专利名称：耐锌液腐蚀的涂层及其使用方法
技术领域：
本发明涉及的是一种耐腐蚀的涂层及其使用方法，特别是一种用于锌及锌合金铸造生产、热浸镀锌与其它锌加工行业的耐锌液腐蚀的涂层及其使用方法，属于金属铸造领域。
背景技术：
液态(熔)锌对铁的强烈腐蚀使热(浸)镀锌、锌与锌合金的铸造等行业一直存在盛锌容器、铁制工模具寿命短、测温用钢质铠装热电偶易腐蚀穿透等急待解决的问题。液锌腐蚀机理研究表明，液锌对铁的腐蚀主要是由铁与锌之间反应扩散造成的，最终形成多孔疏松的低熔点FeZn金属间化合物(俗称锌渣)漂移到锌液中，导致铁被锌液熔蚀。设法阻止和减缓FeZn之间的扩散，必将大幅度延缓液锌对铁的熔(腐)蚀。对多种合金相图的研究发现，锌几乎与绝大多数金属、合金形成低熔点产物。只有少数难熔金属(W，Mo及WMo合金)的锌蚀率较低，但因成本高、性脆、不易加工、易氧化，且在500～600℃耐蚀性差而难以在一般工况条件下应用。目前常用的防护方法包括渗硼处理和热喷涂层，经文献检索发现，谷志刚等人在《金属热处理》，1998(4)12-13，26上撰文“渗硼低碳钢在热浸镀锌液中的耐蚀性”，该文介绍了渗硼处理方法，检索中海发现，叶国萍等人在《有色金属(冶炼部分)》，1994(1)9-11上撰文“防高温锌液腐蚀涂层的研究”，该文介绍了热喷涂层，虽然这两种方法对锌液腐蚀有一定防护作用，但热喷涂层内部难以孔隙的存在，且一般陶瓷涂层与钢铁基体间的热膨胀系数差异较大，热震性差，极易剥落，并无法修复；而渗硼处理通常需要很高的温度和专用处理设备，对大型工件不适用，硼化物层虽可抵御锌液的腐蚀，但自身脆性大，而且均匀性和致密度难以保证，因此两种方法均未能得到广泛应用，严重影响了各相关行业的正常生产。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种耐锌液腐蚀的涂层，该涂层所用涂层原料均为无机组分，选用了具有很好的热稳定性与抗锌液腐蚀能力的氮化硼作为涂层液的主要有效成分，涂层与基体结合紧密，抗热震能力优越，且涂覆方便，能够大幅度延长钢铁制品在锌液中的使用寿命。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明涂层为完全由无机材料组成的悬浮液，以六方氮化硼及少量高温粘结剂磷酸铝为主要固体组分，以水和丙酮为主要液体组分，其中固体重量百分比含量为16-55％，液体重量百分比含量为84-45％。
在悬浮液的固体组分中，氮化硼重量百分比为63-72％，磷酸铝重量百分比为37-28％。所用氮化硼为六方氮化硼，平均粒度为0.1-20微米，氮化硼纯度为98.5-99.5％，其中三氧化二硼含量在0.04-1.0％。磷酸铝为化学纯。
在悬浮液的液体组分中，水重量百分比含量为65-88％，丙酮重量百分比含量为35-12％，丙酮为化学纯。
氮化硼具有高温稳定性好、耐各类金属腐蚀的特点；磷酸铝的作用为高温粘结相，促使高温条件下涂层与金属基体实现牢固粘结。液体组分中丙酮是固体粉末在涂层悬浮液中的分散剂，并具有很好的挥发性，涂覆后易于携带水分子，加速涂层水分挥发。
本发明涂层的使用方法为按照比例配成悬浮液后，先进行工件的清理和工件表面预处理，然后采用浸涂、刷涂或喷涂等方式涂覆于经过预处理的金属表面，待自然晾干后，再随炉加热、冷却后使用。
