本发明涉及一种应用于低碳钢纳米搪瓷料浆耐腐蚀涂层的制备及相应的热轧加工技术，属于纳米料浆烧结涂层技术及热轧处理技术领域。
背景技术：
纳米料浆烧结搪瓷涂层是纳米技术与热喷涂技术有效结合而产生的一门较为新颖的技术，是继微米粉末喷涂技术的进一步延伸和拓展，但由于纳米粉体的表面效应、小尺寸效应、高能效应等特殊性能，较微米颗粒具备更加优良及独特的性能，所以纳米料浆烧结搪瓷涂层技术亦可以说是一个全新的具有开创新的新技术，目前在国内外已有大量的科研人员及科研机构开始对纳米料浆烧结搪瓷涂层的制备及后处理技术进行探索及研究，目前在这方便研究较多的主要是热障涂层技术，而在耐腐蚀纳米搪瓷涂层尤其是金属合金耐腐蚀纳米搪瓷涂层方面研究仍然较少。
孔洞、裂纹及结构的疏松不均匀等缺陷是目前等离子涂层存在的一个较大的问题，目前还没有很好的方法可以解决这个问题，从目前热障涂层领域的纳米料浆烧结搪瓷涂层的情况来看，孔洞、裂纹及结构疏松不均匀的状况已较微米粉末涂层有了明显的改善，但这个问题在纳米料浆烧结搪瓷涂层中仍然存在，且在纳米搪瓷料浆烧结搪瓷涂层的实际应用过程中明显显露出来，这对纳米料浆烧结搪瓷涂层在工业化生产的推广方面受到很大限制，尤其是搪瓷涂层在耐腐蚀的应用方面更加明显，孔洞及裂纹的存在会使腐蚀物质穿透孔洞及裂纹而与基体直接接触，从而使防护涂层失效。所以有效减少涂层中的孔洞及裂纹是纳米料浆烧结涂覆技术领域亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明通过对纳米搪瓷料浆烧结涂层的制备及热轧处理，制备出孔洞及气孔率少，结构致密均匀的耐腐蚀搪瓷涂层。在涂层的制备及涂覆过程中，本发明对搪瓷成分进行深度剖析，通过加入1~3%的粘结剂，可以有效解决涂搪过程中釉料和基体结合不紧密的问题。同时通过控制矿物原料之间的配比来获得耐蚀性很好的透辉石相，此外通过控制Na2O和B2O3的量烧结出硼氧三角体密集结构来减少搪瓷层固有的多孔无定形结构。同时，本发明通过长时间球磨对搪瓷颗粒进行纳米化。利用纳米粉体的颗粒尺寸小、能量高的特性有效减少料浆烧结涂层的孔洞及裂纹，提高涂层的致密性及均匀性，利用材料热轧工艺，使涂层结构在轧制力的强大压力作用下更加致密均匀，孔洞进一步减少。
本发明提出一种低碳钢表面纳米复合料浆烧结搪瓷涂层的制备方法，其特征在于具有如下的过程和步骤：
a. 采用搪瓷粉料的组成配方为（wt.%）：55.26SiO2，6.59Al2O3，8.56ZnO，8.12B2O3，4.96Na2O，10.77CaO，2.24MgO和1~3CeO。
b. 粉料球磨: 对制备完成的搪瓷粉末在行星球磨机经过80~200h的干法球磨，接下来再加入乙醇等助磨剂进行200h的湿法球磨过程，接下来分离球和物料，最后至于烘干机烘干即可；
c. 制备涂覆料浆: 将上述磨好的纳米级颗粒（即这些颗粒的直径在几十至几百纳米之间），在其中再加入一定量的氧化钴还有氧化镍并加入10%的乙醇制备出具有一定粘度的料浆，从而可以直接作为烧结涂覆材料；具体方法是将纳米搪瓷粉体中加入1~1.5%黏土和乙醇以及0.5%NiO+1.5%CoO粘结剂，使其混合成为胶状物，胶状物中固态物质的体积分数为75~95%；在50~70℃的条件下使用机械搅拌法对胶状物搅拌10~35min；即可制得料浆；
d. 表面涂覆及坯体制作: 搅拌结束后取出浆体均匀的涂覆在低碳钢的表面，接放入烘干箱烘干20~50min；这样在试样表面就得到了一层均匀的覆盖层，得到所谓坯体；
e. 试样烧结: 然后将制备好的胚体置于马弗炉中烧结，温度为750~900℃，烧结时间为15~60min即得到均匀的搪瓷涂层；
f. 热轧处理: 设定开轧温度为：300~980℃，总轧制比为10~30%，采用3~5道次实现全部压下量，在轧制开始前，首先将样品在开轧温度下保温30min，使样品温度均匀；轧制结束后将样品置于高温管式炉中氢气气氛下进行退火处理，退火温度为500~900℃，退火结束后样品随炉冷却。
本发明具有如下特点：
1、本发明通过将纳米技术，釉料成分控制及材料热轧技术有效有序结合起来，并充分利用其各自的优势，纳米粉体具有小尺寸效应、表面效应及高能效应等独特性能，在搪瓷涂覆过程中，颗粒之间结合更为紧密，分布更为均匀，从而有效减少涂层中的孔洞和裂纹，釉料成分的配比，能够有效调控烧结产物的相组成，等到具有优良耐腐蚀性能的物相并且生成均匀致密的相结构。热轧过程中，由于受到轧制的强大压力，涂层内部结构发生微变形，使涂层结构更为致密，轧制结束后在氢气状态下对样品进行热处理，在对样品进行充分还原的情况下使涂层中原子进行相互渗透，从而使涂层结构更加均匀。
