鈦材表面用耐高溫涂料及其應(yīng)用以及鈦材的生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鈦材表面用耐高溫涂料領(lǐng)域，具體涉及一種鈦材表面用耐高溫涂料及其應(yīng)用以及鈦材的生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦材在生產(chǎn)過(guò)程中一般要經(jīng)過(guò)退火處理，退火一般要在900°C左右的高溫下進(jìn)行，而在高溫下，氧會(huì)進(jìn)入鈦材表面，形成堅(jiān)硬的溶氧層，鈦材在900°C加熱4h以上表面就會(huì)出現(xiàn)深度20mm左右的深裂紋。為保證鈦管的后續(xù)乳制和熱乳鈦板的表面質(zhì)量，在乳制過(guò)程中需要對(duì)鈦材進(jìn)行切削和打磨處理，以除去裂紋和溶氧層，這樣損失較大。由于鈦材是由海綿鈦反應(yīng)制得，將加熱過(guò)程中鈦材的開(kāi)裂部分及溶氧層去掉，嚴(yán)重影響鈦材的成本及成材率，因此需要對(duì)鈦材進(jìn)行高溫保護(hù)。
[0003]關(guān)于鈦材的高溫保護(hù)，研究表明在鈦材表面進(jìn)行鉑離子電鍍能夠保護(hù)鈦材在650°〇不被氧化，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足退火的高溫要求。將抗氧化性優(yōu)秀的MCrAlY合金通過(guò)噴射或者蒸發(fā)鍍膜到鈦基體上，會(huì)導(dǎo)致該合金與鈦形成的共熔化合物增加，以及在鈦生產(chǎn)加熱過(guò)程中形成相互擴(kuò)散層。傳統(tǒng)的抗氧化保護(hù)涂料硼硅酸鹽玻璃基涂料應(yīng)用于鈦材表面時(shí)，雖然對(duì)抑制氧化物的形成有一定的作用，但不能達(dá)到防止溶氧層形成的目的。目前，有用鋁作為抗氧劑的鋁基氧化保護(hù)涂料用于鈦材生產(chǎn)上，該涂料對(duì)抑制氧化物及溶氧層的形成有一定的作用，但效果仍不理想，而且涂料粘性較低，使用時(shí)只能噴射，不能刷涂，大大限制了其應(yīng)用。
[0004]因此，需要開(kāi)發(fā)一種能有效防止鈦材表面溶氧層和裂紋形成的耐高溫保護(hù)涂料，達(dá)到降低鈦材生產(chǎn)成本的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種鈦材表面用耐高溫涂料，該涂料由一種原料混合物混合均勾后得到，所述原料混合物的組分為:苯丙乳液50?150g/kg，Al粉850?900g/kg，聚氮丙啶交聯(lián)劑I?2g/kg，聚丙稀酸0.5?1.(^/1^，聚丙稀酰胺1?58/1^，其余為蒸饋水或去離子水。
[0006]本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供上述鈦材表面用耐高溫涂料在鈦材生產(chǎn)中的應(yīng)用。
[0007]其中，上述鈦材表面用耐高溫涂料在鈦材生產(chǎn)中的應(yīng)用，所述鈦材為鈦板、鈦錠或鈦管。
[0008]本發(fā)明所要解決的第三個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種鈦材的生產(chǎn)方法，該方法包括對(duì)鈦材進(jìn)行退火處理前，在鈦材表面涂覆上述鈦材表面用耐高溫涂料。
[0009]其中，上述鈦材的生產(chǎn)方法中，所述的鈦材為鈦板、鈦錠或鈦管。
[0010]其中，上述鈦材的生產(chǎn)方法中，所述耐高溫涂料的涂覆量使得其在鈦材表面固化后膜層厚度為0.20mm?0.40mm。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
[0012]首先，本發(fā)明鈦材表面用耐高溫涂料為水性環(huán)保涂料，涂料中不含有RoHS質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中限制的有害元素，該涂料暴露在空氣中沒(méi)有有毒物質(zhì)揮發(fā)，不會(huì)對(duì)施工環(huán)境造成污染。其次，本發(fā)明鈦材表面用耐高溫涂料配制時(shí)間短，使用時(shí)可以現(xiàn)場(chǎng)配制，簡(jiǎn)單可行;并且該涂料在使用過(guò)程中，工藝簡(jiǎn)單、易操作，可以在裝有氣壓噴涂、真空噴涂和刷涂設(shè)備的生產(chǎn)線上使用。最后，經(jīng)本發(fā)明耐高溫涂料涂覆后的鈦材，在800?1000°C恒溫4?6h退火過(guò)程中，鈦材表面不出現(xiàn)氧化層和10?20mm的高溫裂紋，從而提高了鈦材加工的成材率和生產(chǎn)效率，有效降低生產(chǎn)成本，使得該涂料在鈦板、鈦錠及鈦管等鈦材生產(chǎn)行業(yè)中具有較為廣闊的推廣應(yīng)用前景。
