一种高温抗氧化涂料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及钢铁热处理抗氧化保护技术领域，更具体地说，涉及一种高温抗氧化涂料的制备方法。
【背景技术】
[0002]钢铁制品在进行轧制、锻造、淬火、退火、正火等热处理加工过程时，在一般大气条件下，在高温作用下容易产生表面氧化现象，而且还会伴随着合金元素的贫化。这种现象会给钢铁产品加工过程带来不利影响，如金属收得率降低，能耗增加，生产成本提高，严重时还会影响加工的产品表面质量。据统计，全世界钢铁产品热加工工艺中，钢铁氧化损耗平均为10%，从而造成巨大的资源浪费。如何降低钢铁制品热处理过程的氧化损耗是世界上一大困扰的难题。
[0003]钢铁制品热处理过程防氧化技术是近年来世界钢铁工业发达国家纷纷选择开展研宄的一种新领域、新技术和新课题。二十一世纪初，日本、美国发明了采用真空、保护气氛方法，即将钢铁制品置于真空环境或惰性气体保护环境下进行加热处理，减少高温炉气与钢铁制品表面接触，从而减少钢铁制品的氧化损失。但这两种方法投资大，工艺复杂，操作技术要求高，成本高，不适应钢铁制品大批量热处理加工。采用高温防氧化保护涂层是近年来发展起来的一种热处理保护的新兴技术，相对于真空热加工、保护气氛热加工技术，这种方法具有投资少、成本低、操作简单、适应强等特点。在高温热处理时所使用的防氧化涂层主要是通过互熔反应、消耗反应及惰性熔膜屏蔽三种不同的机理对钢铁材料进行防护。
[0004]日本、美国、德国、俄罗斯等钢铁工业发达国家研宄发明的采用玻璃料、耐热树脂等为基料的有机硅酸盐防护涂层，广泛应用于各种热交换器、反射炉喷射器等设备上，但是它主要只局限于在800°C以下保护金属的氧化。近年来，国内钢铁行业纷纷与大专院校、科研院所合作在钢铁制品热处理防护技术开展研宄，希望在有机结合的硅酸盐及无机硅酸盐防护涂层技术领域上，特别是在1200°C以上钢铁制品热处理加工防氧化技术上寻求突破
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[0005]通过专利检索，目前，国内关于高温防氧化保护涂层的专利申请已有公开。
[0006]目前，国内开发应用的有机及无机结合抗氧化防护涂层仍以各种硅酸盐玻璃料为主，在其中加入碱土金属氧化物、耐高温的氧化物为辅而制成抗氧化防护涂层。中国专利申请号200910010301.1，申请日:2009年2月5日，发明创造名称为:高温防氧化干粉涂料，该申请案公开了一种高温防氧化干粉涂料，该涂料由如下质量百分比的原料组成:玻璃料:45?50，粘土:40?45，滑石粉:5?10，通过使用该申请案中的高温防氧化干粉涂料，在一定程度上可以提高钢铁材料在高温热处理时的抗氧化能力，但该涂料主要用于不锈钢和耐热钢在高温热处理时的防氧化保护，且其使用范围仅局限于900°C?1200°C，防护范围较窄，从而大大限制了该涂料的抗氧化作用。中国专利申请号:201210292922.5，申请日:2012年8月17日，发明创造名称:一种基于天然矿物的高温防氧化脱碳涂料，该申请案中的防氧化脱碳涂料由如下重量百分比的成分组成:A1203: 15-35wt %、S1 2:35-55wt %、Fe203:2-12wt%,Mg0:2-10wt%,C:3-10wt%,Na 20:5-20wt%,Ca0:0-5wt%,K20:0-5wt%,该申请案中的涂料可以用于钢样在800°C?1300°C热处理时的防氧化保护，但其抗氧化能力，尤其是在1200°C以上的抗氧化能力有待进一步提升。
[0007]又如:中国专利申请号:201110060542.4，申请日:2011年03月14日，发明名称:具有高吸收率的钢坯防氧化及防脱碳涂料，该申请案公开了一种具有高吸收率的钢坯防氧化及防脱碳涂料，其由如下重量百分比的组分组成:耐火粘土 20?25%，硅微粉10?15 %，棕刚玉10?15 %，碳化硅8?10 %，三氧化二铁3?5 %，三氧化二铬2?3 %，水解羧甲基纤维素3?5 %，高模水玻璃30?35 %，通过使用该申请案中的钢坯防氧化涂料，一定程度上可以在使钢坯在较高温度下具有优良的抗氧化能力，但该涂料中含有三价铬，涂料冷却剥落后产生的料渣能够污染环境。
