專利名稱：一種利用凹凸棒石粘土制備高溫防氧化保護(hù)涂料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用凹凸棒石粘土制備高溫防氧化保護(hù)涂料的方法，屬于材料加 工領(lǐng)域中保護(hù)涂料的制造技術(shù)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量已連續(xù)六年超過了一億噸，已成為世界鋼鐵大國(guó)。鋼鐵工 業(yè)一直是我國(guó)的重要產(chǎn)業(yè)，它對(duì)交通運(yùn)輸、采礦、耐火材料、建筑、汽車、造船、金 屬制品、機(jī)械電子等行業(yè)都有巨大的影響。雖然現(xiàn)在以傳統(tǒng)原料為基礎(chǔ)的狀況己經(jīng)發(fā) 生了改變，但鋼鐵仍是我國(guó)基本建設(shè)的結(jié)構(gòu)材料和產(chǎn)量最大的材料。由于鋼在熱軋、 鍛造、調(diào)質(zhì)等熱處理過程中產(chǎn)生氧化，形成大量氧化皮。資料表明，這些氧化皮的份 量約占鋼產(chǎn)量的7 10%。鋼鐵材料經(jīng)機(jī)械加工可制成各種部件和成套裝置，增加了 附加值，如果因高溫氧化而過早失效，造成的經(jīng)濟(jì)損失與原材料的價(jià)值相比尤為巨大。 因此各國(guó)政府均對(duì)此非常重視，分別給以投資，以期尋找減少或盡可能多地挽回?fù)p失 的有效途徑。目前，研究高溫防氧化保護(hù)涂料就是其主要方向之一。鋼鐵材料的氧化主要是因?yàn)檠鯕庠诟邷叵屡c金屬發(fā)生氧化性反應(yīng)。涂覆的涂層一 般是多孔性的非致密層，在常溫大氣條件下，大氣中的氧化性成分能通過這層多孔性 的涂層進(jìn)行擴(kuò)散，抗氧化涂層起不到隔離氧化性氣氛的作用。當(dāng)對(duì)涂層進(jìn)行加熱時(shí)， 隨著加熱溫度的升高，涂層漸漸脫水烘干，進(jìn)而開始燒結(jié)，涂層中的氣孔尺寸不斷減 小，孔隙率逐漸降低，透氣性下降，涂層厚度減薄，在溫度達(dá)到涂層軟化溫度時(shí)，涂 層開始軟化熔融，涂層孔隙急劇減少，密度增大，隨著溫度進(jìn)一步升高，涂層熔融為 液態(tài)，形成不透氣的、致密的、液態(tài)玻璃相粘附層，這時(shí)，涂層形成有效的氧擴(kuò)散屏 障，阻止了氧的進(jìn)一步擴(kuò)散，同時(shí)，由于涂層與基體的熱膨脹系數(shù)相差較大，這將使 涂層在高溫保護(hù)后回落到室溫時(shí)，很容易從基體表面脫落。
高溫防氧化保護(hù)涂料屬于特種耐火涂料的一種，最早是由德國(guó)人克羅寧 〔Corning〕提出類似的概念。涂層保護(hù)因其工藝簡(jiǎn)單、成本低、使用方便、適用范 圍廣、工件不用裝箱、節(jié)省電能等優(yōu)點(diǎn)而提高了生產(chǎn)率，改善了勞動(dòng)條件，因而在金 屬熱加工生產(chǎn)中得到了日益廣泛的應(yīng)用。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)高溫抗氧化涂料開展了 大量的研究工作。目前國(guó)際上采用較多的是Berkatekt涂層(英國(guó)專利)及國(guó)內(nèi)研制 的Tt T7玻璃涂層，上述涂層雖然對(duì)鋼鐵在熱加工過程中有較好的保護(hù)作用，但其 中大多含有甲苯或三氯乙烯等有機(jī)溶劑，不但成本高，毒性大，而且大多數(shù)涂層在熱 加工后不易去除，必須附加工藝才可去除，從而增加了成本。目前國(guó)內(nèi)的保護(hù)涂料大多采用硅酸鹽材料，主要由玻璃、陶瓷或者玻璃加陶瓷、 粘結(jié)劑、添加劑、著色劑、懸浮劑、溶劑等組成。