基材表面。

通过发明构思的以上简要描述，可以提供具有优异的耐蚀性的防腐蚀涂层并且不会出现点蚀问题，且该涂层与基材具有良好的结合能力，使得能够提高防腐蚀涂层的使用寿命。

具体实施方式

现在，将在下文中结合实施例来更充分地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施且不应被解释为限于这里所阐述的实施例。相反，这些实施例被提供为使得本公开将是彻底的和完整的，并且将把本发明的范围充分地传递给本领域技术人员。

诸如炊具的基质材料表面由于烹饪环境等影响经常由于电化学反应而容易被腐蚀(例如，生锈)，因此，为了防止炊具的基质材料被腐蚀，会在基材表面设置防腐蚀层。

现有技术中普遍使用的防腐技术为氮化防腐和热喷涂防腐层。

申请号为200510024801.2的中国专利申请公开了一种氮化铁锅的技术，其本质为铁基材先后经历氮化反应和氧化反应，以在铁质炊具表面生成氮化铁和氧化铁的复合结构，从而具有耐蚀性；但是该技术表面为氮化铁和氧化铁，在使用过程中不过避免会接触酸性食物，酸性食物会腐蚀氧化铁，而氮化铁自身为结构不稳定，且氮化过程中会形成氮化铁、氮化二铁甚至氮化三铁等物质，由于氮化铁、氮化二铁甚至氮化三铁存在电位差，一旦接触电解质如家庭煮汤时(含盐)，便会出现原电池腐蚀，极易出现点蚀甚至穿孔等问题。此外，由于氮化技术自身特性，点蚀不可避免，因此需要其他技术路线来解决点蚀问题。

申请号为201821887926.7的中国专利申请公开了一种防锈技术，该防锈技术是由过渡层、封闭层和着色层组成，其中属于金属框架的涂层为过渡层和封闭层两层组成。由于单独的过渡层不能形成良好的耐蚀性，而单独的封闭层又不能很好的与基材形成良好的结合力，因此需要将将过渡层和封闭层结合起来，组成该防锈技术的主体框架结构，从而具有良好的耐蚀性。该技术的问题在于通过良好的耐蚀性和多孔结构解决了申请号为200510024801.2 的中国专利申请中的点蚀问题，但是该技术与食物接触不为铁质材质，虽然由良好的抗点蚀能力和耐蚀性，但是不能满足消费者对于中国传统铁质炊具的需求。

基于以上问题，本发明构思主要通过利用铁基材料作为过渡层的基材，并通过造粒工艺将铁基材料与粘结剂相结合，使得通过上述技术构思形成的防腐蚀层不仅省略了封闭层，而且在利用了低成本的铁基材料的基础上不但满足了消费者对于中国传统铁质炊具的需求，还能够实现优异的防腐蚀性能。

以下，将结合示例性实施例详细描述本发明构思。

根据发明构思的示例性实施例的防腐蚀材料可以包括多个防腐蚀颗粒，并且每个防腐蚀颗粒可以包括铁基材料以及覆盖铁基材料的至少部分表面的粘结剂。

根据示例性实施例，铁基材料作为防腐蚀颗粒的基础材料或基体材料可以包括诸如低碳钢、高碳钢、铸铁等的铁基材料中的至少一种，并且可以优选地具有诸如球形、椭圆形等的圆滑的形状，以利于铁基材料的充分利用以及具有小尺寸的粒径的铁基材料之间的粘接及铁基材料被粘结剂的附着。然而，本发明构思不限于此，也就是说，本领域技术人员可以根据实际需要而选择合适的铁基材料及其形状，使得所选择的铁基材料中的至少一个可以具有带有棱角或尖点的形状。

根据示例性实施例的粘结剂可以附着(例如，包覆)在以颗粒形式呈现的铁基材料的至少部分表面上。这里，表述“至少部分表面”可以表示为颗粒形式的铁基材料可以未被粘结剂完全包覆而可以被部分地暴露。

