專利名稱：一種用于碳鋼的高溫防護(hù)涂料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于碳鋼的高溫防護(hù)涂料，防護(hù)溫度達(dá)135(TC。特別是一 種在碳鋼表面涂刷或者噴涂的用于高溫加熱過程防止基體氧化燒損的防護(hù)涂料。
背景技術(shù)：
冶金行業(yè)軋鋼不論是冷坯軋制還是連鑄連軋，在加熱爐中總要氧化，產(chǎn)生大 量氧化鐵皮，因?yàn)檠趸F皮不易去除，所以在軋制前又需要高壓水除磷，這樣既 浪費(fèi)了能源，又降低碳鋼的成材率。部分高碳鋼，合金鋼加熱時(shí)間稍長會產(chǎn)生脫 碳現(xiàn)象，導(dǎo)致后期產(chǎn)品需要大量切削或者進(jìn)行滲碳處理，造成嚴(yán)重浪費(fèi)。因此需 要在鋼材加熱之前做好防護(hù)措施，使得鋼材在加熱爐中減少氧化，同時(shí)提高金屬 表面質(zhì)量。
在中國專利CN101225457A中公開了一種高溫防氧化涂料。使用磷酸鹽作 為粘結(jié)劑，存在的問題是氧化鎂是堿性耐火材料，和磷酸鹽容易反應(yīng)，受粒度， 環(huán)境影響較大，而且涂料的壽命也存在問題，同時(shí)氧化鎂膨脹系數(shù)大，涂層低溫 段容易開裂，很難對基體產(chǎn)生保護(hù)。氧化鎂高溫也易揮發(fā)，影響涂層性能。
在中國專利CN1179448中公開了一種高溫耐熱鋼用防氧化涂料，使用沉淀 碳酸鋇，硅石為主，加入助溶劑硼酸，以水玻璃為媒介，在高溫下產(chǎn)生釉層，對 金屬基體起到保護(hù)作用，可是硼酸高溫性能不好，易揮發(fā)，且高溫下活性較強(qiáng)。
在中國專利CN101225458中公開的高溫防氧化涂料以SiC,鉻鐵礦石，粘土 粉為骨料，輔以炭黑，鈦白，鋅鋇白，鋅粉，A1203,W PA80膠為粘結(jié)劑。由于 涂料中含鉻，雖然鉻可以在碳鋼表面形成一層氧化鉻層，從而對基體產(chǎn)生保護(hù)，， 但是鉻對人體毒害作用大，大部分鋼鐵企業(yè)并不歡迎。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有主要依靠涂層自身成分之間的反應(yīng)以及涂層成分和氧發(fā)生反應(yīng)的 高溫防氧化涂料固有的缺陷，本發(fā)明提出一種在中高溫下，部分成分優(yōu)先和早期 生成鐵氧化物反應(yīng)生成致密改性氧化皮，改善碳鋼本身氧化皮的結(jié)構(gòu)和性能，從 而利用自身改性氧化皮起到防護(hù)作用的高溫防護(hù)涂料。
本發(fā)明所述目的是通過以下方案實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明提供的改善碳鋼本身氧化皮的結(jié)構(gòu)和性能的高溫防護(hù)涂料，包括如下
3成分TiO230%-70%， Al20314%-28%， Y203 0.5%-l%， Zr02 0.5%-l%， HfD2 0.5%-l%， ZnO 5%-20%， Fe2O35%-10%， Si02 6%-12%， NaO 0%-2%， K20 0%-2%。 使用時(shí)，先把粉料和水l: l混合成漿料。加入粘結(jié)劑，粘結(jié)劑為水玻璃包 括鈉水玻璃，鉀水玻璃，鋰水玻璃和硅溶膠中的一種或幾種混合而成。，粘結(jié)劑 質(zhì)量占漿料質(zhì)量的5%-15%。加入分散劑羧甲基纖維素，分散劑質(zhì)量占漿料總質(zhì) 量的0.5%-1.5%。
所用的水玻璃優(yōu)先和水以質(zhì)量比1: l混合，然后使用。所用的羧甲基纖維 素先和水以質(zhì)量比l: 20混合，攪拌均勻，靜置2小時(shí)后使用。
所用粉料的粒度進(jìn)行分級配比，按基料總重量計(jì)算120-140目1%; 140-160
目5%; 160-180目62%; 180-200目28%;小于200目4%，粒度太粗不
利于涂層的致密性，而太細(xì)使得涂層的熔點(diǎn)降低，且容易和其他物料發(fā)生反應(yīng)。 本涂料可以應(yīng)用于普碳鋼和部分合金鋼，機(jī)理是一致的。使用時(shí)噴涂或者涂 刷在碳鋼表面，對有鑄造氧化皮的連鑄板坯，不需要進(jìn)行預(yù)處理，不會影響本涂 料的效果。
