一种具有高发射率的钢坯用防氧化涂料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种具有高发射率的钢坯用防氧化涂料及其制备方法。其技术方案是：所述防氧化涂料使用时，将分装后的A组分与B组分按质量比为（0.8~2）︰1混合，机械搅拌即可。A组分的原料及其质量含量是：碳化硅粉为30~45%，氧化镁粉为15~35%，二氧化硅粉为10~20%，二氧化锆粉为5~15%，氧化铁粉为3~8%，二氧化锰粉为2~5%，三氧化二铬粉为0.5~3%，氧化铜粉为0.5~3%，三氧化二钴粉为0.5~3%，氧化镍粉为0.5~3%，铝粉为1~5%，稀土金属氧化物粉为0.5~5%。B组分的原料及其质量含量是：柠檬酸钠为10~30%，聚乙二醇为1~3%，JS无机凝胶为0.1~1%，丙三醇为0.1~0.8%，余量为水。本发明具有节能效果显著、防氧化效果好、自脱落和安全环保的特点。 <u/>
【专利说明】一种具有高发射率的钢坯用防氧化涂料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属表面高温涂料【技术领域】。尤其涉及一种具有高发射率的钢坯用防氧化涂料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]对于普通钢坯，钢坯轧制前都需要在1100~1300°C的高温加热炉中进行长时间加热，达到预定温度后再输送到轧机进行轧制。在此温度下，由于加热炉中为氧化气氛，钢坯氧化非常严重，直接氧化的烧损量约占总质量的0.8~2%。不仅造成钢坯表面严重脱碳及合金元素的贫化，而且还会在轧制时产生大量的表面缺陷，导致钢坯表面质量变差，严重影响产品的最终质量。此外，生成的氧化铁皮脱落并堆积于炉底，会影响加热炉工况，严重时会影响正常生产。
[0003]国内外学者对钢坯热处理过程中的氧化行为进行了大量的研宄，提出了较为方便的使用涂料防止氧化的方法。目前使用的钢坯防氧化涂料虽然制备简单、使用方便、不影响正常的生产操作、防氧化效果明显、使用完毕后易脱落，但抗氧化涂料的实际应用效果还存在缺陷，主要表现为防氧化涂料严重影响钢坯的加热速度，钢坯在预定加热时间内烧不透，导致必须延长加热时间或提高加热温度，严重浪费能源。
【发明内容】
[0004]本发明旨克服现有技术缺陷，目的是提供一种节能效果显著、防氧化效果好、产品表面质量高、自脱落和安全环保的具有高发射率的钢坯用防氧化涂料及其制备方法。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:所述防氧化涂料由A组分和B组分分装组成。
[0006]所述A组分的化学成分及其含量是:碳化硅粉为30~45wt%，氧化镁粉为15~35wt%，二氧化娃粉为10~20wt%，二氧化错粉为5~15wt%，氧化铁粉为3~8wt%，二氧化猛粉为2~5wt%,三氧化二铬粉为0.5~3wt%,氧化铜粉为0.5~3wt%,三氧化二钴粉为0.5~3wt%,氧化镍粉为0.5~3wt%，铝粉为l~5wt%，稀土金属氧化物粉为0.5~5wt%。混合，包装备用。
[0007]所述B组分的化学成分及其含量是:柠檬酸钠为10~30wt%，聚乙二醇为l~3wt%，JS无机凝胶为0.l~lwt%,丙三醇为0.1-0.8wt%’余量为水。混合，包装备用。
[0008]所述碳化娃粉中SiC的含量多95wt%，碳化娃粉的粒径< 48 μ mD
[0009]所述氧化镁粉中MgO的含量>90wt%，氧化镁粉的粒径< 75 μ m。
[0010]所述二氧化硅粉中3丨02的含量彡99wt%，二氧化硅粉的粒径彡48 μ m。
[0011]所述二氧化锆粉中ZrO2的含量>90wt%，二氧化锆粉的粒径< 58 μ m。
[0012]所述氧化铁粉中Fe2O3的含量>95wt%，氧化铁粉的粒径< 58 μ m。
