CN1632137A - 高效能自剥落高温防氧化/脱碳涂层材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属热处理工艺用的涂层材料，特别是防止钢制工件在热处理加热时氧化/脱碳的防护涂层材料，其特征是：由TiO₂、Al₂O₃、SiO₂、玻璃粉、增强型碳粉和粘结剂组成，其配方按重量百分比为：10－20％玻璃粉，33－30％石英砂，23－20％硅砂，24－20％Al₂O₃，2－10％C；本高效能自剥落高温防氧化/脱碳涂层材料，广泛适用于各种钢在800－1200℃/4－10小时加热时防氧化/脱碳，在随后冷却过程中能够自然剥落。经过热处理之后的钢制工件表面仍然具有原有金属光泽，钢制工件表层仍然保持原有化学成分；此涂层材料，使用方便，防氧化/脱碳效果优良，自然剥落能力强，适用性广。

Description

高效能自剥落高温防氧化/脱碳涂层材料

技术领域：

本发明涉及金属热处理工艺用的涂层材料，特别是防止钢制工件在热处理加热时氧化/脱碳的防护涂层材料。

背景技术：

热处理技术是提高、调整钢制工件材料力学性能的一种有效方法。然而，在氧化气氛下加热，钢制工件材料表面及表层氧化/脱碳会引起工件的表面硬度下降，工件发生疲劳早期破损，损害材料表面质量及工件的整体质量。

使用抗氧化涂层是防止钢制工件热处理加热时氧化/脱碳的方法之一，此方法使用方便、简单、价廉。然而，解决高温抗氧化涂层的抗高温氧化/防脱碳与剥落两方面矛盾至今还是研究者致力研究解决的一个问题。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种高效能高温抗氧化/脱碳，能够自剥落的涂层材料，经过热处理之后的钢制工件表面仍然具有原有金属光泽，钢制工件表层仍然保持原有化学成分；此涂层材料，使用方便，防氧化/脱碳效果优良，自然剥落能力强，适用性广。

本发明的技术方案是：自剥落高温防氧化/脱碳涂层材料由TiO₂、Al₂O₃、SiO₂、玻璃粉、增强型碳粉和粘结剂组成，其配方按重量百分比为：

玻璃粉	石英砂	硅砂	Al2O3	C
					10-20％	33-30％	23-20％	24-20％	2-10％

粉末原料要求

	玻璃粉	石英砂	硅砂	Al2O3	C
						粒度μm	10μm	20μm	20μm	20μm	20μm
纯度％	＞90％	＞90％	＞90％	＞98％	＞98％

粘结剂选择：

粘结剂为纯度大于99％的水溶性化合物，如聚丙烯酸钠、聚乙烯醇，聚乙烯醇缩丁醛，聚乙二醇；

溶剂为水、无水乙醇、丙酮、苯或者醋酸乙酯以及能溶解粘结剂和上述粉末物料形成可塑物质的液体；

使用乙酸三甘醇等作为增塑剂。

本发明的优点和积极效果充分表现为：

1.本发明高效能自剥落高温防氧化/脱碳涂层材料，广泛适用于各种钢在800-1200℃/4-10小时加热时防氧化/脱碳，在随后冷却过程中能够自然剥落。在800-1200℃热处理加热温度下，涂层材料外表层发生脱碳，致使外表层迅速形成一层熔融层，有效地隔离工件与气氛的接触，防止工件表面氧化/脱碳发生。同时阻止涂层内层继续脱碳，这样，含增强型碳粉的涂层部分仍然保持高的玻璃点，使其在工作温度下呈烧结态，隔离了熔融层与工件表面的接触，保证工件表面不被熔融玻璃体浸润；随后冷却中，由于钢制工件与涂层材料的热膨胀系数的差异，致使涂层自然剥落。

2.经过热处理之后的钢制工件表面仍然具有原有金属光泽，钢制工件表层仍然保持原有化学成分；

3.此涂层材料，使用方便，防氧化/脱碳效果优良，自然剥落能力强，适用性广。

本发明作进一步说明：

1)玻璃体基体由按配比调配的TiO₂、SiO₂、Al₂O₃和玻璃粉在滚筒式球磨机球磨24小时，组成混合粉末，球磨介质为不锈钢球；其在800-1200℃下，呈熔融状态，且为致密体，具有良好的气密性。

2)在上述玻璃体基体的基础上，加入一定量的以碳黑为主体的添加剂，使此混合粉末体的玻璃点温度较原玻璃体的高，在800-1200℃下呈烧结状态，与钢制工件具有较大差异的热膨胀系数。

