一种耐高温铝液腐蚀涂料及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201910004658.2 | 申请日 | 2019-01-03 | 公开(公告)号 | CN109704577A | 公开(公告)日 | 2019-05-03 |
| 申请人 | 桂林理工大学; | 发明人 | 汤陆文; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于材料技术领域，具体涉及一种耐高温 铝 液 腐蚀 涂料及其制备方法。本发明的耐高温铝液腐蚀涂料，以各原料组分结合使用，以玻璃粉和赤泥为主要成分，添加 硼 砂、硼酸和 碳 酸盐为 助熔 剂，降低所述涂料的熔点，改善在 工件 上的铺展性和流动性；添加 氧 化锆和氧化 钛 ，降低涂料涂层的 热膨胀 系数，提高涂层的化学 稳定性 和机械强度等，使其隔绝对高温铝液对工件的 接触 和侵蚀， 耐腐蚀性 能优异。所述的耐高温铝液腐蚀涂料的制备方法，将各原料组分加入粘接剂和 水 ，混匀涂覆于工件上并进行高温 烧结 ，最终在工件表面形成一层致密的保护涂层，涂层与工件基体结合牢固，且硬度高，化学稳定性好，对高温铝液有优异的耐冲刷和耐腐蚀性能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种耐高温铝液腐蚀涂料，其特征在于，以以下重量百分比原料制成：玻璃粉30- |
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| 说明书全文 | 一种耐高温铝液腐蚀涂料及其制备方法技术领域[0001] 本发明属于材料技术领域，具体涉及一种耐高温铝液腐蚀涂料及其制备方法。 背景技术[0002] 高温铝液腐蚀是冶金和铸造生产中一直未能有效解决的问题，这种腐蚀现象在铝型材的制造过程中会造成设备工具腐蚀报废、铝型材产品质量降低、生产成本增大等不利影响，严重时还会影响铝型材在热加工过程中的正常操作，增换更换设备工具的工时。因此，有必要采取措施来防止或降低高温铝液对生产设备和工具的腐蚀。目前，常用的几种防铝液腐蚀的方法中，采用涂料保护法是操作最简便、成本最低、最易于推广的方法，且对施工对象的形状和尺寸大小限制少，对新施工对象的防护，其初期投资额较其他防护方法低，较为经济合理。 [0003] 赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，赤泥的排放量大，且一般都要大面积的堆场进行堆放，占用土地且对环境造成了严重污染。目前，赤泥的回收利用主要体现在：一、提取赤泥中的有用组分，如钙、铝、铁和有价金属等；二、以赤泥作为矿物原料生产建筑材料，如水泥、多孔砖等；三、作为吸附剂在治理环境污染中的应用，如水处理的吸附剂，环境修复原料。国外也有将赤泥用于工业催化剂和土壤改良剂等的相关研究。 发明内容[0005] 其二目的是提供一种所述耐高温铝液腐蚀涂料的制备方法。 [0006] 本发明的技术方案为： [0007] 本发明提供一种耐高温铝液腐蚀涂料，以以下重量百分比原料制成：玻璃粉30-50％、赤泥10-25％、硼砂20-30％、硼酸5-20％、碳酸盐5-10％、氧化锆3-10％和氧化钛2- 8％，以上原料总计为100％。 [0008] 本发明的耐高温铝液腐蚀涂料中，以玻璃粉和赤泥为主要成分，其中玻璃粉的主要成分是SiO2，以硅氧四面体[SiO2]4+的结构组成不规则的连续网络结构，形成涂料的骨架主体，赋予涂层优异的热稳定性和化学稳定性，提高涂层的机械强度，降低热膨胀系数，但是玻璃粉会增大涂层的难熔程度和粘度，影响涂层熔体的铺展。 [0009] 赤泥的加入不仅降低了所述耐高温铝液腐蚀涂料的生产成本，将赤泥进行废物利用；赤泥的主要化学成分为SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3，此外还含有Na2O、K2O等，这些化学成分与玻璃珐琅涂层所需的化学成分相近，而且赤泥具有熔点高、化学稳定性好、可增加涂料粘稠度等特点，可以引入所述耐高温铝液腐蚀涂料所需要的化学成分，提高所述涂料耐高温铝液腐蚀的使用性能。 [0010] 硼砂的加入引入了低熔点的氧化物B2O3，也是典型的玻璃形成体，其熔点较低，表面张力较小，能改进SiO2玻璃体的性能。