圖l:有涂料保護(hù)碳鋼130(TC處理恒溫1小時(shí)氧化皮厚度 圖2:無涂料保護(hù)碳鋼130(TC處理恒溫1小時(shí)氧化皮厚度 圖3:無涂料保護(hù)碳鋼130(TC處理恒溫1小時(shí)氧化皮表面形貌(sem500倍) 圖4:有涂料保護(hù)碳鋼130(TC處理恒溫1小時(shí)氧化皮表面形貌(sem500倍)
具體實(shí)施例方式
本防護(hù)劑主要噴涂或者涂刷在普碳鋼或部分合金鋼碳鋼表面，保護(hù)溫度 135(TC以下，可以有效保護(hù)碳鋼在加熱爐中的高溫?zé)龘p。 實(shí)施例一
選用防護(hù)涂料粉料的重量組分為TiO230%，Al20328%， Y2O30.5%， ZrO20.5%， HfO20.5%， ZnO 20%， Fe2037%， Si0212%， NaO 0.7%， K20 0.8%。
使用時(shí)，先把粉料和水1: 1混合成漿料。加入粘結(jié)劑鉀水玻璃，粘結(jié)劑質(zhì) 量占漿料質(zhì)量的7%。加入分散劑羧甲基纖維素鈉，分散劑質(zhì)量占漿料總質(zhì)量的 0.5%。
對比實(shí)驗(yàn)一
下面是針對在無涂料情況下的碳鋼和采用本發(fā)明所述涂料的碳鋼氧化性能 對比實(shí)驗(yàn)。
4將普碳鋼Q235B鋼板切割成小塊，表面不涂涂料，放在馬弗爐中加熱到 1300°C，恒溫1小時(shí)后的狀況。圖1是有涂料碳鋼在馬弗爐中加熱到1300°C， 恒溫1小時(shí)后的氧化皮厚度照片；圖2是無涂料保護(hù)碳鋼在馬弗爐中加熱到1300 °C，恒溫1小時(shí)后的氧化皮厚度照片。
由圖1和圖2看出，在有涂料保護(hù)的情況下，氧化層厚度為485um，而無 涂料保護(hù)的氧化層厚度為1228.3um，降低氧化燒損61%。且氧化皮結(jié)構(gòu)已經(jīng)完 全變化，改性后的氧化皮由三層轉(zhuǎn)變成一層。
將本發(fā)明所述涂料涂抹在碳鋼上，在上述相同溫度下，結(jié)果見圖3，圖4。 圖3是無涂料保護(hù)碳鋼在馬弗爐中加熱到130(TC，恒溫2小時(shí)后的氧化皮表面 情況照片；圖4是有涂料保護(hù)碳鋼在馬弗爐中加熱到1300°C，恒溫2小時(shí)后的 氧化皮表面情況照片。
由圖3和圖4可以看出，在無涂料保護(hù)的情況下，氧化層表面有明顯裂紋， 而經(jīng)涂料改性的氧化皮表面致密，可以有效阻止氧的滲入。
實(shí)施例二-
選擇防護(hù)涂料的重量組分為TiO240%， Al20325%， Y2O30.5%， Zr02l%， HfO20.2%， Zn015%， Fe2035%， Si0212%， NaO0.7%， K2O0.6%。
使用時(shí)，先把粉料和水l: l混合成漿料。加入粘結(jié)劑鈉水玻璃，粘結(jié)劑質(zhì) 量占漿料質(zhì)量的6%。加入分散劑羧甲基纖維素鈉，分散劑質(zhì)量占漿料總質(zhì)量的
0.8%。
本實(shí)施例和實(shí)施例一的區(qū)別在于實(shí)驗(yàn)用鋼種為65Mn碳素彈簧鋼，試驗(yàn)結(jié) 果顯示未發(fā)現(xiàn)明顯脫碳行為。其他的各種性能測試結(jié)果與實(shí)施例一相似。 實(shí)施例三
本防護(hù)涂料的重量組分為Ti0245%， Al20323%， Y2O30.3%， ZrO20.3%， HfO20.8%， ZnO腦，F(xiàn)e2035%， Si02ll%， NaO0.8%， K2O0.8o/o。
使用時(shí)，先把粉料和水l: l混合成漿料。加入粘結(jié)劑為鈉水玻璃和鋰水玻 璃體積比l: l混合物，粘結(jié)劑質(zhì)量占漿料質(zhì)量的1.2%。加入分散劑羧甲基纖維 素鈉，分散劑質(zhì)量占漿料總質(zhì)量的7%。
本實(shí)施例和實(shí)施例一的區(qū)別在于實(shí)驗(yàn)用鋼種為X70低碳合金鋼，試驗(yàn)結(jié)果
顯示未有效解決除鱗問題。其他的各種性能測試結(jié)果與實(shí)施例一相似。
實(shí)施例四
本防護(hù)涂料的重量組分為TiO250%， Al2O320%, Y2O30.4%， ZrO20.7%，
5,20.40/0， Zn012%， Fe2038%， Si027%， NaO0.3%， K20 1.2%。
使用時(shí)，先把粉料和水l: l混合成漿料。加入粘結(jié)劑硅溶膠，粘結(jié)劑質(zhì)量 占漿料質(zhì)量的10%。加入分散劑羧甲基纖維素鈉，分散劑質(zhì)量占漿料總質(zhì)量的
1.5%。
本實(shí)驗(yàn)顯示的各種性能測試結(jié)果與實(shí)施例一相似。