以下对本发明方法作进一步的说明，具体步骤如下(1)工件的清理将钢铁工件用钢丝刷除锈，用稀盐酸或氢氧化钠水溶液去除其表面油污；(2)工件表面预处理以40-100目碳化硅为原料对工件表面进行喷砂毛化与活化处理；(3)涂覆工艺将涂层液一定配比配制，使用时振荡摇匀，然后将工件浸入预先配制好的涂层悬浮液中，或将悬浮液刷涂、喷涂到工件表面，涂覆时保持工件表面的涂层完整、厚度均匀；(4)后处理将涂覆后的工件自然晾干15-30小时后，随炉加热升温至600-750℃保温1-4小时，再随炉冷却即可。
涂覆过程中，因涂层液中含有易燃物丙酮，所以需注意防火、防爆。使用过程中，涂层如因外力造成损伤，可使用相同涂层液进行补涂修复。该涂层在还原性气氛中的最高使用温度为1372℃，在氧化性气氛中的最高使用温度为850℃。可用于热浸镀锌、铸造、挤压等领域，具有保护钢铁制品耐锌液腐蚀作用。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明涂层涂覆在钢质金属工具与容器表面，可保证金属件与锌液不润湿，并具有抗热冲击、耐腐蚀特点，能够显著延长与锌液相接触的钢铁容器、工件的实用寿命。
具体实施例方式
结合本发明的内容提供以下实施例实施例1涂层的组分所用涂层液(悬浮液)中固体含量(重量百分比)55％，液体含量(重量百分比)45％；在悬浮液的固体组分中氮化硼(重量百分比)72％，磷酸铝(重量百分比)28％；所用氮化硼平均粒度为0.1微米，氮化硼纯度为98.5％，其中三氧化二硼含量在1.5％。磷酸铝为化学纯。在悬浮液的液体组分中水(重量百分比)88％，丙酮(重量百分比)12％，丙酮为化学纯。
涂层的使用方法采用上述涂层液对08F钢进行了刷涂，刷涂前，试样按照前述预处理工艺进行处理，涂层液用量为每升涂覆面积3.8m2。将涂覆后的工件自然晾干24小时后，随炉加热升温至600℃保温2小时，再随炉冷却。将上述处理过的由涂层材料与未处理材料同样放在550℃的锌液中，静置24小时后，未经处理的试样的腐蚀速率达2mg/h·mm2，而有涂层材料的腐蚀速率为0mg/h·mm2。
实施例2涂层的组分所用涂层液(悬浮液)中固体含量(重量百分比)16％，液体含量(重量百分比)84％；在悬浮液的固体组分中氮化硼(重量百分比)63％，磷酸铝(重量百分比)37％；所用氮化硼平均粒度为20微米，氮化硼纯度为98.5％，其中三氧化二硼含量在1.5％。磷酸铝为化学纯。在悬浮液的液体组分中水(重量百分比)65％，丙酮(重量百分比)35％，丙酮为化学纯。
涂层的使用方法采用上述涂层液对08F钢进行了刷涂，刷涂前，试样按照前述预处理工艺进行处理，涂层液用量为每升涂覆面积1.5m2。将涂覆后的工件自然晾干24小时后，随炉加热升温至700℃保温2小时，再随炉冷却。将上述处理过的由涂层材料与未处理材料同样放在550℃的锌液中，静置24小时后，未经处理的试样的腐蚀速率达2mg/h·mm2，而有涂层材料的腐蚀速率为0.01mg/h·mm2。
实施例3涂层的组分所用涂层液(悬浮液)中固体含量(重量百分比)31％，液体含量(重量百分比)69％；在悬浮液的固体组分中氮化硼(重量百分比)58％，磷酸铝(重量百分比)42％；所用氮化硼平均粒度为10微米，氮化硼纯度为99.5％，其中三氧化二硼含量在0.05％。磷酸铝为化学纯。在悬浮液的液体组分中水(重量百分比)75％，丙酮(重量百分比)25％，丙酮为化学纯。
