[发明专利]钢坯高温抗烧损涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高温结构陶瓷领域，具体涉及钢坯高温抗烧损涂层及其制备方法。

背景技术

在钢铁工件加工的过程中，钢铁的氧化消耗是相当严重的。钢铁工件在完成轧制、锻造、淬火、退火、正火等热加工工序时必需将工件加热到高温。在一般大气条件下，钢铁工件受到高温作用常常会在表面发生氧化现象，产生大量的氧化铁皮，而且同时还会伴随着合金元素的贫化(例如：脱碳等)。这些现象大大降低了工件的机械性能和抗腐蚀能力，严重影响工件的使用寿命。对于一些特种钢铁，其中的一些镍、铬、铜、硅等合金元素会发生氧化，在钢坯的表面生成一层极难清除的氧化层，而这种氧化层在轧制的过程中容易压入钢中，使钢材表面及内部生成缺陷。

据统计，全世界有大量的钢铁由于氧化和腐蚀而失效。其中在热加工工艺中，钢铁氧化损耗平均约为3～5％左右。因而必需采取有效的措施来防止工件表面的高温氧化，从而提高热加工质量。

目前防止碳钢氧化烧损，采用的方法有高温涂层法、真空法和保护气氛法。其中，人们开发了可控气氛炉和真空炉来完成热加工过程，可是这两种热加工技术成本高，而且往往只适合处理小体积的工件。热加工过程中，采用耐高温临时性保护涂料对基体进行防护是近几十年发展起来的一种新型热处理保护技术。相对于真空热加工技术和惰性气体保护技术，这种保护方法具有投资少、成本低、操作简单、适应性强等特点。

自上世纪40年代，人们就对高温抗烧损涂层进行了研究并且取得许多成果随着耐热材料的不断发展、涂料配方的优化以及涂料制备工艺的改进，使涂料涂层性能得到改善和提高，应用更加广泛，涂料品种越来越多。美国、日本和西欧等国家已开始采用玻璃、硅酸盐等成分极其复杂的混合物为基的涂层材料和润滑材料，以便在压制、挤压、模锻、轧制和热处理高合金钢、普通碳钢和多种合金时防止氧化。

钢铁高温抗烧损涂层保护机理大致可分为三种类型，即互熔反应型保护机理、消耗反应型保护机理和惰性熔膜屏蔽型保护机理。其中惰性熔膜屏蔽型保护机理是所制备涂料以惰性氧化物为主要成分，在热加工前，将涂料涂敷在工件表面，制备成涂层。随着温度的升高，涂层软化进而熔融，在高温下形成致密的惰性氧化物薄膜，阻止高温炉内氧化性气分和钢坯接触，避免了因炉气与基体钢坯的直接接触而发生的氧化反应，从而达到了保护的目的。运用这种机理，往往可在更高温度下实现对钢坯的保护。这种保护方法相对于真空法热加工技术和保护气氛热加工技术，具有投资少、成本低、操作简单、适应性强等特点。

但是，到目前为止，还没有一种适用于多种钢种，且性能稳定，能够进行热喷涂的钢铁高温抗烧损涂料。

本发明是综合考虑涂层的高温致密性、稳定性、润湿性、机械强度、剥落性、无毒害性等因素的设计要求，在选择原材料时，以材料的热力学稳定性、表面张力、线膨胀系数等理论数据为依据，结合被保护对象的特点、具体的使用条件、热加工的时间等多种因素加以综合考虑。采用惰性熔膜保护机理制备钢铁高温抗烧损涂层，对高温耐热钢在轧制之前的升温阶段进行必要的抗烧损保护，以减少钢坯表面的氧化，达到节能减排，提高钢的成材率的目的。此外涂层除了保护基体不被氧化腐蚀外，还具有防止钢件的脱碳、渗碳，在模锻中起润滑作用等功能。本发明对钢材加工过程中，减少钢材氧化烧损，提高钢坯的成材率，减少金属的浪费具有巨大意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温腐蚀、稳定性好、具有多种刷涂方式、强度高、具有自剥落性能、安全可靠性高的钢坯高温抗烧损涂层及其制备方法。

本发明的技术方案与技术特征为：

本发明为钢坯高温抗烧损涂层及其制备方法，其特征在于该涂层采用惰性熔膜保护机理，其主要化学成分的重量百分比为SiO₂ 5～10％，Al₂O₃ 42～53％，MgO 20～35％，Fe₂O₃ 5～15％，TiO₂ 2～10％。该涂层材料在使用前先制备成料浆，它是由粘结剂、粉料、载液、添加剂等混合均匀制成的涂料。涂料使用时采用刷涂和热喷涂等方法，将涂料均匀的涂敷于工件的表面。所形成涂层在整个高温过程中起保护作用，热加工完成后涂层具有自剥落性能。

选择铝矾土、菱镁矿和冶金粉尘为涂料粉料的基料。粉料是涂料的主要组成物质，粉体粒度控制在48～75μm，粉料在涂料中的含量高于50wt％。