钛材表面用耐高温涂料及其应用以及钛材的生产方法

文档序号:9780066阅读:958来源:国知局
钛材表面用耐高温涂料及其应用以及钛材的生产方法
【技术领域】
[0001]本发明属于钛材表面用耐高温涂料领域,具体涉及一种钛材表面用耐高温涂料及其应用以及钛材的生产方法。
【背景技术】
[0002]钛材在生产过程中一般要经过退火处理,退火一般要在900°C左右的高温下进行,而在高温下,氧会进入钛材表面,形成坚硬的溶氧层,钛材在900°C加热4h以上表面就会出现深度20mm左右的深裂纹。为保证钛管的后续乳制和热乳钛板的表面质量,在乳制过程中需要对钛材进行切削和打磨处理,以除去裂纹和溶氧层,这样损失较大。由于钛材是由海绵钛反应制得,将加热过程中钛材的开裂部分及溶氧层去掉,严重影响钛材的成本及成材率,因此需要对钛材进行高温保护。
[0003]关于钛材的高温保护,研究表明在钛材表面进行铂离子电镀能够保护钛材在650°〇不被氧化,但远远不能满足退火的高温要求。将抗氧化性优秀的MCrAlY合金通过喷射或者蒸发镀膜到钛基体上,会导致该合金与钛形成的共熔化合物增加,以及在钛生产加热过程中形成相互扩散层。传统的抗氧化保护涂料硼硅酸盐玻璃基涂料应用于钛材表面时,虽然对抑制氧化物的形成有一定的作用,但不能达到防止溶氧层形成的目的。目前,有用铝作为抗氧剂的铝基氧化保护涂料用于钛材生产上,该涂料对抑制氧化物及溶氧层的形成有一定的作用,但效果仍不理想,而且涂料粘性较低,使用时只能喷射,不能刷涂,大大限制了其应用。
[0004]因此,需要开发一种能有效防止钛材表面溶氧层和裂纹形成的耐高温保护涂料,达到降低钛材生产成本的目的。