涂层的使用方法采用上述涂层液对08F钢进行了刷涂，刷涂前，试样按照前述预处理工艺进行处理，涂层液用量为每升涂覆面积2.5m2。将涂覆后的工件自然晾干24小时后，随炉加热升温至650℃保温2小时，再随炉冷却。将上述处理过的由涂层材料与未处理材料同样放在550℃的锌液中，静置24小时后，未经处理的试样的腐蚀速率达2mg/h·mm2，而有涂层材料的腐蚀速率为0mg/h·mm2。
权利要求
1.一种耐锌液腐蚀的涂层，其特征在于，涂层为完全由无机材料组成的悬浮液，以六方氮化硼及少量高温粘结剂磷酸铝为主要固体组分，以水和丙酮为主要液体组分，其中固体重量百分比含量为16-55％，液体重量百分比含量为84-45％。
2.根据权利要求1所述的耐锌液腐蚀的涂层，其特征是，在悬浮液的固体组分中，氮化硼重量百分比为63-72％，磷酸铝重量百分比为37-28％。
3.根据权利要求1或2所述的耐锌液腐蚀的涂层，其特征是，所用氮化硼为六方氮化硼，平均粒度为0.1-20微米，氮化硼纯度为98.5-99.5％，其中三氧化二硼含量在0.04-1.0％；磷酸铝为化学纯。
4.根据权利要求1所述的耐锌液腐蚀的涂层，其特征是，在悬浮液的液体组分中，水重量百分比含量为65-88％，丙酮重量百分比含量为35-12％，丙酮为化学纯。
5.一种耐锌液腐蚀的涂层的使用方法，其特征是，按照比例配成悬浮液后，先进行工件的清理和工件表面预处理，然后采用浸涂、刷涂或喷涂等方式涂覆于经过预处理的金属表面，待自然晾干后，再随炉加热、冷却后使用。
6.根据权利要求5所述的耐锌液腐蚀的涂层的使用方法，其特征是，具体步骤如下(1)工件的清理将钢铁工件用钢丝刷除锈，用稀盐酸或氢氧化钠水溶液去除其表面油污；(2)工件表面预处理以40-100目碳化硅为原料对工件表面进行喷砂毛化与活化处理；(3)涂覆工艺将涂层液配制好，使用时振荡摇匀，然后将工件浸入预先配制好的涂层悬浮液中，或将悬浮液刷涂、喷涂到工件表面，涂覆时保持工件表面的涂层完整、厚度均匀；(4)后处理将涂覆后的工件自然晾干15-30小时后，随炉加热升温至600-750℃保温1-4小时，再随炉冷却即可。
7.根据权利要求5或6所述的耐锌液腐蚀的涂层的使用方法，其特征是，涂层液中含有易燃物丙酮，涂覆过程中注意防火、防爆。
8.根据权利要求5或6所述的耐锌液腐蚀的涂层的使用方法，其特征是，涂层在还原性气氛中的最高使用温度为1372℃，在氧化性气氛中的最高使用温度为850℃。
9.根据权利要求5或6所述的耐锌液腐蚀的涂层的使用方法，其特征是，使用过程中，涂层如因外力造成损伤，使用相同涂层液进行补涂修复。
全文摘要
一种耐锌液腐蚀的涂层及其使用方法属于金属铸造领域。涂层为完全由无机材料组成的悬浮液，以六方氮化硼及少量高温粘结剂磷酸铝为主要固体组分，以水和丙酮为主要液体组分，其中固体重量百分比含量为16－55％，液体重量百分比含量为84－45％。使用时，按照比例配成悬浮液后，先进行工件的清理和工件表面预处理，然后采用浸涂、刷涂或喷涂等方式涂覆于经过预处理的金属表面，待自然晾干后，再随炉加热、冷却后使用。本发明涂层涂覆在钢质金属工具与容器表面，可保证金属件与锌液不润湿，并具有抗热冲击、耐腐蚀特点，能够显著延长与锌液相接触的钢铁容器、工件的实用寿命。
文档编号B22C3/00GK1449876SQ0311680
公开日2003年10月22日 申请日期2003年5月8日 优先权日2003年5月8日
发明者王俊, 疏达, 李克, 倪红军, 张佼, 孙宝德 申请人:上海交通大学