CN115651432A - 一种快速烧结环保防渗碳涂料组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种快速烧结环保的防渗碳涂料组合物及其制备的防渗碳涂料以及该防渗碳涂料的应用。按照重量份计，所述防渗碳涂料组合物包括如下组分：磷酸二锑3‑7份、铝酸锌7‑13份和叶蜡石80‑90份。本发明的防渗碳涂料烧结速度快，在700℃下即可烧结成壳；防渗碳效果好，工件表面1毫米深度内平均碳含量小于0.1％；而且涂料组方简单、原料易得、成本低廉、对环境友好。

Description

一种快速烧结环保防渗碳涂料组合物及其制备方法

技术领域

本发明属于涂料领域，具体涉及一种用于金属热处理的快速烧结环保防渗碳涂料组合物及其制备方法。

背景技术

齿轮等金属制品经过机加工后一般需要对其工作面或受力面进行渗碳处理，然后进行淬火或其他热处理，以提高其机械性能、化学性能与加工性能。为了让后续工序进行二次加工的表面(非渗碳表面)不产生脆硬性而损伤加工刀具，需要在渗碳时对渗碳区域之外的工件表面进行防渗碳处理，以减少表层一定深度内碳含量。高磷铸铁闸瓦在生产过程中也需要对瓦背的两条加强筋进行防渗碳处理。一般多采用在工件不需要渗碳的表面涂覆一层涂料进行保护。在渗碳及热处理完成后再将烧结的涂层去除。因此，理想的防渗碳涂层除了能够防止碳的渗入，还应该具备快速烧结、以及环境友好等性质；热处理完后，通过榔头敲击即可轻松去除绝大部分已经烧结成壳的防渗碳涂料，无需工人手动打磨去除，省时省力。

现有技术中已经公开了多种防渗碳组合物，如申请号CN201910597388.0的中国专利申请，公开了一种热处理防渗碳涂料，所述热处理防渗碳涂料的重量百分比组成如下：15％～30％硼酸、8％～20％钛白粉、6％～10％锂基膨润土、3％～15％高岭土、3％～5％乙醇、3％～5％铬黄、3％～5％羧甲基纤维素钠，3％～10％顺丁烯二酸、1％～5％三乙醇胺、0.5％～3％氯化锌和0.5～1％硫酸亚铁，余量为去离子水。上述防渗碳涂料的原料中，硼酸有刺激性、有毒；纤维素钠容易受微生物影响变质；乙醇易燃，存储、运输和使用中都有火灾安全隐患。

再如申请号CN201710277053.1的中国发明专利申请公开了一种超低碳铸件树脂砂铸造用防渗碳涂料，由如下重量份数的原料制成：树脂改性火山灰25-30份、活性白土10-15份、粉煤灰5-10份、树脂改性陶瓷微粉3-5份、羧甲基壳寡糖3-5份、海泡石纤维粉2-3份、分子筛原粉2-3份、石棉粉2-3份、水解聚马来酸酐1-2份、纳米钛白粉1-2份、氧化钇0.05-0.1份、水150-200份。石棉粉是确知的致癌物；羧甲基壳寡糖容易受到微生物影响变质。

还有中国发明专利申请(申请号CN201710300159.9)公开了一种新型防渗碳涂料，由如下质量百分数的组分组成：15％硼酸、8％钛白粉、6％锂基膨润土、5％铬黄、3％顺丁烯二酸、4％藕粉、5％苯甲酸钠、3％聚醚、3％氯化钾、2％石蜡、3％甲基磺草酮、0.5％氢氧化钠、2％氯化锌、2％硫酸亚铁以及余量水配制而成。该防渗碳涂料中同样采用了有毒、有刺激性的硼酸；藕粉容易受微生物影响变质。

申请号CN201410337816.3的中国发明专利申请也公开了一种防渗碳涂料，包括聚苯乙烯50-60份，二氧化钛40-60份，硼酐粉170-190份，氧化铜20-60份，甲苯80-120份。甲苯为有机溶剂，有火灾安全隐患且对操作工人健康不利；硼酐粉有中等毒性，且容易吸水而生成硼酸。

