金属高温防氧化涂料的制备及其研究

论文总字数：18318字

目 录

摘要………………………………………………………………………………………………1

1 热处理防氧化涂料的研究 3

1.1 涂料的分类及其在国、内外的研究概况 3

1.2 保护涂层防氧化的基本原理 4

1.3 用于热处理过程中的涂料应具备性能 5

2 钢铁热加工处理时的高温氧化 5

2.1 高温氧化的基本原理 6

2.2 影响高温氧化的主要因素 7

2.3 现在主要应用于热处理过程中的防氧化方法 7

3 高温防氧化涂料中对于各部分组成的选取 8

3.1 该功能涂料的组成 8

3.2 涂料中各组分的选用依据 8

3.3 对于载液种类的选取及依据 10

3.4 对于粘接剂的选取及依据 10

3.5 涂料中粉料及辅料的选用 10

3.5.1 粉料的选取 10

3.5.2 辅料的选取及理论依据 11

4 实验材料制备以及实验操作步骤 11

4.1 试验前小刚片样品的准备工作 11

4.2 涂料制备简述 12

4.3 试验操作流程 13

5 试验过程、结果及讨论分析 13

5.1 确定粘接剂方案讨论 13

5.2有无涂层保护的对比讨论分析 15

5.2.1 宏观分析 15

5.2.2 微观分析 15

5.3 ATP体系涂料与SiO₂-Al₂O₃体系涂料的对比讨论分析 16

总结 17

参考文献 18

致谢 20

金属高温防氧化涂料的制备及其研究

赵俊杰

，China

Abstract: The preparation and examination of high temperature metal oxidation

resistant coating has important significance in business. When heated at a high temperature, metal surface oxidation, decarburization severe loss of the metal material, reduce the mechanical properties of the metal, and reducing its quality.

In this paper, a poorly soluble oxide as the main raw material, other materials, and then add the appropriate content as auxiliary materials, preparation and research of high temperature oxidation resistant coating. It can effectively play the role of heat-treated by oxidation protection coating, and very economical.At lower temperatures can be used ATP or SiO₂-Al₂O₃ coating system, it can be used at higher temperatures ATP paint, unify them used at a concentration of 30% potassium silicate as the binder.Paint a simple way of ball milling and mixing and stirring the preparation, at the time of coating steel workpieces, easiest to use brushing or dipping, can be fully dried after heat treatment, and therefore the coating process is not complicated, it also greatly increase it value, in addition, this experiment has a high repeatability, suitable for large-scale production of iron and steel industry.

Key word: Metal（Steel）, Heat treatment, ATP, SiO2-Al₂O₃ , Oxidation-resistant coating

1 热处理防氧化涂料的研究

1.1 涂料的分类及其在国、内外的研究概况

在国外，热加工防氧化涂敷材料的研究很早便吸引了研究人员的重视。从六十年代初期开始，在美国、日本、德国等发达国家，多利用微晶玻璃和难熔金属氧化物以及成分复杂的混合物制成的耐高温防氧化涂料，以防止在热处理过程中钢件表面氧化损耗。

而我们国家的热处理防氧化涂料的发展开始比较迟。就目前而言，国内的一些具有规模的炼钢商家都先后于此进行研发。如：武汉钢铁集团研发出应用于硅钢板胚高温热处理的涂覆材料，取得显著的防氧化效果，而且取得我国的专利，通过覆盖这种涂料进行热处理后的氧化程度减少到了百分之七十至百分之九十之间^[1]。包钢集团研发了适合低碳钢胚的高温热处理防氧化涂覆材料，并且减少高温炉内的氧化达百分之四十至百分之六十之间，这个涂料配方也经由我国有关单位确认，能够降低钢铁氧化损失率达百分之六十至百分之八十^[2]。然而，就目前的研究现状而言，国内、外对于钢铁高温热处理防护涂层依旧还有较大的改善提高范围，我们还应该尽力探究和研发。

（一）有机硅酸盐涂料：

它是玻璃材料和耐热树脂基材料的有机聚合物。通常耐热聚合物在400℃以上温度是耐热会很困难。通过添加耐热无机材料添加物，有机无机结构相结合的方法，提高了涂层耐热和防氧化性。以400℃为界限，在低温时以有机结构防氧化，高温时以耐热的无机结构防氧化^[3]。国外一些国家已经准备好温度适中的功能性有机硅涂层。如日本，硅酮树脂，环氧树脂硅酮树脂，改性醇酸树脂粘合剂的硅氧烷30%〜50%，300〜500℃的玻璃粉末的20%至40%，和10%的玻璃填料的热通量的5％由耐热涂层，在600℃/ 100 h时涂层保持100%的粘附条件，在高温热解炉600〜700℃的热交换器和各种保护涂层的油的表面温度。 Thumalox240绿色有机硅树脂玻璃涂料公司美国丹姆普尼为内陆钢铁公司反射炉注射器准备，在480至760℃使用多年，良好的防护性能，耐热性，耐化学腐蚀和温度变化。由高的粘合强度制备的有机硅酸盐涂料，可用于长期抗金属的高温氧化，但它仅适用于低于800℃的防氧化剂。