[0013]所述二氧化锰粉中MnO2的含量>92wt%，二氧化锰粉的粒径< 48 μ m。
[0014]所述三氧化二铬粉中Cr2O3的含量多99wt%，三氧化二铬粉的粒径< 48 μ m。
[0015]所述氧化铜粉中CuO的含量彡98wt%，氧化铜粉的粒径< 48 μ m。
[0016]所述三氧化二钴粉中Co2O3的含量多98wt%，三氧化二钴粉的粒径< 48 μ m。
[0017]所述氧化镍粉中N1的含量多98wt%，氧化镍粉的粒径< 48 μ m。
[0018]所述铝粉中Al的含量>99wt%，铝粉的粒径彡38 μ m。
[0019]所述稀土金属氧化物粉的纯度>99wt%，稀土金属氧化物粉的粒径< 48 μ m。
[0020]本发明制备的具有高发射率的钢坯用防氧化涂料的使用方法:先按A组分与B组分的质量比为(0.8-2): I混合，机械搅拌30~200min ;再将搅拌后的防氧化涂料直接喷涂或刷涂在钢坯表面，涂层厚度为0.1-0.5mm。
[0021]由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果:
1、节能效果显著。SiC不仅具有较高的热导率，而且在全波段具有高的红外发射率，在加热初期，SiC还未被完全氧化，此时，采用本发明制备的具有高发射率的钢坯用防氧化涂料所得到的涂层(以下简称涂层)的红外发射率主要由SiC表征且涂层具有较高的热导率。随着温度的升高和加热时间的延长，SiC逐渐被氧化失效，但钢坯表面以及涂层中的MgO、Fe2O3^ MnO2, Cr2O3, CuO、Co2O3和N1等发生相互化学反应，形成具有高红外发射率的尖晶石结构的物相，如NiCr204、CoMn2O4> CoFe2O4、MnFe2CVfPl FeFe 204等。同时稀土金属元素在尖晶石相中产生类质同象置换，此时离子半径与四面体和八面体间隙不同，造成尖晶石相晶胞体积的变化，引起其结构产生畸变。置换后出现掺杂效应，掺杂破坏了晶体结构的周期性和整齐性，在局部产生杂质能级，使能级间光吸收波长变长，在较大程度上改善了材料中电子轨道的分布。杂质还会产生更多的载流子，从而增加自由载流子的吸收，提高涂层的红外发射率。此时涂层的红外发射率主要由尖晶石相表征。SiC和尖晶石相的共同作用使防氧化涂层在整个加热温度范围内的全波段红外发射率达到了 0.9以上。
[0022]2、防氧化效果好，产品表面质量高。在加热过程中，涂层中的SiC和铝粉首先和炉内氧化气氛发生氧化还原反应，消耗靠近涂层的活性介质，使其不能和基体发生反应，从而起到保护作用。此外，反应形成的活性氧化铝和氧化硅附着在工件表面，增加了涂层的致密度，进一步提高了涂层的保护作用。当加热至一定温度时，钢坯表面以及涂层中的MgO、S12, Cr2O3, CuO, Fe2O3和Al 203等发生相互化学反应，形成致密尖晶石结构的半熔融状态的粘稠熔膜，均匀而牢固地覆盖在基体表面上，隔绝了气氛和基体的接触，达到加热过程中的保护目的。本发明所采用的固体粉末颗粒尺寸较小且具有明显的颗粒级配，在高温下均存在层状机理，无机熔体对片层的作用会引起层间距变宽，可通过层间插入实现层间空隙的封闭填充作用，对加热过程中的物质扩散进行有效阻隔，从而起到保护作用。本发明制备的具有高发射率的钢坯用防氧化涂料的防氧化效果在70%以上；同时，防氧化涂层降低了脱碳深度、减少了元素贫化、提高了钢坯表面质量。
[0023]3、自脱落。钢坯的线膨胀系数11~15.0/°C，Mg0线膨胀系数6X 10_6/°C，ZrO2线膨胀系数〈10X 10_6/°C，S12线膨胀系数〈1.5X10 _6/。。，Al2O3线膨胀系数<4X10 _6/°C，涂层线膨胀系数与钢基体的线膨胀系数相差很大，急冷时涂层易脱落。
[0024]4、安全环保，制备简单，使用方便。本发明制备的具有高发射率的钢坯用防氧化涂料为水基涂料，固体原料均为无毒副作用的无机非金属氧化物，液体为柠檬酸钠溶液；使用时，将采用简单的机械搅拌方法即可直接喷涂或刷涂在钢坯上。