综上，现有技术已经报道的防渗碳涂料，或者含有硼酸、有机溶剂等有毒有害原料，或者含有容易变质的原料。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种快速烧结环保的防渗碳涂料组合物。该防渗碳涂料组合物不使用有机溶剂和硼酸或其衍生物，环境友好；原料易得，成本低廉；本身不含挥发性有机化合物(VOC＝0)；长期保存不会变质发霉发臭；耐火性能优异；烧结后容易剥离。

为了实现上述技术效果，本发明采用了如下的技术方案：

一种快速烧结环保的防渗碳涂料组合物，按照重量份计，包括如下组分：

磷酸二锑3-7份、铝酸锌7-13份和叶蜡石80-90份。

优选地，所述防渗碳涂料组合物，按照重量份计，包括如下组分：

磷酸二锑4-6份、铝酸锌9-11份和叶蜡石84-86份。

本发明还有一个目的在于提供上述防渗碳涂料组合物的制备方法，包括如下步骤：按照重量份准备各组分，混合均匀，即得。

本发明还提供一种快速烧结环保的防渗碳涂料，包括上述防渗碳涂料组合物和水，所述防渗碳涂料组合物和水的质量比为100:50-80。

本发明还提供上述防渗碳涂料的制备方法，包括按照配比准备所述防渗碳涂料组合物和水，将所述防渗碳涂料组合物加入水中，搅拌10-15分钟，即得。

此外，本发明还提供上述防渗碳涂料的应用，包括清洁金属工件表面，将所述防渗碳涂料涂覆在金属工件表面，使干燥后防渗碳涂层厚度达到0.05-0.3毫米，即可进行后续热处理。

防渗碳涂层太薄，防渗碳效果难以保证；太厚，则成本高，不经济。

涂覆了本发明所述防渗碳涂料的金属工件在渗碳、淬火等处理后，用榔头敲击即可轻松去除已经烧结成壳的防渗碳涂料，无需人工手动打磨去除，省时省力。

本说明书中，所述重量份数表示的是组分之间相对质量配比，而非绝对的质量。根据实际情况，1重量份可以是任意质量，如10克、500克、1千克、2千克，等等。

本发明提供的所述防渗碳涂料组合物具有如下的技术效果：

1.铝酸锌和磷酸二锑熔点较低，叶蜡石熔点较高，这三个物质熔融温度范围依次升高。以叶蜡石为骨架材料，随着温度升高，铝酸锌和磷酸二锑首先熔融液化，组合物逐渐形成含有铝、硅、锌、锑、磷等元素的逐渐致密的陶瓷体，从而对需要保护的工件起到防护作用。