[0008]综上所述，虽然上述以娃酸盐玻璃料为基的涂料在一定程度上均能提高钢铁材料在高温热处理时的抗氧化能力，但其抗氧化防护作用比较单一，仅局限于互熔反应、消耗反应及惰性熔膜屏蔽三种防护机理中的其中一个或两个，从而使涂料的抗氧化能力受到一定的限制，抗氧化效果不显著，且涂料的适用温度(1200°C以下)相对较低，适用范围(如:使用温度、钢种、热处理加工方式、被保护材料基体性质和属性等)较窄，大大限制了涂料的使用。同时，有些涂料中含有高污染的三价铬耐高温氧化物，从而可以对环境造成一定的污染。
【发明内容】
[0009]1.发明要解决的技术问题
[0010]本发明的目的在于克服国内现有常用钢铁材料热处理加工用以硅酸盐或玻璃料(S12)为主的防氧化涂料的防护机理单一，抗氧化防护效果不理想，适用温度不高、适用温度范围窄(800-1200°C )，涂层中因含有高污染的三价铬耐高温氧化物而对环境的污染大等不足，提供了一种高温抗氧化涂料的制备方法。通过使用以本发明中的高温抗氧化涂料的制备方法制备的高温抗氧化涂料，可以使钢铁材料在热处理时的抗氧化能力得到显著提高，且该涂料的适用温度较高，适用范围较广，且不含能对环境造成污染的三价铬。
[0011]2.技术方案
[0012]为达到上述目的，本发明提供的技术方案为:
[0013]本发明的一种高温抗氧化涂料的制备方法，其步骤为:
[0014]步骤一、原料准备
[0015]按照重量百分比分别称取纳米混合粉料的各组分:氮化硅纳米粉体50-75%、活性碳化物10-25%、促进剂10-15%、烧结剂5-10%，其中，上述活性碳化物选自SiC粉体、B4C粉体和Al4C3粉体，促进剂粉体的组分包括S1 2、Al2O3和K 20+Na20，烧结剂的组分包括Fe3O4;
[0016]步骤二、混合均匀
[0017]将步骤一中称量好的纳米混合粉料的各组分置于同一容器中进行混合并搅拌均匀；
[0018]步骤三、向步骤二中混合搅拌均匀的纳米混合粉料中分别添加粘结剂、分散剂和溶剂构成混合物料，将上述混合物料置于高速反应釜中搅拌25-40分钟，取出，待用，其中，上述粘结剂为硅溶胶和聚丙烯酸钠，分散剂选用膨润土，溶剂选用去离子水。
[0019]更进一步地，上述硅溶胶、聚丙烯酸钠、膨润土和去离子水的含量分别占纳米混合粉料总重量的 25-40%、5-10%、5-10%和 10-15%。
[0020]更进一步地，上述活性碳化物为SiC粉体和B4C粉体中的一种或两种的组合。
[0021]更进一步地，上述氮化娃纳米粉体中Si3N4的质量分数会99% ;SiC粉体中SiC的质量分数兰80% ;B4C粉体中B4C的质量分数兰40% ;促进剂中S12的质量分数兰45%,Al2O3的质量分数兰30%，K2CHNa2O的质量分数兰10%;烧结剂中Fe3O4的质量分数兰80%。
[0022]更进一步地，上述氮化娃纳米粉体中Si3N4的粒度为2-60nm，活性碳化物中粉体的粒度为400-500目，促进剂和烧结剂中粉体的粒度大于400目。
[0023]3.有益效果
[0024]采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果:
[0025](I)使用本发明中的高温抗氧化涂料的制备方法制备的高温抗氧化涂料中的纳米混合粉料中含有氮化硅纳米粉体，由于氮化硅纳米粉体在高温下具有优良的热稳定性和抗裂纹敏感性，其熔点较高，且其与钢铁制品表面及高温炉气均不发生化学反应，随温度升高，氮化硅纳米粉体逐渐软化至熔融态，形成了一层致密的保护膜，因此，其在较高温度(可达1400°C )时对基体具有较强的惰性熔膜屏蔽作用，可以使高温炉气与基体之间隔离开来，使钢铁基体在较高温度下仍具有优良的抗氧化能力，实现更高温度下对基体金属的保护；
[0026]