3)粘结剂为聚丙烯酸钠等水溶性的高分子化合物，如：聚乙烯醇、聚乙稀醇缩丁醛，聚乙二醇，粘结性强，适用于涂层的各种涂敷使用方法；

4)使用时，按照1∶1的比例将涂料与粘结剂混合，即可采用刷涂或喷涂方式在钢制工件表面上涂敷此涂层，涂层厚度为1-2mm。自然风干或低温加热脱水干燥后，涂层固结。

5)玻璃体基体粉末+碳黑为主体的添加剂的混合粉末涂层，在800-1200℃温度范围加热时，最外层迅速脱碳，此部分材料的玻璃点下降，成为气密性的熔融状态薄层，有效地阻止气氛中的氧向钢制工件表面渗入。涂层的内层仍含高的碳，此部分材料仍然保持高的玻璃点温度，在800-1200℃下呈烧结状；涂层在高温下由外至内的结构为：熔隔气密性致密层/烧结态层，它一方面能够辅助熔融玻璃体层阻止氧的渗入，在高温氧化性气氛下防止钢制工件表面的氧化/脱碳，另一方面隔离开了熔融玻璃体层与钢制工件表面的接触，在钢制工件的随后冷却中使涂层自然剥落。

下面结合实施例作进一步说明：

实施例1：

1.1^#试样：成分配比

玻璃粉	石英砂	硅砂	Al2O3	C
					15％	33％	23％	24％	5％

粘结剂∶水玻璃的重量比为1∶1

1.2^#试样：成分配比

玻璃粉	石英砂	硅砂	Al2O3	C
					20％	33％	23％	24％	10％

粘结剂∶水玻璃的重量比为1∶1。

用于处理9SiCr模具，热处理工艺为920℃/1h+水淬。采用本发明防氧化/脱碳涂料，经热处理后，模具保护面呈金属光泽；剖析分析发现，被保护面无氧化、脱碳发生；淬火后，涂层自然剥落。

对于9SiCr钢，1^#和2^#涂料都能有效防止钢件表面氧化，2^#涂料经高温后，更易于剥落，被保护样品表面更为光滑，残留物少。

实施例2：

2.1^#试样：成分配比

玻璃粉	石英砂	硅砂	Al2O3	C
					15％	31％	20％	24％	10％

粘结剂∶聚乙烯醇+无水乙醇的体积比为1∶2。

2.2^#试样：成分配比

玻璃粉	石英砂	硅砂	Al2O3	C
					15％	31％	22％	22％	10％

粘结剂∶聚乙烯醇+无水乙醇的体积比为1∶2

用于Cr12MoV模具热处理防氧化/脱碳。模具表面采用本发明防氧化/脱碳涂层保护，模具经过1150℃/1.5h+油淬热处理，被保护表面呈金属光泽，剖析分析发现，被保护面无氧化、脱碳现象发生。淬火后，涂层自然剥落。

对于Cr12MoV模具钢，1^#都能有效防止经油淬处理钢件表面氧化，2^#效果稍差。

Claims (5)

1.一种高效能自剥落高温防氧化/脱碳涂层材料，其特征在于：

由TiO₂、Al₂O₃、SiO₂、玻璃粉、增强型碳粉和粘结剂组成，其配方按重量百分比为：   玻璃粉   石英砂   硅  砂   Al₂O₃     C   10-20％  33-30％  23-20％  24-20％  2-10％

粉末原料要求 玻璃粉 石英砂 硅砂 Al₂O₃     C  粒度μm   10μm   20μm   20μm   20μm   20μm   纯度％   ＞90％   ＞90％   ＞90％   ＞98％   ＞98％

粘结剂选择：

粘结剂为纯度大于99％的水溶性化合物，如聚丙烯酸钠、聚乙烯醇，聚乙烯醇缩丁醛，聚乙二醇；

溶剂为水、无水乙醇、丙酮、苯或者醋酸乙酯以及能溶解粘结剂和上述粉末物料形成可塑物质的液体；

使用乙酸三甘醇等作为增塑剂。

2.根据权利要求1所述的高效能自剥落高温防氧化/脱碳涂层材料，其特征在于：

1.1^#试样：成分配比   玻璃粉   石英砂     硅砂   Al₂O₃     C     15％     33％     23％     24％     5％

粘结剂∶水玻璃的重量比为1∶1

3.根据权利要求1所述的高效能自剥落高温防氧化/脱碳涂层材料，其特征在于：

1.2^#试样：成分配比   玻璃粉   石英砂     硅砂   Al₂O₃     C     20％     33％     23％    24％     10％

粘结剂∶水玻璃的重量比为1∶1。

4.根据权利要求1所述的高效能自剥落高温防氧化/脱碳涂层材料，其特征在于：

2.1^#试样：成分配比   玻璃粉   石英砂   硅砂   Al₂O₃     C     15％     31％     20％    24％     10％

粘结剂∶聚乙烯醇+无水乙醇的体积比为1∶2。

5.根据权利要求1所述的高效能自剥落高温防氧化/脱碳涂层材料，其特征在于：

2.2^#试样：成分配比

  玻璃粉   石英砂   硅砂   Al₂O₃     C    15％     31％     22％     22％     10％

粘结剂∶聚乙烯醇+无水乙醇的体积比为1∶2