2.本发明的防渗碳涂料烧结速度快，在700℃下即可烧结成壳。

3.防渗碳效果好，工件表面1毫米深度内平均碳含量小于0.1％。

4.组方简单，原料易得，成本低廉。

5.水基，环保，不使用任何有机溶剂。

6原料均为无机物，在水中即可分散，无需用有机分散剂、悬浮剂，存放期间不会受微生物影响而发霉、变质。

7.没有纤维素、乳胶粉等有机物，表干时间短，不用烘干、吹风等额外工序，因此操作简便。

8.色浅，容易配合其他颜料调色。

9.使用方便。组合物为粉状，兑水搅拌即可直接使用，不需要研磨。因此可以现场配制，随用随配，方便运输、存储。即使配制成含水涂料，也可以长期贮存。

具体实施方式

以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。其中，部分原料购买情况如下：

铝酸锌：威海宏业精细化工有限公司；

磷酸二锑：广东弘昱新材料有限公司；

叶蜡石：广东弘昱新材料有限公司。

实施例1-5一种防渗碳涂料组合物及一种防渗碳涂料

实施例1-5的防渗碳涂料组合物的组成见表1所示，表中1重量份＝1kg。

按照表1所示，称量各组分，混合均匀，即得到所述防渗碳涂料组合物。

将按照上述方法制备的防渗碳涂料组合物加入水中，所述防渗碳组合物和水的质量比为：100：65，搅拌10-15分钟，即得。

对比例1-2一种防渗碳涂料组合物

对比例1-2的防渗碳涂料组合物的组成见表1所示，表中1重量份＝1kg。

按照表1所示，称量各组分，混合均匀，即得到所述防渗碳涂料组合物。

将按照上述方法制备的防渗碳涂料组合物加入水中，所述防渗碳组合物和水的质量比为：100：65，搅拌10-15分钟，即得。

表1实施例和对比例的防渗碳涂料组合物的原料组成

原料(重量份)	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	对比例1	对比例2
								磷酸二锑	7	5	3	4	6	1	10
铝酸锌	13	10	7	11	9	5	15
								叶蜡石	80	85	90	86	84	94	75

应用例1本发明实施例1-5的防渗碳涂料和对比例1-2的防渗碳涂料的应用及性能测定

清洁铸铁闸瓦瓦背表面，将所述防渗碳涂料涂覆在清洁后的铸铁闸瓦瓦背表面，使干燥后厚度达到0.05-0.3毫米。

将涂有防渗碳涂料的闸瓦放入预定温度的马弗炉内，烧蚀10分钟，取出观察涂料烧结后外观，表面无肉眼可见裂纹的烧结温度即为最低烧结温度，记录该温度。用榔头敲击以去除已经烧结成壳的防渗碳涂料。测量并记录工件上残留的防渗碳涂料面积，计算通过榔头敲击可以去除的面积占总面积的百分率(％)。

《按照GB/T 4333.10-2019硅铁碳含量的测定红外线吸收法》，测量工件表面1毫米深度内平均碳含量(％)。

每种防渗碳涂料涂覆3个闸瓦试样，分别测定最低烧结温度(℃)、通过榔头敲击可以去除的面积占总面积的百分率(％)和表面1毫米深度内平均碳含量(％)，结果取平均值，具体见表2。

表2实施例和对比例的防渗碳涂料性能测定结果

总之，本发明提供了一种组方简单、原料易得、成本低廉的防渗碳涂料组合物。由该组合物制备的防渗碳涂料所需烧结温度低，烧结速度快，且防渗碳效果好，工件表面1毫米深度内平均碳含量小于0.1％；同时，该烧结成壳的防渗碳提料易于除去，仅通过榔头敲击就可以全部除去。

Claims (6)

1.一种快速烧结环保的防渗碳涂料组合物，按照重量份计，包括如下组分：

磷酸二锑3-7份、铝酸锌7-13份和叶蜡石80-90份。

2.根据权利要求1所述的防渗碳涂料组合物，其特征在于，所述防渗碳涂料组合物，按照重量份计，包括如下组分：

磷酸二锑4-6份、铝酸锌9-11份和叶蜡石84-86份。

3.权利要求1或2所述防渗碳涂料组合物的制备方法，包括如下步骤：按照重量份准备各组分，混合均匀，即得。

4.一种快速烧结环保的防渗碳涂料，包括权利要求1或2所述防渗碳涂料组合物或者按照权利要求3所述方法制备得到的防渗碳涂料组合物，和水，所述防渗碳涂料组合物和水的质量比为100:50-80。

5.权利要求4所述的防渗碳涂料的制备方法，包括按照配比准备所述防渗碳涂料组合物和水，将所述防渗碳涂料组合物加入水中，搅拌10-15分钟，即得。

6.权利要求4所述的防渗碳涂料或者按照权利要求5所述的制备方法制备得到的所述防渗碳涂料的应用，包括清洁金属工件表面，将所述防渗碳涂料涂覆在金属工件表面，使干燥后防渗碳涂层厚度达到0.05-0.3毫米，即可进行后续热处理。