专利名称：一种保护电极基体耐高温熔体侵蚀的陶瓷涂层及其制备方法
技术领域：
本发明涉及利用高能等离子弧或火焰产生的能量在高温熔体中使用的金属表面上制备一层陶瓷涂层，特别涉及一种保护电极基体耐高温、抗熔体侵蚀和高温热震的复合陶瓷涂层及制备方法。
背景技术：
欲提高高温熔体中使用的金属的服役寿命，采用表面陶瓷涂层保护技术作用十分显著。在常规的条件下，一般陶瓷均属于惰性材料，与高温熔体不发生化学反应，氧化物是常用的陶瓷涂层材料。
高温熔炉电极一般采用高熔点难熔材料制成，如炼钢用高温电弧炉采用石墨电极。中科院硅酸盐研究所以及襄樊粘胶技术研究所，均采取高温抗氧化涂层保护炼钢用电弧炉石墨电极，可提高电极寿命和降低电耗。本钢技术1996，(3)中报道，采用抗氧化涂层降低电极消耗。此类抗氧化涂层均为无机涂料的涂刷制成，涂层粘结强度不高，且不抗熔体的冲刷。Glass Int.Mar.1984，p42～42 Protectionof molybdenum electrodes in forehearths during commissioning by the use ofFeCrAl coating中报道用等离子喷涂FeCrAl涂层保护钼电极的有关内容，但FeCrAl金属易溶于熔炼的熔体中，作为杂质改变熔体材料的某种特性。在电弧炉钼合金或其它高温合金制成的电极表面采用惰性陶瓷材料涂层屏蔽保护的方法未见报道。
发明内容
本发明的目的在于克服上述保护电极基体耐高温熔体侵蚀涂层的不足，提供一种保护电极基体耐高温熔体侵蚀的惰性陶瓷材料涂层及其制备方法。
为达到发明目的，本发明提出的一种保护电极基体耐高温熔体侵蚀的涂层为硅酸锆或高纯度锆英石微粉制的团聚球型粉末喷涂陶瓷涂层、或者加有二硅化钼底层、或者是包括厚度小于0.1mm二硅化钼底层，和按a、b、c、d组分顺序等厚度喷涂复合型粉末层，复合型粉末按1000克计的配比为
a)硅酸锆或锆英石ZrO2·SiO2350～390克，二硅化钼MoSi2590～630克，两种物料之和≥980克，粘结剂补足余量；b)硅酸锆或锆英石ZrO2·SiO2550～590克，二硅化钼MoSi2390～430克，两种物料之和≥980克，粘结剂补足余量；c)硅酸锆或锆英石ZrO2·SiO2750～790克，二硅化钼MoSi2190～230克，两种物料之和≥980克，粘结剂补足余量；d)硅酸锆或锆英石ZrO2·SiO2≥980克，粘结剂补足余量。
所述的陶瓷涂层厚度小于0.7mm，一般为0.4～0.5mm。
所述的硅酸锆或高纯度锆英石粉和二硅化钼粉粒度均为0.5～15μm。
所述的电极材料为电熔炉用的钼合金或其它高温合金制成的电极棒材。
所述的保护电极基体耐高温熔体侵蚀的陶瓷涂层的涂制方法，包括以下步骤1)对所需喷涂的钼合金或其它高温合金电极棒材圆柱表面进行喷砂处理；2)用等离子粉末喷涂或其他热喷涂方法在经过喷砂处理的钼合金或其它高温合金电极棒材圆柱表面仅喷涂所述的硅酸锆或锆英石团聚球型粉末，或者在经过喷砂处理的钼合金或其它高温合金电极棒材圆柱表面喷涂一层二硅化钼底层，再喷涂所述的硅酸锆或锆英石团聚球型粉末，或者在经过喷砂处理的钼合金或其它高温合金电极棒材圆柱表面喷涂一层二硅化钼底层，厚度小于0.1mm，然后将所述的喷涂材料按所述的a、b、c、d组分顺序等厚度喷涂在电极棒材圆柱表面上，总厚度小于0.7mm。