[0025]因此，本发明具有节能效果显著、防氧化效果好、产品表面质量高、自脱落和安全环保的特点。
【具体实施方式】
[0026]下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
[0027]为避免重复，先将本【具体实施方式】所涉及的原料统一描述如下，实施例中不再赘述:
所述碳化娃粉中SiC的含量多95wt%，碳化娃粉的粒径< 48 μπι。
[0028]所述氧化镁粉中MgO的含量>90wt%，氧化镁粉的粒径< 75 μ m。
[0029]所述二氧化硅粉中3丨02的含量彡99wt%，二氧化硅粉的粒径彡48 μ m。
[0030]所述二氧化锆粉中ZrO2的含量>90wt%，二氧化锆粉的粒径< 58 μ m。
[0031 ] 所述氧化铁粉中Fe2O3的含量>95wt%，氧化铁粉的粒径< 58 μ m。
[0032]所述二氧化锰粉中MnO2的含量>92wt%，二氧化锰粉的粒径< 48 μ m。
[0033]所述三氧化二铬粉中Cr2O3的含量多99wt%，三氧化二铬粉的粒径< 48 μ m。
[0034]所述氧化铜粉中CuO的含量彡98wt%，氧化铜粉的粒径< 48 μ m。
[0035]所述三氧化二钴粉中Co2O3的含量多98wt%，三氧化二钴粉的粒径< 48 μ m。
[0036]所述氧化镍粉中N1的含量多98wt%，氧化镍粉的粒径< 48 μ m。
[0037]所述铝粉中Al的含量>99wt%，铝粉的粒径彡38 μ m。
[0038]所述稀土金属氧化物粉的纯度>99wt%，稀土金属氧化物粉的粒径< 48 μ m。
[0039]实施例1
一种具有高发射率的钢坯用防氧化涂料及其制备方法。所述防氧化涂料由A组分和B组分分装组成。
[0040]所述A组分的化学成分及其含量是:碳化硅粉为30~38wt%，氧化镁粉为25~35wt%，二氧化娃粉为10~15wt%，二氧化错粉为9~15wt%，氧化铁粉为3~5wt%，二氧化猛粉为2~3wt%，二氧化一■络粉为2.l~3wt%，氧化铜粉为0.5~1.4wt%，二氧化一■钻粉为2.l~3wt%，氧化镍粉为0.5-1.4wt%，铝粉为3~5wt%，稀土金属氧化物粉为0.5-2.5wt%。混合，包装备用。
[0041]所述B组分的化学成分及其含量是:柠檬酸钠为20~30wt%，聚乙二醇为1~1.7wt%，JS无机凝胶为0.7~lwt%,丙三醇为0.5-0.8wt%’余量为水。混合，包装备用。
[0042]本实施例制备的具有高发射率的钢坯用防氧化涂料的使用方法:先按A组分与B组分的质量比为(0.8-1.2): I混合，机械搅拌30~90min ;再将搅拌后的防氧化涂料直接喷涂或刷涂在钢坯表面，涂层厚度为0.1-0.3mm。
[0043]实施例2
一种具有高发射率的钢坯用防氧化涂料及其制备方法。所述防氧化涂料由A组分和B组分分装组成。
[0044]所述A组分的化学成分及其含量是:碳化硅粉为32~40wt%，氧化镁粉为20~30wt%，二氧化娃粉为12~17wt%，二氧化错粉为8~12wt%，氧化铁粉为4~7wt%，二氧化猛粉为3~4wt%，二氧化一■络粉为1.3~2.2wt%，氧化铜粉为1.3~2.2wt%，二氧化一■钻粉为1.3~2.2wt%，氧化镇粉为1.3~2.2wt%，销粉为2~4wt%，稀土金属氧化物粉为2~4wt%。混合，包装备用。
[0045]所述B组分的化学成分及其含量是:柠檬酸钠为13~23wt%，聚乙二醇为1.6-2.3wt%，JS无机凝胶为0.4-0.7wt%，丙三醇为0.3-0.6wt%，余量为水。混合，包装备用。
[0046]本实施例制备的具有高发射率的钢坯用防氧化涂料的使用方法:先按A组分与B组分的质量比为(1.2-1.6): I混合，机械搅拌90~140min ;再将搅拌后的防氧化涂料直接喷涂或刷涂在钢坯表面，涂层厚度为0.2-0.4mm。