在加熱過程中，隨著溫度的升高, 涂層將逐漸軟化并熔融，它們?cè)阡摬谋砻嫘纬蛇B續(xù)致密薄層，阻斷外部介質(zhì)與基體接 觸，減緩或中止基體的氧化。熔融玻璃在阻斷外部介質(zhì)的同時(shí)，還將與基體表面發(fā)生 物理(或)化學(xué)反應(yīng)，使其粘附在基體上，其鍵合往往是一種物理化學(xué)和機(jī)械結(jié)合的 綜合過程。由于存在鍵合作用，熱加工后，涂層仍與基體緊密粘附，對(duì)于無(wú)后續(xù)機(jī)加 工的材料需經(jīng)其它加工工藝方可去除，從而增加了成本，制約了保護(hù)涂料的推廣與使 用。凹凸棒石粘土具有優(yōu)良的流變性、較高的熱膨脹性、較好的熱穩(wěn)定性、良好的可 塑性和較高的比表面積等性能，其主要化學(xué)成分為Si02、 A1203、 MgO等，與典型保 護(hù)涂層的成分接近，可用于開發(fā)新型的高溫防氧化保護(hù)涂料。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種利用凹凸棒石粘土制備高溫防氧化保護(hù)涂料的方 法，采用該方法獲得高溫防氧化保護(hù)涂料， 一方面能有效提升凹凸棒石粘土的經(jīng)濟(jì)附 加值，另一方面將一種涂覆性能好、環(huán)境友好的水溶性高溫防氧化保護(hù)涂料用于工業(yè) 生產(chǎn)可有效地節(jié)約資源、能源，保護(hù)環(huán)境。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是首先，將凹凸棒石粘土礦物經(jīng)選礦、粉碎、過篩IOO 目得到凹凸棒石粘土粉體，以下簡(jiǎn)稱為凹土粉體；然后，將凹土粉體、玻璃粉體、碳 粉按比例進(jìn)行均勻混合；最后，以去離子水為溶劑，Na2Si03為粘結(jié)劑，六偏磷酸鈉
為分散劑，經(jīng)超聲攪拌制得高溫防氧化保護(hù)涂料。本發(fā)明的一種利用凹凸棒石粘土制備高溫防氧化保護(hù)涂料的方法中，該方法包括 以下具體步驟(1) 凹凸棒石粘土礦物經(jīng)選礦、粉碎、過100目篩得到凹凸棒石粘土粉體；(2) 將凹土粉體、玻璃粉體、碳粉采用球磨方式進(jìn)行均勻混合，按質(zhì)量比10份計(jì)，其中凹土粉體占8-9份，玻璃粉體占1-1.5份，碳粉占0-1.0份；(3) 按混合料重比10 20:1的比例加入粘結(jié)劑Na2Si03，按混合料重比100 90:1的比例加入分散劑六偏磷酸鈉，按混合料體積比1:5 15的比例加入溶劑去離子水，在超聲攪拌的方式下形成水溶性高溫防氧化保護(hù)涂料。本發(fā)明的一種利用凹凸棒石粘土制備高溫防氧化保護(hù)涂料的方法中，該高溫防氧化保護(hù)涂料中的凹土粉體、玻璃粉體、碳粉的平均粒徑為2 5pm。本發(fā)明取得的技術(shù)進(jìn)步是(1) 該高溫防氧化保護(hù)涂料是一種水溶性涂料，不含有機(jī)溶劑，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，對(duì)人體無(wú)毒害作用；(2) 該高溫防氧化保護(hù)涂料適用于500 105(TC溫度范圍內(nèi)的高溫防氧化保護(hù)處 理，可廣泛應(yīng)用于調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、模具鋼、高速鋼以及滾動(dòng)軸承鋼等的高溫防氧化 保護(hù)，節(jié)約大量的鋼鐵材料和能源，具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用前景；(3) 該高溫防氧化保護(hù)涂料的流動(dòng)性好，不易沉淀，可采用刷涂、噴涂或浸涂等 各種涂覆工藝應(yīng)用在鋼材上；(4) 該高溫防氧化保護(hù)涂料涂覆并高溫處理后，涂層具有良好的防氧化保護(hù)性能 和從工件表面自剝離性能，對(duì)后續(xù)的機(jī)械加工無(wú)任何影響。