据示例性实施例，粘结剂可以包括纤维素类粘结剂中的至少一种。这里，纤维素类粘结剂可以包括诸如羟甲基纤维素类粘结剂、羟乙基纤维素类粘结剂、羟丙基甲基纤维素类等的纤维素类粘结剂中的至少一种。然而，发明构思不具体限制粘结剂的种类，并且本领域技术人员可以根据发明构思而选择适宜的粘结剂作为包覆材料来实现本发明构思。

如上所述，当粘结剂包括纤维素类粘结剂时，包覆在铁基材料的外表面上的纤维素类粘结剂的重量占由该铁基材料与外覆的纤维素类粘结剂组成的防腐蚀颗粒的总重量的2％～6％。这是因为纤维素类粘结剂具有非挥发性，从而可以较稳定地包覆在铁基材料的外部，以起到耐蚀性作用；而当该重量比小于2％时，粘结剂所占的重量比较小，从而易出现铁基材料未被包裹或被较少地包覆而出现耐蚀性不佳的状况；另外，当该重量比大于6％时，会导致铁基表面形成较厚的粘结剂层，一方面从而导致造粒成本较高，另一方面较厚的粘结剂层会导致防腐颗粒与基材的结合力不佳(因为粘结剂处于铁基颗粒与基材之间，较薄的粘结剂在冷热喷涂高速撞击基材时，与基材接触部分的粘结剂会被破坏，因此铁基材料与基材直接接触，但是当粘结剂较厚时，可能存在粘结剂未破破坏的风险，因此会导致涂层的结合力差)。

根据本发明构思的示例性实施例，构成防腐蚀颗粒的基材的铁基材料的粒径尺寸可以在10μm～50μm的范围内，在这种情况下，由铁基材料与外覆的粘结剂构成的防腐蚀颗粒的粒径可以控制在20μm～50μm的范围内。这里，材料的粒径尺寸可以是材料的最大长度，而非具体限定该材料具有类似球的形状。例如，当材料具有椭圆形形状时，该材料的粒径尺寸可以指其长轴的长度。当铁基材料的粒径尺寸小于10μm时，由其形成的防腐蚀颗粒的尺寸会小于20μm，从而使得在后续喷涂工艺中由于较小的防腐蚀颗粒而引起送料管堵塞的问题；另外，当铁基材料的粒径尺寸大于50μm时，一方面粒径较大会导致由其形成的防腐蚀颗粒的粒径太大，使得最终所形成的涂层粗糙度较大，所形成的涂层便需要砂光处理，砂光后便会破坏铁基表面的粘结剂层从而露出铁基金属导致耐蚀性下降，另一方面较大粒径的粉末颗粒所形成的涂层孔隙率较高，也容易导致耐蚀性下降。

以上，结合示例性实施例详细描述了本发明构思的由铁基材料和粘结剂构成的防腐蚀材料。当将该防腐蚀材料通过形成层的工艺(诸如冷喷涂工艺、热喷涂工艺)形成在基材(例如。铁质材料)的表面上时，能够形成具有优异的防腐蚀性的防腐蚀层，从而可以提高诸如炊具的使用寿命。

在下文中，将结合示例性实施例来详细描述本发明构思的防腐蚀材料的制备方法。

根据发明构思的示例性实施例的制备防腐蚀材料的方法可以包括：提供铁基材料和粘结剂；将铁基材料和粘结剂制备成浆料；对浆料进行喷雾干燥处理，从而得到包括多个防腐蚀颗粒的防腐蚀材料。