其粘结剂为通用无机粘结剂和有机粘结剂。
本发明所述的硅酸锆或锆英石在热冲击不大的工况条件下，亦可单独用作热膨胀系数小的钼合金表面抗高温熔体侵蚀的保护涂层，或用二硅化钼MoSi2作底层形成两层或三层结构的过渡涂层，用于电极工况环境不太恶劣的条件下。
本发明的硅酸锆或锆英石(ZrO2·SiO2)与二硅化钼(MoSi2)团聚型陶瓷粉末组合设计，并采用等离子喷涂或其他喷涂技术制备的复合涂层，具有以下优点1、硅酸锆或锆英石(ZrO2·SiO2)材料表面与碱性熔体不润湿，具有优异的抗侵蚀性能；二硅化钼(MoSi2)材料与钼金属基体结合性能较好，且在≤1400℃的碱性熔融玻璃电弧熔炉中，二硅化钼(MoSi2)能形成玻璃态组织，起到自封闭效果，从而堵塞涂层中存在的空隙，起到了阻止熔体向内渗透保护钼金属基体的作用。
2、硅酸锆或锆英石(ZrO2·SiO2)与二硅化钼(MoSi2)材料同钼及一些高温合金的热膨胀系数相近，在≤1400℃高温下相组织稳定，在实际使用中，涂层与基体材料间的相变应力和热应力较小，不会造成涂层脱落现象。
3、硅酸锆或锆英石(ZrO2·SiO2)与二硅化钼(MoSi2)复合陶瓷涂层的设计，并采用等离子喷涂和其他喷涂技术制备，涂层与钼合金或其它高温合金棒材基体结合强度高。
具体实施例方式
实施例11、硅酸锆≤10μm粒度的微细粉末，按照≥98wt％含量比例制成团聚球状喷涂粉末，粘结剂补足余量。
2、对所需喷涂的钼合金棒材圆柱面进行表面打磨粗化、活化处理；3、用等离子粉末喷涂和燃气爆炸喷涂方法在处理了的钼合金和高温合金表面喷涂硅酸锆陶瓷涂层，厚度～0.5mm；4、在涂层制备完毕后，如果采用浸涂或刷涂的方法，在陶瓷涂层外表面再涂上一层0.1mm左右的磷酸盐或钾水玻璃进行封孔处理，涂层使用效果会更好。
实施例21、将锆英石和二硅化钼原材料(≤10μm粒度的微细粉末)，按≥98wt％含量比例，分别制成团聚球状喷涂粉末粘结剂，补足余量。
2、对所需喷涂的钼合金或其它高温合金电极棒材圆柱表面进行喷砂处理；3、用等离子粉末喷涂或其他热喷涂方法在经过喷砂处理的钼合金或其它高温合金电极棒材圆柱表面喷涂一层二硅化钼底层，厚度0.1～0.15mm；4、采用粉末等离子喷涂和燃气爆炸喷涂方法在二硅化钼底层上喷涂锆英石陶瓷涂层，总厚度小于0.7mm。
5、在涂层制备完毕后，如果采用浸涂或刷涂的方法，在陶瓷涂层外表面再涂上一层0.1mm左右的磷酸盐或钾水玻璃进行封孔处理，涂层使用效果会更好。
实施例3
1、将硅酸锆和二硅化钼原材料(≤10μm粒度的微细粉末)，按照下述比例配制成五种不同成分的团聚球状喷涂粉末，以1000克为例硅酸锆(ZrO2.SiO2) 二硅化钼(MoSi2)a)350～390克590～630克，两种物料之和≥980克b)550～590克390～430克，两种物料之和≥980克c)750～790克190～230克，两种物料之和≥980克d)≥980克粘结剂，补足余量。
2、对所需喷涂的钼合金或其它高温合金电极棒材圆柱表面进行喷砂处理；3、用等离子粉末喷涂或其他热喷涂方法在经过喷砂处理的钼合金或其它高温合金电极棒材圆柱表面喷涂一层二硅化钼底层，厚度小于0.1mm；4、将上述配制的团聚球状喷涂粉末用粉末等离子喷涂，按a)、b)、c)、d)组份顺序等厚度喷涂在钼合金电极棒材圆柱表面上，总厚度小于0.7mm。