（二）玻璃陶瓷保护涂料：

它一般由珐琅料和硅酸盐玻璃材料制成。在某些时候，废料玻璃也可以用作起始材料。高，中，低熔点硅酸盐玻璃材料的适当比例可以得到更好的高温保护涂层，在可熔玻璃料颗粒的加热过程软化比其他更早，且耐火颗粒粘合在一起，逐渐烧结致密。在升高的温度下，固体的玻璃材料，形成一个稳定的，不流动的致密的玻璃涂层，起到隔绝气体，以保护钢材的目的。两性氧化物可以用来提升玻璃珐琅涂料料的软化温度与粘度，减小涂层的热膨胀的系数。另外，还可以加入其他耐高温填料，可以在高温下减少钢铁工件的氧化反应从而得到防护。故而高熔点氧化物如氧化镁，经常被添加到涂料充当助熔的物料。

1. 无机玻璃体防氧化涂层：

钢铁高温热处理过程中，无机类防氧化涂层从沉积的固态慢慢地变成膏剂状，直到变作熔融状，并且在表面产生紧密的薄膜，对钢铁表面的氧化反应有非常好的屏蔽效果。此种涂覆材料常常在短期高温热处理中被采用以达到防止氧化的目的，故而易剥离功效是此种涂料所不可或缺的。

玻璃的主体通常是由铝酸盐、硅酸盐以及硼酸盐这三类组成。无机玻璃体防氧化涂覆层包含两种涂层，一种是用热熔之后的玻璃当作基础所制成珐琅涂覆层，另一种是用玻璃型成物作主料的氧化物的陶瓷涂覆层。对于无机玻璃防氧化涂覆层在钢铁热处理过程保护的使用，前苏联和美国研发了很多配方都对其进行了简要描述。且通过分析近些年的涂料发展可以看出，美国、日本等发达国无机玻璃体防氧化涂层的发展迅速，利用不同改良方法大幅度增加涂覆层的物理性能和工作条件性能（如耐高温下）。

1.2 保护涂层防氧化的基本原理

涂覆高温防氧化涂料是一类钢铁热加工过程中的新兴防氧化工序。世界各国从事涂层研究的相关人士在各个方面对涂层的防氧化基本原理做出了许多贡献，以用来解决热加工过程中的氧化严重和高温时个别位置的渗透（如渗氮）等，并对分析结果进行了精确的总结。分为有如下三种原理^[4]：

（一）加热涂层溶化保护法：

此方法的保护原理是通过涂覆层在高温炉中受热熔化变成一层粘结力强并且严密细腻的粘稠液态保护层，黏结于钢铁外层，阻断炉中氧化性气体和金属皮的反应，从而起到防氧化的效果。另外，当钢铁受热形变的时候，该涂层由于热熔黏性，还可以随钢铁工件一起发生变形，除此之外，它具备良好的弹性，并且减震耐磨效果优秀。当涂层加热时，其内部为固液共存的黏状，是牢固的不流动致密保护膜。故而达成阻断炉气以防钢铁高温氧化的效果。该防氧化原理现在被看作是高温涂层之所以具备防护效果的最关键因素。

（二）还原法防护原理：

这种方法的基本原理是在高温炉加温到一定程度时，利用涂料内的几种添加物最先与炉气进行反应，使得涂覆层边缘缺少活性物质，因此无法与钢材进行反应，故具备防氧化功效。除此之外，还原形成的固、液态成分黏结在钢铁表皮，提高了溶膜的紧密防护水平，更加加大了涂层的防氧化能力。如：将碳化硅粉末添进防护涂料内，在高温炉温度为850℃上下时，其中的氧最先和碳化硅进行反应（SiC 2O₂→SiO₂ CO₂)，吸收游离在涂层内的氧，以形成靠近工件表层位置的无氧条件，因此在工件表面起到防氧化的成效^[5]。值得注意的是，在向涂料中添加还原成分时，一定不能加入可与工件发生恶性反应的物质，除此之外添加的量也必须得适当。

（三）与钢表面反应法防护原理：

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