根据示例性实施例，提供铁基材料和粘结剂的步骤可以包括分别准备铁基材料和粘结剂。铁基材料可以包括诸如低碳钢、高碳钢、铸铁等的铁基材料中的至少一种，另外可以具有在10μm～50μm的范围内的粒径尺寸。此外，粘粘结剂可以包括纤维素类粘结剂中的至少一种。纤维素类粘结剂可以包括诸如羟甲基纤维素类粘结剂、羟乙基纤维素类粘结剂、羟丙基甲基纤维素类等的纤维素类粘结剂中的至少一种。本发明构思不限于此。

另外，为了使提供的铁基材料的粒径尺寸尽量相差不大，以及保障良好的粘接表面，提供铁基材料的步骤还可以包括其进行研磨处理的步骤，以方便后续制浆和喷雾等工序。然而，发明构思不限于此，并且可以省略研磨步骤。

在准备好铁基材料和粘结剂之后，可以执行制浆工艺。在制浆工艺中，可以将粘结剂制备成浆液，并且可以将铁基材料加入到浆液中，以得到浆料。

根据发明构思的示例性实施例，浆液可以包括粘结剂、分散剂、消泡剂和去离子水。这里，如上所述，粘结剂可以包括纤维素类粘结剂，消泡剂可以为聚醚改性硅油或有机硅油，分散剂可以为柠檬酸或三乙基己基磷酸。然而，本发明构思不限制消泡剂和分散剂的成分，并且由于分散剂和消泡剂作为助剂是为了使铁基材料在浆液中更加均匀地分散，因此，本领域技术人员可根据现有技术而选择合适的助剂，且助剂的成分不仅限于上面描述的消泡剂和分散剂。

根据示例性实施例，浆液按重量百分比计可以包括2％～6％的粘结剂、 1％～2％的分散剂、2％～4％的消泡剂，且余量为去离子水。根据示例性实施例，分散剂和消泡剂分别在浆液中的重量比与粘结剂的重量比成正比，也就是说，粘结剂含量越高，分散剂与消泡剂的重量比越高。由于铁基材料的粒径较小，对于相同质量的铁基材料，当其粒径越小时其比表面积越大，因此其需要更多的粘结剂作为封闭剂，因此粘结剂的重量比越靠近粘结剂的重量比的上限(例如，6％)。当粘结剂的重量比小于2％时，粘结剂的重量比较小，从而不能有效地包覆铁基材料，而当粘结剂的重量比大于6％时，粘结剂所占的重量比较高，会导致铁基表面形成较厚的粘结剂层，一方面从而导致造粒成本较高，另一方面较厚的粘结剂层会导致防腐颗粒与基材的结合力不佳(因为粘结剂处于铁基颗粒与基材之间，较薄的粘结剂在冷热喷涂高速撞击基材时，与基材接触部分的粘结剂会被破坏，因此铁基材料与基材直接接触，但是当粘结剂较厚时，可能存在粘结剂未破破坏的风险，因此会导致涂层的结合力差)。

当制备好浆液后，将可以准备好的铁基材料与上述浆液进行混合，使得所得到的浆料中铁基材料占浆料总重量的50％～70％。当浆料中的作为液体部分的浆液的含量越多时，作为固体成分的铁基材料的含量会越少，然而，当固体含量小于50％时，一方面造成浆料液体部分的浪费，另一方面造粒时间便会很长，虽然可使造粒粉末中粘结剂占比提高从而提升耐蚀性，但当粘结剂在造粒粉末的占比超过6％后，耐蚀性提升不明显，最终导致造粒成本太高；相反，当铁基材料含量大于70％时，由于铁基材料含量较多，一方面使得浆料中浆液含量变小，浆料流动性变差，容易导致下面将要描述的喷雾工序无法稳定进行，从而会影响生产稳定性，另一方面也容易造成造粒粉末中粘结剂占比偏低耐蚀性下降。