5、在涂层制备完毕后，如果采用浸涂或刷涂的方法，在陶瓷涂层外表面再涂上一层0.1mm左右的磷酸盐或钾水玻璃进行封孔处理，涂层使用效果会更好。
权利要求
1.一种保护电极基体耐高温熔体侵蚀的涂层，其特征在于所述的涂层为硅酸锆或高纯度锆英石微粉制的团聚球型粉末喷涂陶瓷涂层、或者加有二硅化钼底层、或者是包括厚度小于0.1mm二硅化钼底层，和按a、b、c、d组分顺序等厚度喷涂的复合型粉末层，复合型粉末按1000克计的配比为a)硅酸锆或锆英石ZrO2·SiO2350～390克，二硅化钼MoSi2590～630克，两种物料之和≥980克，粘结剂补足余量；b)硅酸锆或锆英石ZrO2·SiO2550～590克，二硅化钼MoSi2390～430克，两种物料之和≥980克，粘结剂补足余量；c)硅酸锆或锆英石ZrO2·SiO2750～790克，二硅化钼MoSi2190～230克，两种物料之和≥980克，粘结剂补足余量；d)硅酸锆或锆英石ZrO2·SiO2≥980克，粘结剂补足余量。
2.如权利要求1所述的保护电极基体耐高温熔体侵蚀的涂层，其特征在于所述的陶瓷涂层厚度小于0.7mm，一般为0.4～0.5mm。
3.如权利要求1所述的保护电极基体耐高温熔体侵蚀的涂层，其特征在于所述的硅酸锆或高纯度锆英石粉和二硅化钼粉粒度均为0.5～15μm。
4.如权利要求1所述的保护电极基体耐高温熔体侵蚀的涂层，其特征在于所述的电极材料为电熔炉用的钼合金或其它高温合金制成的电极棒材。
5.权利要求1所述的保护电极基体耐高温熔体侵蚀的涂层的涂制方法，其特征在于包括以下步骤1)对所需喷涂的钼合金或其它高温合金电极棒材圆柱表面进行喷砂处理；2)用等离子粉末喷涂或其他热喷涂方法在经过喷砂处理的钼合金或其它高温合金电极棒材圆柱表面仅喷涂所述的硅酸锆或锆英石团聚球型粉末，或者在经过喷砂处理的钼合金或其它高温合金电极棒材圆柱表面喷涂一层二硅化钼底层，再喷涂所述的硅酸锆或锆英石团聚球型粉末，或者在经过喷砂处理的钼合金或其它高温合金电极棒材圆柱表面喷涂一层二硅化钼底层，厚度小于0.1mm，然后将所述的喷涂材料按所述的a、b、c、d组分顺序等厚度喷涂在电极棒材圆柱表面上，总厚度小于0.7mm。
全文摘要
一种保护电极基体耐高温熔体侵蚀的陶瓷涂层及制备方法。本发明的陶瓷涂层为硅酸锆或高纯度锆英石微粉制的团聚型复合陶瓷粉末涂层，或者加有二硅化钼底层，或者用硅酸锆或高纯度锆英石微粉制的团聚型复合陶瓷粉末材料作为面层，以硅酸锆或高纯度锆英石微粉为主要成分加以二硅化钼作为配料制备成不同组份的团聚球型复合粉末作为中间过渡层。采用热喷涂工艺，在一种钼合金或其它高温合金制成的电极基体表面制备耐高温熔体侵蚀涂层。涂层厚度小于0.7mm，采用该涂层结构的钼电极具有高温自封孔效果，抗熔体侵蚀能力与使用寿命可提高3～4倍。且热喷涂制备陶瓷涂层方法，具有工艺相对简单，制备成本低，涂层性能稳定等优点。
文档编号H05B7/06GK1425794SQ0311842
公开日2003年6月25日 申请日期2003年1月7日 优先权日2003年1月7日
发明者程旭东 申请人:武汉理工大学