[0047]实施例3
一种具有高发射率的钢坯用防氧化涂料及其制备方法。所述防氧化涂料由A组分和B组分分装组成。
[0048]所述A组分的化学成分及其含量是:碳化硅粉为37~45wt%，氧化镁粉为15~25wt%，二氧化娃粉为14~20wt%，二氧化错粉为5~9wt%，氧化铁粉为5~8wt%，二氧化猛粉为3~5wt%，三氧化二铬粉为0.5-1.4wt%,氧化铜粉为2.l~3wt%,三氧化二钴粉为0.5-1.4wt%,氧化镍粉为2.l~3wt%，销粉为l~3wt%，稀土金属氧化物粉为3~5wt%。混合，包装备用。
[0049]所述B组分的化学成分及其含量是:柠檬酸钠为10~17wt%，聚乙二醇为2.3~3wt%,JS无机凝胶为0.1-0.4wt%’丙三醇为0.1-0.4wt%’余量为水。混合，包装备用。
[0050]本实施例制备的具有高发射率的钢坯用防氧化涂料的使用方法:先按A组分与B组分的质量比为(1.6-2): I混合，机械搅拌140~200min ;再将搅拌后的防氧化涂料直接喷涂或刷涂在钢坯表面，涂层厚度为0.3-0.5mm。
[0051]本【具体实施方式】与现有技术相比具有如下积极效果:
1、节能效果显著。SiC不仅具有较高的热导率，而且在全波段具有高的红外发射率，在加热初期，SiC还未被完全氧化，此时，采用本发明制备的具有高发射率的钢坯用防氧化涂料所得到的涂层(以下简称涂层)的红外发射率主要由SiC表征且涂层具有较高的热导率。随着温度的升高和加热时间的延长，SiC逐渐被氧化失效，但钢坯表面以及涂层中的MgO、Fe2O3^ MnO2, Cr2O3, CuO、Co2O3和N1等发生相互化学反应，形成具有高红外发射率的尖晶石结构的物相，如NiCr204、CoMn2O4> CoFe2O4、MnFe2CVfPl FeFe 204等。同时稀土金属元素在尖晶石相中产生类质同象置换，此时离子半径与四面体和八面体间隙不同，造成尖晶石相晶胞体积的变化，引起其结构产生畸变。置换后出现掺杂效应，掺杂破坏了晶体结构的周期性和整齐性，在局部产生杂质能级，使能级间光吸收波长变长，在较大程度上改善了材料中电子轨道的分布。杂质还会产生更多的载流子，从而增加自由载流子的吸收，提高涂层的红外发射率。此时涂层的红外发射率主要由尖晶石相表征。SiC和尖晶石相的共同作用使防氧化涂层在整个加热温度范围内的全波段红外发射率达到了 0.9以上。
[0052]2、防氧化效果好，产品表面质量高。在加热过程中，涂层中的SiC和铝粉首先和炉内氧化气氛发生氧化还原反应，消耗靠近涂层的活性介质，使其不能和基体发生反应，从而起到保护作用。此外，反应形成的活性氧化铝和氧化硅附着在工件表面，增加了涂层的致密度，进一步提高了涂层的保护作用。当加热至一定温度时，钢坯表面以及涂层中的MgO、S12, Cr2O3, CuO, Fe2O3和Al 203等发生相互化学反应，形成致密尖晶石结构的半熔融状态的粘稠熔膜，均匀而牢固地覆盖在基体表面上，隔绝了气氛和基体的接触，达到加热过程中的保护目的。本发明所采用的固体粉末颗粒尺寸较小且具有明显的颗粒级配，在高温下均存在层状机理，无机熔体对片层的作用会引起层间距变宽，可通过层间插入实现层间空隙的封闭填充作用，对加热过程中的物质扩散进行有效阻隔，从而起到保护作用。本发明制备的具有高发射率的钢坯用防氧化涂料的防氧化效果在70%以上；同时，防氧化涂层降低了脱碳深度、减少了元素贫化、提高了钢坯表面质量。
[0053]3、自脱落。钢坯的线膨胀系数11~15.0/°C,MgO线膨胀系数6X 10_6/°C，ZrO2线膨胀系数〈10X 10_6/°C，S12线膨胀系数〈1.5X10 _6/。。，Al2O3线膨胀系数<4X10 _6/°C，涂层线膨胀系数与钢基体的线膨胀系数相差很大，急冷时涂层易脱落。
[0054]4、安全环保，制备简单，使用方便。本发明制备的具有高发射率的钢坯用防氧化涂料为水基涂料，固体原料均为无毒副作用的无机非金属氧化物，液体为柠檬酸钠溶液；使用时，将采用简单的机械搅拌方法即可直接喷涂或刷涂在钢坯上。