在制备好浆料后，可以对浆料进行喷雾干燥处理。例如，可以将料浆输送到10000转/分钟～15000转/分钟的高速甩液圆盘上，然后使浆料被高速旋转的甩液圆盘甩出，以形成滴。形成的滴可以被60℃～80℃的热风吹送进100 ℃～400℃的干燥塔内，使得被吹进塔内的滴经过5秒～15秒的停留后落下，以形成铁基材料上包覆有粘结剂的不粘颗粒。这里，较低的热风可以降低粘结剂的损耗，使得所得防腐颗粒中保留更多的粘结剂。由于甩液圆盘的高速转速引起较大的离心力，使得可以减少中小颗粒包裹大颗粒的结构，以使小颗粒被较大的离心力甩出，但是对小颗粒+粘结剂+小颗粒这种结构不影响。因此，根据本发明构思的防腐蚀颗粒的大尺寸颗粒周围可以较少地或者没有粘接小尺寸颗粒，而小尺寸颗粒之间可以相互粘接地形成大颗粒。

经过喷雾干燥后，可以得到粘结剂包裹铁基材料的防腐蚀颗粒。然而，这种颗粒可能会存在水分，因此，为了去除其中存在的水分，可以对防腐蚀颗粒进行烧结处理。这里，可以根据原料颗粒的物性来制定烧结曲线，而为保留更多的粘结剂，烧结过程希望损耗更少粘结剂，因此可以使用较低的升温速度。例如，升温速度可以为5℃/min～7℃/min，终点温度可以为200℃，并且保温时间可以延长至3h～10h，以保证水被派出。

经以上步骤后，可以得到最终的防腐蚀颗粒。然后，可以通过筛分将粒度在20μm～50μm的范围内的防腐蚀颗粒筛分出，并利用诸如喷涂工艺(例如，冷喷涂工艺、热喷涂工艺)的形成层的工艺来在基材的表面(例如，炊具的内表面和/或外表面)上形成防腐蚀层。这里，本发明构思不限制喷涂工艺的具体参数，并且本领域技术人员可以利用现有技术的喷涂工艺来通过本发明构思的防腐蚀颗粒形成期望的防腐蚀涂层。

在下面，将结合具体示例来详细描述本发明构思的有益效果。

实施例1

提供粒度在20μm～35μm的低碳钢颗粒，并提供羟甲基纤维素作为粘结剂。

将羟甲基纤维素、柠檬酸、聚醚改性硅油和去离子水相混合，以制备浆液。在浆液中，按重量百分比计，羟甲基纤维素占3％，柠檬酸占1.4％、聚醚改性硅油占3.2％，余量为去离子水。

将低碳钢颗粒与上述浆液相混合，以制备处浆料。其中，低碳钢颗粒的重量占浆料总重量的60％。

将浆料输送到13000转/分钟的高速甩液圆盘上，使浆料被高速旋转的甩液圆盘甩出，以形成滴，然后用70℃的热风将滴吹送进280℃的干燥塔内，使得被吹进塔内的滴经过8秒～10秒停留后落下，以形初始颗粒。

经喷雾干燥后，对初始颗粒进行烧结处理。这里，烧结机制为：初始温度为25℃，升温速度为8℃/分钟，升温到200℃，然后保温5H。

经烧结后，得到防腐蚀颗粒。

然后对防腐蚀颗粒进行筛分，筛分出30μm～45μm的颗粒作为防腐蚀材料。

通过热喷涂工艺利用上面得到的防腐蚀材料对铁锅内壁表面进行热喷涂，从而得到其上形成有厚度为50μm的防腐蚀层。这里，热喷涂参数为：电流： 350A；电压：55V；主气(氩气)流量：2200L/H；氢气流量：50L/H；送粉气气压：400L/H；送粉量：55g/min；喷涂距离(枪嘴离工件距离)：18cm；喷涂角度：60°；工件温度：25℃。