[0013]說(shuō)明書附圖
[0014]圖1為實(shí)施例1?4乳制后鈦錠表面的照片。
[0015]圖2為對(duì)比例I乳制后鈦錠表面的照片。
[0016]圖3為對(duì)比例2乳制后鈦錠表面的照片。
[0017]圖4為各實(shí)施例和對(duì)比例乳制后鈦錠表面的硬度分布。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明提供了一種鈦材表面用耐高溫涂料，該涂料由一種原料混合物混合均勻后得到，所述原料混合物的組分為:苯丙乳液50?150g/kg，Al粉850?900g/kg，聚氮丙啶交聯(lián)劑I?2g/kg，聚丙稀酸0.5?1.0g/kg，聚丙稀酰胺I?5g/kg，其余為蒸饋水或去離子水。
[0019]其中，上述耐高溫涂料中，所述苯丙乳液作為水性成膜劑，能夠進(jìn)一步減少鈦材表面溶氧層的形成。對(duì)于苯丙乳液的固含量無(wú)特殊要求，可以采用本領(lǐng)域常用的苯丙乳液，苯丙乳液的固含量?jī)?yōu)選為40?60wt%。
[0020]其中，上述鈦材表面用耐高溫涂料中，所述Al粉為氧化保護(hù)劑，Al粉的重量百分比為85 %?90 %，保證涂層在鈦材表面的附著性。
[0021]其中，上述鈦材表面用耐高溫涂料中，所述聚氮丙啶交聯(lián)劑作為固化劑，聚丙烯酸作為分散劑，聚丙烯酰胺作為增稠劑。
[0022]其中，上述鈦材表面用耐高溫涂料，所述涂料的pH值為7.5?9.5，固含量為85?95wt%。上述耐高溫涂料在線直接涂覆在鈦材表面后，能迅速固化，形成自干型涂層，且由于固含量高，不會(huì)出現(xiàn)涂層流淌現(xiàn)象，涂層附著性非常好，無(wú)論在濕膜還是干膜時(shí)，涂層附著性都能滿足鈦材輥道振動(dòng)機(jī)摩擦的需要，不會(huì)出現(xiàn)涂層掉皮或掉粉現(xiàn)象。
[0023]其中，上述鈦材表面用耐高溫涂料，所述涂料中不含有RoHS質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中限制的有害元素，同時(shí)，該耐高溫涂料在空氣中沒(méi)有有毒物質(zhì)揮發(fā)，不會(huì)影響施工環(huán)境。
[0024]對(duì)于本發(fā)明的鈦材表面用耐高溫涂料的制備方法無(wú)特殊要求，可以采用本領(lǐng)域常用的各種方法，只要將各組分混合均勻即可。但發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，采用如下方法制備耐高溫涂料，能夠使各組分混合得更均勻。具體方法為:本發(fā)明的耐高溫涂料的制備過(guò)程為:先將苯丙乳液與聚氮丙啶交聯(lián)劑混合，攪拌均勻后，再加入聚丙烯酸，攪拌均勻，再加入聚丙烯酰胺，攪拌后加蒸餾水或去離子水，最后在攪拌條件下緩慢加入Al粉，攪拌至呈均勻穩(wěn)定相即可。
[0025]本發(fā)明的鈦材表面用耐高溫涂料制備工藝簡(jiǎn)單，可以使用時(shí)現(xiàn)場(chǎng)配制，配制時(shí)間短，簡(jiǎn)單可行；也可以配制生產(chǎn)后，在室溫下儲(chǔ)存，涂料穩(wěn)定放置穩(wěn)定性可達(dá)到6個(gè)月以上，會(huì)出現(xiàn)沉淀、分層現(xiàn)象，但是，使用時(shí)搖勻或重新進(jìn)行攪拌即可使用。
[0026]本發(fā)明還提供了上述鈦材表面用耐高溫涂料在鈦材生產(chǎn)中的應(yīng)用。
[0027]其中，上述鈦材表面用耐高溫涂料在鈦材生產(chǎn)中的應(yīng)用，所述鈦材為鈦板、鈦錠或鈦管。
[0028]本發(fā)明還提供了一種鈦材的生產(chǎn)方法，該方法包括對(duì)鈦材進(jìn)行退火升溫處理前，在鈦材表面涂覆上述耐高溫涂料。
[0029]其中，上述鈦材的生產(chǎn)方法中，對(duì)于退火處理無(wú)特殊要求，可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的退火處理工藝，例如，退火溫度為800?1000°C，退火時(shí)間為4?6h。
[0030]其中，上述鈦材的生產(chǎn)方法中，所述的鈦材為鈦板、鈦錠或鈦管。