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。實(shí)施例1、髙溫防氧化保護(hù)涂料在Crl2冷作模具鋼球化處理工藝中的應(yīng)用首先，將凹凸棒石粘土礦物經(jīng)選礦、粉碎、過IOO目篩得到凹凸棒石粘土粉體； 然后，將凹土粉體、玻璃粉體、碳粉按質(zhì)量比8: 1: 1的比例采用球磨方式進(jìn)行均勻混合；最后，按混合料重比10: 1的比例加入粘結(jié)劑Na2Si03和100: 1的比例加入
分散劑六偏磷酸鈉，按混合料體積比l: 5加入溶劑去離子水，在超聲攪拌的方式下 得到水溶性涂料。將需要保護(hù)處理的Crl2模具鋼坯料，用粗砂紙或銼刀打磨需涂覆涂層的試樣表 層，以去掉表層疏松的生銹層或表面微突體，保證涂料的均勻涂覆；用毛刷即普通油 漆用的那種將上述涂料均勻地刷涂在工件的表面，待自然干燥后重復(fù)刷涂2遍，自然 干燥或在5(TC下烘干后備用；按照常規(guī)的球化退火工藝，將刷涂有保護(hù)涂層的Crl2 模具鋼坯料放入熱處理爐中進(jìn)行86(TC等溫球化退火6 8h,隨爐冷卻到55(TC后快 速空冷至室溫，并用鋼刷清理工件表面的殘留的少量保護(hù)涂料。實(shí)施例2、高溫防氧化保護(hù)涂料在60Si2Mn彈簧鋼中溫回火工藝中的應(yīng)用首先，將凹凸棒石粘土礦物經(jīng)選礦、粉碎、過IOO目篩得到凹凸棒石粘土粉體； 然后，將凹土粉體、玻璃粉體、碳粉按質(zhì)量比8.5: 1.2: 0.3的比例采用球磨方式進(jìn) 行均勻混合；最后，按混合料重比15: 1的比例加入粘結(jié)劑Na2Si03和95: l的比例 加入分散劑六偏磷酸鈉，按混合料體積比l: IO加入溶劑去離子水，在超聲攪拌的方 式下得到水溶性涂料。將經(jīng)過淬火處理的60Si2Mn彈簧鋼工件，用粗砂紙或銼刀打磨需涂覆涂層的試樣 表層，去除工件表面的微突體，以保證涂料的均勻涂覆;用噴槍將上述涂料均勻地噴 涂在工件的表面，待自然干燥后重復(fù)噴涂3遍，自然干燥或在5CTC下烘干后備用； 將噴涂有保護(hù)涂層的60Si2Mn彈簧鋼工件放入熱處理爐中進(jìn)行50(TC中溫回火2 4h， 并隨爐冷卻至室溫，用鋼刷清理工件表面殘留的少量保護(hù)涂料。實(shí)施例3、高溫防氧化保護(hù)涂料在40Cr調(diào)質(zhì)鋼高溫回火工藝中的應(yīng)用首先，將凹凸棒石粘土礦物經(jīng)選礦、粉碎、過100目篩，得到凹凸棒石粘土粉體；然后，將凹土粉體、玻璃粉體、碳粉按質(zhì)量比為9: 1.0: 0的比例、采用球磨方式進(jìn) 行均勻混合；最后，按混合料重比20: 1的比例加入粘結(jié)劑Na2Si03和卯l的比例 加入分散劑六偏磷酸鈉，按混合料體積比l: 15加入溶劑去離子水，在超聲攪拌的方 式下得到水溶性涂料。將經(jīng)過淬火處理的40Cr調(diào)質(zhì)鋼工件，用粗砂紙或銼刀打磨需涂覆涂層的試樣表 層，去除工件表面的微突體，以保證涂料的均勻涂覆;用噴槍將上述涂料均勻地噴涂 在工件的表面，待自然干燥后重復(fù)噴涂3遍，自然干燥或在5(TC下烘干后備用；將