【发明内容】

[0005]本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种钛材表面用耐高温涂料,该涂料由一种原料混合物混合均勾后得到,所述原料混合物的组分为:苯丙乳液50?150g/kg,Al粉850?900g/kg,聚氮丙啶交联剂I?2g/kg,聚丙稀酸0.5?1.(^/1^,聚丙稀酰胺1?58/1^,其余为蒸馈水或去离子水。
[0006]本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述钛材表面用耐高温涂料在钛材生产中的应用。
[0007]其中,上述钛材表面用耐高温涂料在钛材生产中的应用,所述钛材为钛板、钛锭或钛管。
[0008]本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种钛材的生产方法,该方法包括对钛材进行退火处理前,在钛材表面涂覆上述钛材表面用耐高温涂料。
[0009]其中,上述钛材的生产方法中,所述的钛材为钛板、钛锭或钛管。
[0010]其中,上述钛材的生产方法中,所述耐高温涂料的涂覆量使得其在钛材表面固化后膜层厚度为0.20mm?0.40mm。
[0011]本发明的有益效果是:
[0012]首先,本发明钛材表面用耐高温涂料为水性环保涂料,涂料中不含有RoHS质量标准中限制的有害元素,该涂料暴露在空气中没有有毒物质挥发,不会对施工环境造成污染。其次,本发明钛材表面用耐高温涂料配制时间短,使用时可以现场配制,简单可行;并且该涂料在使用过程中,工艺简单、易操作,可以在装有气压喷涂、真空喷涂和刷涂设备的生产线上使用。最后,经本发明耐高温涂料涂覆后的钛材,在800?1000°C恒温4?6h退火过程中,钛材表面不出现氧化层和10?20mm的高温裂纹,从而提高了钛材加工的成材率和生产效率,有效降低生产成本,使得该涂料在钛板、钛锭及钛管等钛材生产行业中具有较为广阔的推广应用前景。
[0013]说明书附图
[0014]图1为实施例1?4乳制后钛锭表面的照片。
[0015]图2为对比例I乳制后钛锭表面的照片。
[0016]图3为对比例2乳制后钛锭表面的照片。
[0017]图4为各实施例和对比例乳制后钛锭表面的硬度分布。
【具体实施方式】
[0018]本发明提供了一种钛材表面用耐高温涂料,该涂料由一种原料混合物混合均匀后得到,所述原料混合物的组分为:苯丙乳液50?150g/kg,Al粉850?900g/kg,聚氮丙啶交联剂I?2g/kg,聚丙稀酸0.5?1.0g/kg,聚丙稀酰胺I?5g/kg,其余为蒸馈水或去离子水。
[0019]其中,上述耐高温涂料中,所述苯丙乳液作为水性成膜剂,能够进一步减少钛材表面溶氧层的形成。对于苯丙乳液的固含量无特殊要求,可以采用本领域常用的苯丙乳液,苯丙乳液的固含量优选为40?60wt%。
[0020]其中,上述钛材表面用耐高温涂料中,所述Al粉为氧化保护剂,Al粉的重量百分比为85 %?90 %,保证涂层在钛材表面的附着性。
[0021]其中,上述钛材表面用耐高温涂料中,所述聚氮丙啶交联剂作为固化剂,聚丙烯酸作为分散剂,聚丙烯酰胺作为增稠剂。
[0022]其中,上述钛材表面用耐高温涂料,所述涂料的pH值为7.5?9.5,固含量为85?95wt%。上述耐高温涂料在线直接涂覆在钛材表面后,能迅速固化,形成自干型涂层,且由于固含量高,不会出现涂层流淌现象,涂层附着性非常好,无论在湿膜还是干膜时,涂层附着性都能满足钛材辊道振动机摩擦的需要,不会出现涂层掉皮或掉粉现象。
[0023]其中,上述钛材表面用耐高温涂料,所述涂料中不含有RoHS质量标准中限制的有害元素,同时,该耐高温涂料在空气中没有有毒物质挥发,不会影响施工环境。
[0024]对于本发明的钛材表面用耐高温涂料的制备方法无特殊要求,可以采用本领域常用的各种方法,只要将各组分混合均匀即可。但发明人在研究中发现,采用如下方法制备耐高温涂料,能够使各组分混合得更均匀。具体方法为:本发明的耐高温涂料的制备过程为:先将苯丙乳液与聚氮丙啶交联剂混合,搅拌均匀后,再加入聚丙烯酸,搅拌均匀,再加入聚丙烯酰胺,搅拌后加蒸馏水或去离子水,最后在搅拌条件下缓慢加入Al粉,搅拌至呈均匀稳定相即可。
[0025]本发明的钛材表面用耐高温涂料制备工艺简单,可以使用时现场配制,配制时间短,简单可行;也可以配制生产后,在室温下储存,涂料稳定放置稳定性可达到6个月以上,会出现沉淀、分层现象,但是,使用时摇匀或重新进行搅拌即可使用。
[0026]本发明还提供了上述钛材表面用耐高温涂料在钛材生产中的应用。
[0027]其中,上述钛材表面用耐高温涂料在钛材生产中的应用,所述钛材为钛板、钛锭或钛管。
[0028]本发明还提供了一种钛材的生产方法,该方法包括对钛材进行退火升温处理前,在钛材表面涂覆上述耐高温涂料。
[0029]其中,上述钛材的生产方法中,对于退火处理无特殊要求,可以采用本领域常规的退火处理工艺,例如,退火温度为800?1000°C,退火时间为4?6h。
[0030]其中,上述钛材的生产方法中,所述的钛材为钛板、钛锭或钛管。
[0031]其中,上述钛材的生产方法中,将上述耐高温保护涂料涂覆在钛材表面后,仅需除去附着在镀层表面的水分,因而不需要再添加任何促进剂,在室温下就可以在5min内自然干燥。同时,在涂覆过程中,涂料粘附性能好,不会出现流淌、流挂等现象,对于涂敷方法、干燥方法等没有特别限定,涂覆方式可以使用气压喷涂、真空喷涂和刷涂,干燥方式可以使用热风干燥或感应加热,可根据现场实际情况需要进行相应施工方式。并且,上述耐高温涂料使用的温度没有特别限制,但由于上述耐高温涂料的处理剂的溶剂是水,保证水不结冰及汽化的温度条件即可,在常温下使用。
[0032]其中,上述钛材的生产方法中,耐高温涂料的涂覆量使得其在钛材表面固化后膜层的厚度为0.2-0.4mm,优选是0.30mm0当膜层的厚度小于0.2mm时,钛材得不到充分的高温保护,当膜层的厚度超过0.4mm时,退火初期加热时,膜层会自然出现裂纹,导致氧气进入,达不到耐高温的作用,导致钛材生产成本升高。
[0033]本发明中,本领域技术人员应该理解的是,钛材进行退火处理后要进行乳制处理,对于乳制处理的条件无特殊要求,可以采用本领域的常规条件,例如,乳制的条件包括:退火后进行10个道次的乳制,每个道次压下率大约为20mm。
[0034]本发明的发明人在研究中发现,将Al粉作为氧化保护剂,且Al粉的重量百分比占85 %以上,含有该氧化保护剂钛材表面用耐高温涂料,能保证钛材在800?1000°C高温下恒温4?6h表面不被氧化开裂,且极大地减少溶氧层的形成。发明人经过多次研究发现,当温度达到400°C时,有机涂层开始缓慢被燃烧掉;当温度达到600°C以上时,涂层中的Al粉与Ti发生合金化反应,形成TiAl3合金层,该层物质非常致密,能隔绝机体钛和外界氧元素等物质发生氧化反应,达到防止钛材表面氧化的目的。
[0035]本发明提供的钛材表面用耐高温涂料,能保证钛材在1000°C高温下恒温6h,表面不被氧化开裂,且能极大减少溶氧层的形成,能有效降低生产成本,提高钛材的成材率和生产效率。例如,以攀钢为例,乳制钛材产品,设计年产I万吨产能,以每个钛材(坯子)7.5吨计算,每年要生产1300个左右的钛坯材,每个钛材尺寸为:厚度0.28m,长度7.5m,宽度1.25m;每个钛材全面积约为25m2,每年大约生产32500m2,本发明的耐高温保护涂料的涂层厚度为
0.2-0.4mm;每平米大约使用200_400g,累计全年使用涂料约6.5吨-13吨。以每个钛材出现氧化层开裂20mm深度计算,每个钛材要切削掉100-200公斤,以钛材80000元/吨计算,每个钛材因氧化切削部分损失在8000-16000元之间,同时,还要花费大量的人力、物力进行切肖IJ,额外增加生产成本和生产时间,而采用本发明的耐高温涂料,涂料的价格按200元/kg计算,每年将节省生产成本约1365万元。
[0036]以下结合实施例对本发明的【具体实施方式】进行详细说明,应当理解的是,此处所描述的实施例
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