2、本发明通过一系列连贯的工艺，可生产出孔洞及裂纹少，悬乳性优良，结构致密成分均匀的纳米搪瓷涂层。该发明可通过参数的调整，亦适宜以其他金属材料作为基体纳米化涂层的制备。
3、本发明工艺连贯，效果明显，对环境无污染，又因目前纳米粉体制备技术的进步，纳米粉体成本降低，所以本发明很适宜工业化扩大生产。
具体实施方式
实施例1
将制备好的搪瓷粉体加入10%乙醇和黏土及0.5%NiO+1%CoO粘结剂使其成为胶状物，胶状物中固态物质的体积分数为70%，使用机械搅拌法对胶状物搅拌10min。搅拌结束后涂覆在Q235低碳钢表面，再放入烘箱使其表面烘干形成胚体，把得到的胚体放入马弗炉中在810℃的条件下烧结30分钟。烧成结束后将样品进行热轧处理，开轧温度为300℃，在样品在300℃下保温30min后进行轧制，轧制共3道次，总轧制比为10%，轧制结束后将样品置于管式炉中在氢气气氛下进行退火处理，退火温度为500℃，保温30min后样品随炉冷却。
实施例2
将制备好的搪瓷粉体加入10%乙醇和黏土及0.5%NiO+1%CoO粘结剂使其成为胶状物，胶状物中固态物质的体积分数为75%，使用机械搅拌法对胶状物搅拌10min。搅拌结束后涂覆在Q235低碳钢表面，再放入烘箱使其表面烘干形成胚体，把得到的胚体放入马弗炉中在830℃的条件下烧结30分钟。烧成结束后将样品进行热轧处理，开轧温度为450℃，在样品在450℃下保温30min后进行轧制，轧制共4道次，总轧制比为15%，轧制结束后将样品置于管式炉中在氢气气氛下进行退火处理，退火温度为600℃，保温30min后样品随炉冷却。
实施例3
将制备好的搪瓷粉体加入10%乙醇和黏土及0.5%NiO+1%CoO粘结剂使其成为胶状物，胶状物中固态物质的体积分数为80%，使用机械搅拌法对胶状物搅拌10min。搅拌结束后涂覆在Q235低碳钢表面，再放入烘箱使其表面烘干形成胚体，把得到的胚体放入马弗炉中在850℃的条件下烧结30分钟。烧成结束后将样品进行热轧处理，开轧温度为780℃，在样品在780℃下保温30min后进行轧制，轧制共5道次，总轧制比为20%，轧制结束后将样品置于管式炉中在氢气气氛下进行退火处理，退火温度为700℃，保温30min后样品随炉冷却。
实施例4
将制备好的搪瓷粉体加入10%乙醇和黏土及0.5%NiO+1%CoO粘结剂使其成为胶状物，胶状物中固态物质的体积分数为85%，使用机械搅拌法对胶状物搅拌10min。搅拌结束后涂覆在Q235低碳钢表面，再放入烘箱使其表面烘干形成胚体，把得到的胚体放入马弗炉中在850℃的条件下烧结30分钟。烧成结束后将样品进行热轧处理，开轧温度为850℃，在样品在850℃下保温30min后进行轧制，轧制共5道次，总轧制比为25%，轧制结束后将样品置于管式炉中在氢气气氛下进行退火处理，退火温度为800℃，保温30min后样品随炉冷却。
实施例5
将制备好的搪瓷粉体加入10%乙醇和黏土及0.5%NiO+1%CoO粘结剂使其成为胶状物，胶状物中固态物质的体积分数为90%，使用机械搅拌法对胶状物搅拌10min。搅拌结束后涂覆在Q235低碳钢表面，再放入烘箱使其表面烘干形成胚体，把得到的胚体放入马弗炉中在870℃的条件下烧结30分钟。烧成结束后将样品进行热轧处理，开轧温度为900℃，在样品在980℃下保温30min后进行轧制，轧制共5道次，总轧制比为30%，轧制结束后将样品置于管式炉中在氢气气氛下进行退火处理，退火温度为850℃，保温30min后样品随炉冷却。
实施例6
将制备好的搪瓷粉体加入10%乙醇和黏土及0.5%NiO+1%CoO粘结剂使其成为胶状物，胶状物中固态物质的体积分数为95%，使用机械搅拌法对胶状物搅拌10min。搅拌结束后涂覆在Q235低碳钢表面，再放入烘箱使其表面烘干形成胚体，把得到的胚体放入马弗炉中在900℃的条件下烧结30分钟。烧成结束后将样品进行热轧处理，开轧温度为980℃，在样品在980℃下保温30min后进行轧制，轧制共5道次，总轧制比为30%，轧制结束后将样品置于管式炉中在氢气气氛下进行退火处理，退火温度为900℃，保温30min后样品随炉冷却。对各实施例经处理后的样品进行表面宏观及耐蚀性能进行测试，结果如表1所示。
由实例测试情况来看，通过本发明所制备的纳米搪瓷涂层具有致密均匀的微观结构及很强的耐蚀性能。