[发明专利]一种钢铁高温防氧化涂料及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种用于钢铁的防脱碳涂料，具体涉及一种采用改性凹凸棒石粘土的防氧化脱碳涂料及其制备方法。

背景技术

    钢铁是用途最广泛的金属材料，其产量往往是衡量一个国家工业化水平和生产能力的重要标志。钢材的后续处理工序，不论是轧制、锻造，还是淬火、退火、正火等，都需要经过二次高温处理. 加热过程中，金属基体与气氛之间发生化学反应，会导致氧化、脱碳和元素贫化等问题。金属与氧发生反应，产生氧化皮，加热时间越长，温度越高，氧化烧损越严重。伴随着氧化，脱碳现象也很严重，炉内氧化性气氛与金属基体表层中的碳相互作用，形成碳的气态氧化物而逃逸，造成脱碳. 脱碳层比基体软，易变形，易形成裂缝，从而导致钢材抗拉强度和屈服极限下降，降低工件质量，影响钢材性能和使用寿命。

    目前，在现有防钢铁脱碳的方法中，最方便且成本低的就是使用防脱碳涂料，对此国内外科研工作者都进行了大量的研究，日本新日铁公司研制的铝系防脱碳涂料，氧化烧损减少了近90%；国内研制的防脱碳涂料主要以玻璃基为主要成分，且制备工艺中主要以有机溶剂为主要溶剂种类，如CN03134232.9采用纳米氧化铝、纳米氧化硅并以磷酸钠和水玻璃为粘结剂和二甲苯为溶剂制备防脱碳涂料；CN200310110687.6采用TiO₂、Al₂O₃、SiO₂、玻璃粉以及碳粉为主要粉末，以聚丙烯酸钠为主要粘结剂，采用乙酸三甘醇为增塑剂，以无水乙醇为溶剂制备放脱碳涂料，上述玻璃基防脱碳涂料虽然在热加工过程中能够在钢铁表面形成连续致密薄层，阻断外部介质与基体接触，减缓或中止基体的氧化，但熔融玻璃在阻断外部介质的同时，还将与基体表面发生物理化学反应，使其粘附在基体上，由于存在键合作用，热加工后的涂层不易去除，必须附加工艺才可去除，从而增加了成本，并且上述涂料粉料种类较多并多采用纳米级颗粒，涂料制备成本较高，且制备工艺大多使用甲苯或三氯乙烯等有机溶剂，不但成本高，且毒性较大。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能在冷却过程中自然脱落的高温防氧化涂料及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种钢铁高温防氧化涂料，包括混合粉末、水、粘结剂和分散剂；混合粉末与水的重量比为50～55：45～50；粘结剂和分散剂的重量均为混合粉末重量的2%～5%；混合粉末包括以下重量配比的组分：改性凹凸棒石粘土粉末60%～70%、铝矾土5%～10%、氧化锆2%～5%、氧化硅10%～15%、无定形碳粉2%～5%和片状碳粉2%～5%。

其中，改性凹凸棒石粘土粉末通过以下步骤制备：

（1）在细度为200目～400目的凹凸棒石粘土粉末中加入有机疏水化合物，并加入有机溶剂，搅拌1～4小时，然后静置2～3小时，制成浆料；有机疏水化合物的重量占凹凸棒石粘土粉末重量的10～15%；有机溶剂的加入量以凹凸棒石粘土粉末的重量为基准，每克凹凸棒石粘土粉末加入有机溶剂1～3ml；

（2）向步骤（1）中制备的浆料中加入非离子型表面活性剂，在60～80℃下加热3～7小时后，过滤；非离子型表面活性剂的加入量为凹凸棒石粘土粉末重量的3～5%；

（3）将步骤（2）中过滤得到的粉末烘干，即得改性凹凸棒石粘土粉末。

步骤（1）中，有机疏水化合物为有机聚硅氧烷或有机羧酸如硬脂酸，已二酸等，优选环氧基聚硅氧烷或硬脂酸。有机溶剂为低温易蒸发性表面张力大的溶剂，如乙醚，甲苯，二甲苯，甲醇，异丙醇，优选二甲苯和异丙醇的混合溶液，二甲苯和异丙醇溶液配比为78.5vol%：21.5vol%。搅拌采用行星磨高速搅拌，转速为188r/min，时间为2~4小时。

步骤（2）中非离子型表面活性剂为聚氧乙烯油醇醚型，乙氧基化甲基葡萄糖苷硬脂酸脂型，吐温80型（聚氧乙烯山梨醇酐单油酸脂），优选聚氧乙烯油醇醚型。加热采用超级恒温器，恒温60~80℃，利用电动搅拌机搅拌3～7小时。

步骤（3）在在对粉末进行烘干前，先采用有机溶剂对粉末进行多次清洗，优选乙醇溶液（无水乙醇）清洗2~4次。清洗后采用真空烘干箱进行烘干，烘烤温度为80~100℃，时间为2~5小时。

粘结剂为甲基纤维素（MC）、聚乙烯醇（PVA）、硅酸钠（水玻璃）、磷酸钠等，优选甲基纤维素（MC）。

分散剂优选SD-00。

本发明还提供了上述高温防氧化涂料的制备方法，具体包括以下步骤：