[0031]其中，上述鈦材的生產(chǎn)方法中，將上述耐高溫保護(hù)涂料涂覆在鈦材表面后，僅需除去附著在鍍層表面的水分，因而不需要再添加任何促進(jìn)劑，在室溫下就可以在5min內(nèi)自然干燥。同時(shí)，在涂覆過(guò)程中，涂料粘附性能好，不會(huì)出現(xiàn)流淌、流掛等現(xiàn)象，對(duì)于涂敷方法、干燥方法等沒(méi)有特別限定，涂覆方式可以使用氣壓噴涂、真空噴涂和刷涂，干燥方式可以使用熱風(fēng)干燥或感應(yīng)加熱，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況需要進(jìn)行相應(yīng)施工方式。并且，上述耐高溫涂料使用的溫度沒(méi)有特別限制，但由于上述耐高溫涂料的處理劑的溶劑是水，保證水不結(jié)冰及汽化的溫度條件即可，在常溫下使用。
[0032]其中，上述鈦材的生產(chǎn)方法中，耐高溫涂料的涂覆量使得其在鈦材表面固化后膜層的厚度為0.2-0.4mm，優(yōu)選是0.30mm0當(dāng)膜層的厚度小于0.2mm時(shí)，鈦材得不到充分的高溫保護(hù)，當(dāng)膜層的厚度超過(guò)0.4mm時(shí)，退火初期加熱時(shí)，膜層會(huì)自然出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致氧氣進(jìn)入，達(dá)不到耐高溫的作用，導(dǎo)致鈦材生產(chǎn)成本升高。
[0033]本發(fā)明中，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，鈦材進(jìn)行退火處理后要進(jìn)行乳制處理，對(duì)于乳制處理的條件無(wú)特殊要求，可以采用本領(lǐng)域的常規(guī)條件，例如，乳制的條件包括:退火后進(jìn)行10個(gè)道次的乳制，每個(gè)道次壓下率大約為20mm。
[0034]本發(fā)明的發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，將Al粉作為氧化保護(hù)劑，且Al粉的重量百分比占85 %以上，含有該氧化保護(hù)劑鈦材表面用耐高溫涂料，能保證鈦材在800?1000°C高溫下恒溫4?6h表面不被氧化開(kāi)裂，且極大地減少溶氧層的形成。發(fā)明人經(jīng)過(guò)多次研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度達(dá)到400°C時(shí)，有機(jī)涂層開(kāi)始緩慢被燃燒掉；當(dāng)溫度達(dá)到600°C以上時(shí)，涂層中的Al粉與Ti發(fā)生合金化反應(yīng)，形成TiAl3合金層，該層物質(zhì)非常致密，能隔絕機(jī)體鈦和外界氧元素等物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，達(dá)到防止鈦材表面氧化的目的。
[0035]本發(fā)明提供的鈦材表面用耐高溫涂料，能保證鈦材在1000°C高溫下恒溫6h，表面不被氧化開(kāi)裂，且能極大減少溶氧層的形成，能有效降低生產(chǎn)成本，提高鈦材的成材率和生產(chǎn)效率。例如，以攀鋼為例，乳制鈦材產(chǎn)品，設(shè)計(jì)年產(chǎn)I萬(wàn)噸產(chǎn)能，以每個(gè)鈦材(坯子)7.5噸計(jì)算，每年要生產(chǎn)1300個(gè)左右的鈦坯材，每個(gè)鈦材尺寸為:厚度0.28m，長(zhǎng)度7.5m，寬度1.25m;每個(gè)鈦材全面積約為25m2，每年大約生產(chǎn)32500m2，本發(fā)明的耐高溫保護(hù)涂料的涂層厚度為
0.2-0.4mm；每平米大約使用200_400g，累計(jì)全年使用涂料約6.5噸-13噸。以每個(gè)鈦材出現(xiàn)氧化層開(kāi)裂20mm深度計(jì)算，每個(gè)鈦材要切削掉100-200公斤，以鈦材80000元/噸計(jì)算，每個(gè)鈦材因氧化切削部分損失在8000-16000元之間，同時(shí)，還要花費(fèi)大量的人力、物力進(jìn)行切肖IJ，額外增加生產(chǎn)成本和生產(chǎn)時(shí)間，而采用本發(fā)明的耐高溫涂料，涂料的價(jià)格按200元/kg計(jì)算，每年將節(jié)省生產(chǎn)成本約1365萬(wàn)元。
[0036]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的實(shí)施例