实施例2

与实施例1的不同之处在于：在制备浆液的工艺中，羟甲基纤维素占2.1％。

实施例3

与实施例1的不同之处在于：在制备浆液的工艺中，羟甲基纤维素占5.8％。

实施例4

与实施例1的不同之处在于，在制备浆料的工艺中，低碳钢颗粒的重量占浆料总重量的68％。

实施例5

与实施例1的不同之处在于，在制备浆料的工艺中，低碳钢颗粒的重量占浆料总重量的51％。

对比例1

与实施例1的不同之处在于：在制备浆液的工艺中，羟甲基纤维素占1.8％。

对比例2

与实施例1的不同之处在于：在制备浆液的工艺中，羟甲基纤维素占6.5％。

对比例3

与实施例1的不同之处在于，在制备浆料的工艺中，低碳钢颗粒的重量占浆料总重量的72％。

对比例4

与实施例1的不同之处在于，在制备浆料的工艺中，低碳钢颗粒的重量占浆料总重量的48％。

对比例5

与实施例1不同之处在于，直接利用粒度为20μm～35μm的低碳钢颗粒通过热喷涂工艺对铁锅内壁表面进行热喷涂，从而得到其上形成有厚度为 50μm的层。

通过以上实施例1-5和对比例1-5得到的防腐蚀层进行防锈测试和防点蚀测试，其测试标准为：

1、防锈测试：参考GB/T 32432中镀层锅具耐腐蚀性测试方法，时间越长，耐蚀性越好。0.5H记录一次；

2、点蚀测试，参考GB/T 32432中镀层锅具耐腐蚀性测试方法中盐水配置方法，将上述配置好的盐水倒入锅内2/3体积，置于常温下放置，每一天观察一次锅内是否出现点蚀情况，点蚀或沙眼出现时间越晚，耐点蚀能力越好，测试结果如下表所示。

	防锈测试(H)	点蚀测试(天)
			实施例1	8	62
实施例2	6.5	58
			实施例3	10	67
实施例4	9	65
			实施例5	7	60
对比例1	3.5	34
			对比例2	10	68
对比例3	3	29
			对比例4	10	69
对比例5	1	15

通过上表可知，通过根据本发明构思的示例性实施例的防腐蚀颗粒形成的防腐蚀层具有耐蚀性佳以及抗点蚀能力佳的优点。

虽然已经描述了本发明的一个或更多个实施例，但本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以对其进行形式上和细节上的各种改变。

Claims (10)

1.一种防腐蚀材料，其特征在于，所述防腐蚀材料包括多个防腐蚀颗粒，

其中，每个防腐蚀颗粒包括铁基材料以及覆盖铁基材料的至少部分表面的粘结剂。

2.根据权利要求1所述的防腐蚀材料，其特征在于，

铁基材料包括低碳钢、高碳钢和铸铁中的至少一种，

所述粘结剂包括纤维素类粘结剂中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的防腐蚀材料，其特征在于，每个防腐蚀颗粒中的粘结剂的重量是该防腐蚀颗粒的重量的2％～6％。

4.根据权利要求1所述的防腐蚀材料，其特征在于，铁基材料的粒径在10μm～50μm的范围内。

5.根据权利要求1所述的防腐蚀材料，其特征在于，每个防腐蚀颗粒的粒径在20μm～50μm的范围内。

6.一种制备防腐蚀材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

提供铁基材料和粘结剂；

将铁基材料和粘结剂制备成浆料；

对浆料进行喷雾干燥处理，从而得到包括多个防腐蚀颗粒的防腐蚀材料，

其中，每个防腐蚀颗粒包括铁基材料以及覆盖铁基材料的至少部分表面的粘结剂。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在喷雾干燥处理后对防腐蚀材料进行烧结处理的步骤。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述浆料中所述粘结剂的重量占所述浆料的总重量的2％～6％。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述浆料中所述铁基材料的重量占所述浆料的总重量的50％～70％。

10.一种防腐蚀涂层，其特征在于，所述防腐蚀涂层由权利要求1-9中任一项所述的防腐蚀材料通过喷涂方法形成在炊具的基材表面。