噴涂有保護(hù)涂層的40Cr調(diào)質(zhì)鋼工件放入熱處理爐中進(jìn)行105(TC高溫回火2h，并隨爐 冷卻到室溫，用鋼刷清理工件表面殘留的少量保護(hù)涂料。實(shí)施例4、高溫防氧化保護(hù)涂料在W18Cr4V高速鋼常規(guī)退火工藝中的應(yīng)用首先，將凹凸棒石粘土礦物經(jīng)選礦、粉碎、過IOO目篩得到凹凸棒石粘土粉體； 然后，將凹土粉體、玻璃粉體、碳粉按質(zhì)量比為8.0: 1.5: 0.5的比例采用球磨方式 進(jìn)行均勻混合；最后，按混合料重比15: 1的比例加入粘結(jié)劑Na2Si03和100: 1的比例加入分散劑六偏磷酸鈉，按混合料體積比h 5加入溶劑去離子水，在超聲攪拌的方式下得到水溶性涂料。將經(jīng)過淬火處理的W18Cr4V高速鋼工件，用粗砂紙或銼刀打磨需涂覆涂層的試樣 表層，去除工件表面的微突體，以保證涂料的均勻涂覆；將工件直接浸漬在涂料中， l分鐘后取出，待自然干燥后，重復(fù)浸涂2遍，自然干燥或在5(TC下烘干后備用；將 涂有保護(hù)涂層的W18Cr4V高速鋼工件放入熱處理爐中進(jìn)行880。C常規(guī)退火6 8h， 隨爐冷卻到50(TC后快速水冷至室溫，并用鋼刷清理工件表面殘留的少量保護(hù)涂料。
權(quán)利要求
1、一種利用凹凸棒石粘土制備高溫防氧化保護(hù)涂料的方法，其特征在于首先，將凹凸棒石粘土礦物經(jīng)選礦、粉碎、過100目篩得到凹凸棒石粘土粉體，以下簡(jiǎn)稱為凹土粉體；然后，將凹土粉體、玻璃粉體、碳粉按比例進(jìn)行均勻混合；最后，以去離子水為溶劑，Na2SiO3為粘結(jié)劑，六偏磷酸鈉為分散劑，經(jīng)超聲攪拌制得高溫防氧化保護(hù)涂料。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種利用凹凸棒石粘土制備高溫防氧化保護(hù)涂料的 方法，其特征在于該方法包括以下具體步驟(1) 凹凸棒石粘土礦物經(jīng)選礦、粉碎、過100目篩得到凹凸棒石粘土粉體；(2) 將凹土粉體、玻璃粉體、碳粉采用球磨方式進(jìn)行均勻混合，按質(zhì)量比10 份計(jì)，其中凹土粉體占8-9份，玻璃粉體占1-1.5份，碳粉占0-1.0份；(3) 按混合料重比10 20:1的比例加入粘結(jié)劑Na2Si03，按混合料重比100 90: 1的比例加入分散劑六偏磷酸鈉，按混合料體積比l: 5 15的比例加入溶 劑去離子水，在超聲攪拌的方式下形成水溶性高溫防氧化保護(hù)涂料。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種利用凹凸棒石粘土制備高溫防氧化保護(hù)涂料的方法，其特征在于該高溫防氧化保護(hù)涂料中的凹土粉體、玻璃粉體、碳粉的平均粒徑為2 5nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用凹凸棒石粘土制備高溫防氧化保護(hù)涂料的方法，該方法首先將凹凸棒石粘土礦物經(jīng)選礦、粉碎、過100目篩得到凹凸棒石粘土粉體；然后將凹凸棒石粘土粉體、玻璃粉、碳粉按比例進(jìn)行均勻混合；最后以去離子水為溶劑，Na₂SiO₃為粘結(jié)劑，六偏磷酸鈉為分散劑，經(jīng)超聲攪拌制得高溫防氧化保護(hù)涂料。本發(fā)明方法生產(chǎn)的保護(hù)涂料可廣泛應(yīng)用于調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、模具鋼、高速鋼及滾動(dòng)軸承鋼的高溫防氧化保護(hù)。
文檔編號(hào)C09D1/00GK101210121SQ200710302419
公開日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2007年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月24日
發(fā)明者丁紅燕, 周廣宏, 冰 房, 林岳賓, 躍 章 申請(qǐng)人:淮陰工學(xué)院