權(quán)利要求
1. 一種用于碳鋼的高溫防護(hù)涂料，該防護(hù)涂料粉料由以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的成分混合而成TiO230％-70％，Al2O314％-28％，Y2O30.5％-1％，ZrO20.5％-1％，HfO20.5％-1％，ZnO 5％-20％，F(xiàn)e2O35％-10％，SiO2 6％-12％，NaO 0％-2％，K2O 0％-2％。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種用于碳鋼的防護(hù)涂料，其特征在于，使用時(shí)， 先把粉料和水1: 1混合成漿料。加入粘結(jié)劑，粘結(jié)劑質(zhì)量占漿料質(zhì)量的5%-15%。 加入分散劑，分散劑質(zhì)量占漿料總質(zhì)量的0.5%-1.5%。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種用于碳鋼的防護(hù)涂料，其特征在于，所述的Ti02 來源于鈦鐵礦或金紅石礦中的一種或幾種。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種用于碳鋼的防護(hù)涂料，其特征在于，所述的A1203 和Si02來源于高鋁礬土或天然莫來石，藍(lán)晶石，硅線石，紅柱石鈦鐵礦以及金 紅石礦中一種或幾種。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種用于碳鋼的防護(hù)涂料，其特征在于，所述的ZnO 粉來源于工業(yè)成品。
6. 如權(quán)利要求2所述的一種用于碳鋼的防護(hù)涂料，其特征在于，所述的粘 結(jié)劑由鈉水玻璃，鉀水玻璃，鋰水玻璃和硅溶膠中的一種或幾種混合而成。
7. 如權(quán)利要求2所述的一種用于碳鋼的防護(hù)涂料，其特征在于所述分散劑 為羧甲基纖維素，使用時(shí)優(yōu)先和水l: 20混勻使用，所用的水玻璃優(yōu)先和水以體 積比l: l混合，然后使用。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種用于碳鋼的防護(hù)涂料，其特征在于，所述的涂 料應(yīng)用溫度最高達(dá)1350°C。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高溫防護(hù)涂料，在800℃-1350℃時(shí)和優(yōu)先少量生成的氧化層反應(yīng)，生成變性致密氧化層，從而利用變性氧化層自身的致密性，阻止鐵氧進(jìn)一步互滲。本防護(hù)劑粉料主要基于以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的成分組成TiO<sub>2</sub> 30％-70％，Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 14％-28％，Y<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 0.5％-1％，ZrO<sub>2</sub> 0.5％-1％，HfO<sub>2</sub> 0.5％-1％，ZnO 4％-20％，F(xiàn)e<sub>2</sub>O<sub>3</sub> 4％-10％，SiO<sub>2</sub> 6％-12％，NaO 0％-2％，K<sub>2</sub>O 0％-2％。使用時(shí)，先把粉料和水1∶1混合成漿料。加入粘結(jié)劑水玻璃，占漿料質(zhì)量的5％-15％。分散劑羧甲基纖維素，占漿料總質(zhì)量的0.5％-1.5％。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)及在鋼鐵企業(yè)中試證明，本防護(hù)劑適用于大部分碳鋼，懸浮性好，不影響加熱，改性氧化皮的剝落性能極佳，金屬表面質(zhì)量好，且有效防止脫碳。
文檔編號C04B28/00GK101462857SQ20091007712
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月16日
發(fā)明者朋 劉, 葉樹峰, 旬 周, 陳運(yùn)法, 魏連啟 申請人:中國科學(xué)院過程工程研究所