[0055]因此，本发明具有节能效果显著、防氧化效果好、产品表面质量高、自脱落和安全环保的特点。
【权利要求】
1.一种具有高发射率的钢坯用防氧化涂料的制备方法，其特征在于所述防氧化涂料由A组分和B组分分装组成；使用时，按A组分与B组分的质量比为(0.8~2): I混合，机械搅拌30~200min即可； 所述A组分的化学成分及其含量是:碳化硅粉为30~45wt%，氧化镁粉为15~35wt%，二氧化娃粉为10~20wt%，二氧化错粉为5~15wt%，氧化铁粉为3~8wt%，二氧化猛粉为2~5wt%，三氧化二铬粉为0.5~3wt%,氧化铜粉为0.5~3wt%,三氧化二钴粉为0.5~3wt%,氧化镍粉为0.5~3wt%，铝粉为l~5wt%，稀土金属氧化物粉为0.5~5wt% ;混合，包装备用； 所述B组分的化学成分及其含量是:柠檬酸钠为10~30wt%，聚乙二醇为l~3wt%，JS无机凝胶为0.l~lwt%，丙三醇为0.1-0.8wt%，余量为水；混合，包装备用。
2.根据权利要求1所述的具有高发射率的钢坯用防氧化涂料的制备方法，其特征在于所述碳化娃粉中SiC的含量多95wt%，碳化娃粉的粒径< 48 μπι。
3.根据权利要求1所述的具有高发射率的钢坯用防氧化涂料的制备方法，其特征在于所述氧化镁粉中MgO的含量>90wt%，氧化镁粉的粒径< 75 μπι。
4.根据权利要求1所述的具有高发射率的钢坯用防氧化涂料的制备方法，其特征在于所述二氧化硅粉中3丨02的含量多99wt%，二氧化硅粉的粒径< 48 μ m。
5.根据权利要求1所述的具有高发射率的钢坯用防氧化涂料的制备方法，其特征在于所述二氧化锆粉中ZrO2的含量>90wt%，二氧化锆粉的粒径< 58 μ m。
6.根据权利要求1所述的具有高发射率的钢坯用防氧化涂料的制备方法，其特征在于所述氧化铁粉中Fe2O3的含量>95wt%，氧化铁粉的粒径< 58 μπι。
7.根据权利要求1所述的具有高发射率的钢坯用防氧化涂料的制备方法，其特征在于所述二氧化锰粉中MnO2的含量>92wt%，二氧化锰粉的粒径< 48 μ m。
8.根据权利要求1所述的具有高发射率的钢坯用防氧化涂料的制备方法， 其特征在于所述三氧化二铬粉中Cr2O3的含量多99wt%,三氧化二铬粉的粒径< 48 μ m。
9.根据权利要求1所述的具有高发射率的钢坯用防氧化涂料的制备方法，其特征在于所述氧化铜粉中CuO的含量多98wt%，氧化铜粉的粒径< 48 μπι。
10.根据权利要求1所述的具有高发射率的钢坯用防氧化涂料的制备方法，其特征在于所述三氧化二钴粉中Co2O3的含量多98wt%，三氧化二钴粉的粒径< 48 μπι。
11.根据权利要求1所述的具有高发射率的钢坯用防氧化涂料的制备方法，其特征在于所述氧化镲粉中N1的含量多98wt%，氧化镲粉的粒径< 48 μπι。
12.根据权利要求1所述的具有高发射率的钢坯用防氧化涂料的制备方法，其特征在于所述铝粉中Al的含量>99wt%，铝粉的粒径< 38 μ m。
13.根据权利要求1所述的具有高发射率的钢坯用防氧化涂料的制备方法，其特征在于所述稀土金属氧化物粉的纯度>99wt%，稀土金属氧化物粉的粒径< 48 μπι。
14.一种具有高发射率的钢坯用防氧化涂料，其特征在于所述具有高发射率的钢坯用防氧化涂料是根据权利要求1~13项中任一项所述具有高发射率的钢坯用防氧化涂料的制备方法所制备的具有高发射率的钢坯用防氧化涂料。
【文档编号】C21D1/70GK104498683SQ201410846241
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月31日 优先权日:2014年12月31日
【发明者】樊希安, 张坚义, 胡晓明, 林凌 申请人:苏州赛格瑞新材料有限公司