加入硼砂的主要作用是形成玻璃体、降低涂料的熔点以及改善涂层的高温流动性。硼酸的加入可以进一步改善所述涂料的各组分的熔融均一性，降低涂料熔点，利于改善所述涂料在钢铁工件上铺展效果，从而改善所述涂料的耐腐蚀性能。 [0011] 氧化锆为高熔点氧化物，作为原料组分加入可以提高涂料涂层的玻璃化能力，抑制析晶，显著改善涂料涂层的化学稳定性、硬度和弹性，降低涂层的膨胀系数，防止涂层龟裂，最终改善涂层的耐腐蚀性能和持久使用性能。 [0012] TiO2可以降低涂层的热膨胀系数，改进涂层熔体对被保护基体的润湿作用，提高涂层高温流动性和铺展性。 [0013] 根据本发明的耐高温铝液腐蚀涂料，所述碳酸盐为碳酸钠和/或碳酸钾。 [0014] 更为优选的，所述碳酸盐为重量比为2:1的碳酸钠和碳酸钾，以上重量比的碳酸盐作为助熔剂使用，降低所述涂料熔点，改善所述涂料的在钢铁工件的铺展性能，有利于提高所述涂料的耐腐蚀性能。 [0015] 根据本发明的耐高温铝液腐蚀涂料，还包括所述原料总重25-35％的粘接剂，粘接剂的加入有利于所述涂料更好地涂覆在工件上，达到很好的涂层隔绝铝液侵蚀效果。 [0016] 根据本发明的耐高温铝液腐蚀涂料，所述粘接剂为水玻璃。 [0017] 本发明提供所述的耐高温铝液腐蚀涂料的制备方法，包括以下步骤： [0018] (1)将赤泥干燥、与其他原料混合并粉碎成粉料，加入粘接剂和水，制成浆料； [0019] (2)将所述浆料涂覆在工件上形成涂层，进行干燥； [0020] (3)干燥完成后进行高温烧结并保温，随炉冷却至室温，防止高温涂层突遇冷空气发生开裂，降低其耐高温铝液侵蚀的性能，完成所述涂料的制备。 [0021] 根据本发明的耐高温铝液腐蚀涂料的制备方法，在步骤(1)中，所述粉料的粒度小于200目，使所述各原料粉料在烧结过程中烧结均一，铺展效果良好。 [0022] 根据本发明的耐高温铝液腐蚀涂料的制备方法，在步骤(2)中，所述涂层的厚度为0.3-0.4mm，即可使涂层经高温烧结后均匀铺展到所述工件上，达到良好的耐腐蚀作用。 [0023] 根据本发明的耐高温铝液腐蚀涂料的制备方法，在步骤(3)中，高温烧结温度为900-1000℃，保温时间为30-40min，可以得到铺展均匀，完全包覆工件的涂层结构，起到优异的耐高温铝液腐蚀效果。 [0024] 本发明的有益效果为： [0025] 综上，本发明的耐高温铝液腐蚀涂料，以各原料组分结合使用，以玻璃粉和赤泥为主要成分，添加硼砂、硼酸和碳酸盐为助熔剂，降低所述涂料的熔点，改善在工件上的铺展性和流动性；添加氧化锆和氧化钛，降低涂料涂层的热膨胀系数，提高涂层的化学稳定性和机械强度等，使其隔绝对高温铝液对工件的接触和侵蚀，耐腐蚀性能优异。 [0026] 所述的耐高温铝液腐蚀涂料的制备方法，将各原料组分加入粘接剂和水，混匀涂覆于工件上并进行高温烧结，最终在工件表面形成一层致密的保护涂层，涂层与工件基体结合牢固，且硬度高，化学稳定性好，对高温铝液有优异的耐冲刷和耐腐蚀性能。附图说明 [0027] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0028] 图1a、b、c分别是空白样原始形貌、剥落表面铝层前和剥落铝层后的形貌对比图； [0029] 图2a、b、c分别是1号试样原始形貌、剥落表面铝层前和剥落铝层后的形貌对比图； [0030] 图3是a、b、c分别是1号试样原始形貌、剥落表面铝层前和剥落铝层后的形貌对比图； [0031] 图4是空白样腐蚀后的基体金相组织图； [0032] 图5是1号试样腐蚀后的基体金相组织图； [0033] 图6是2号试样腐蚀后的基体金相组织图。 具体实施方式[0034] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。 [0035] 实施例1 [0036] 本发明提供一种耐高温铝液腐蚀涂料，以以下重量百分比原料制成：玻璃粉50％、赤泥10％、硼砂25％、硼酸5％、碳酸盐5％、氧化锆3％和氧化钛2％，以上原料总计为100％；所述碳酸盐为碳酸钾。 [0037] 所述的耐高温铝液腐蚀涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： [0038] (1)将赤泥干燥、与其他原料混合并粉碎成粒度小于200目的粉料，加入粘接剂和水，制成浆料； [0039] (2)将所述浆料涂覆在工件上形成厚度为0.4mm的涂层，进行干燥； [0040] (3)干燥完成后进行在900℃的温度下进行高温烧结并保温40min，随炉冷却，完成所述涂料的制备。 [0041] 实施例2 [0042] 本发明提供一种耐高温铝液腐蚀涂料，以以下重量百分比原料制成：玻璃粉30％、赤泥25％、硼砂20％、硼酸5％、碳酸盐10％、氧化锆3％和氧化钛8％，以上原料总计为100％； [0043] 还包括原料总重25％的粘接剂，所述粘接剂为水玻璃； [0044] 所述碳酸盐为碳酸钠。 [0045] 所述的耐高温铝液腐蚀涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： [0046] (1)将赤泥干燥、与其他原料混合并粉碎成粒度小于200目的粉料，加入粘接剂和水，制成浆料； [0047] (2)将所述浆料涂覆在工件上形成厚度为0.3mm的涂层，进行干燥； [0048] (3)干燥完成后进行在1000℃的温度下进行高温烧结并保温30min，随炉冷却，完成所述涂料的制备。 [0049] 实施例3 [0050] 本发明提供一种耐高温铝液腐蚀涂料，以以下重量百分比原料制成：玻璃粉30％、赤泥10％、硼砂30％、硼酸6％、碳酸盐6％、氧化锆10％和氧化钛8％，以上原料总计为100％； [0051] 还包括原料总重30％的粘接剂，所述粘接剂为水玻璃； [0052] 所述碳酸盐为重量比为2:1的碳酸钠和碳酸钾。 [0053] 所述的耐高温铝液腐蚀涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： [0054] (1)将赤泥干燥、与其他原料混合并粉碎成粒度小于200目的粉料，加入粘接剂和水，制成浆料； [0055] (2)将所述浆料涂覆在工件上形成厚度为0.3mm的涂层，进行干燥； [0056] (3)干燥完成后进行在950℃的温度下进行高温烧结并保温30min，随炉冷却，完成所述涂料的制备。 [0057] 实施例4 [0058] 本发明提供一种耐高温铝液腐蚀涂料，以以下重量百分比原料制成：玻璃粉33％、赤泥15％、硼砂20％、硼酸20％、碳酸盐5％、氧化锆5％和氧化钛2％，以上原料总计为100％； [0059] 还包括原料总重30％的粘接剂，所述粘接剂为水玻璃； [0060] 所述碳酸盐为碳酸钠和/或碳酸钾，所述碳酸盐为重量比为2:1的碳酸钠和碳酸钾。 [0061] 所述的耐高温铝液腐蚀涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： [0062] (1)将赤泥干燥、与其他原料混合并粉碎成粒度小于200目的粉料，加入粘接剂和水，制成浆料； [0063] (2)将所述浆料涂覆在工件上形成厚度为0.4mm的涂层，进行干燥； [0064] (3)干燥完成后进行在950℃的温度下进行高温烧结并保温30min，随炉冷却，完成所述涂料的制备。 [0065] 以本发明的耐高温铝液腐蚀涂料与常规的“氧化锌+水玻璃”涂料进行耐腐蚀效果对比试验，具体试验方法如下： [0066] 1号试样涂刷“氧化锌+水玻璃”涂料，接着300℃左右烘干，然后再刷一层“氧化锌+水玻璃”涂料，再次烘干，如此反复刷涂烘干，直到涂层厚度达到0.2～0.3mm； [0067] 2号试样涂刷本发明的耐高温铝液腐蚀涂料实施例4，涂层厚度为0.3～0.4mm，待表面的涂料自然干燥后，将3号试样放入电阻炉在950℃进行高温烧结，并保温30min，随炉冷却。 [0068] 铝液浸泡腐蚀试验的具体方法为，将1、2号试样慢浸泡在熔融铝液中，浸泡温度为750℃，浸泡时间为72小时。 [0069] 实验结束后，将试样从铝液中取出，观察其宏观形貌并拍照。然后敲落或刮除表面黏附的铝，清理干净后称重并记录三块试样被铝液腐蚀后的重量。 [0071] 图1.a、b、c为空白样原始形貌、剥落表面铝层前和剥落铝层后的形貌对比图。图1.b示出空白经腐蚀后产生了严重的翘曲变形；剥落掉表面的铝层后(图1.c)，露出的基体表面凹凸不平，有非常多的银灰色的金属间化合物夹杂在基体表面，且试样的厚度比原来减薄了一半，由此可以推断，铝液与铁基体发生了化学反应，生成金属间化合物，使钢铁基体受到了严重的腐蚀。因此，在没有任何涂层保护的情况下，铝液对钢铁材料的腐蚀非常严重。 [0072] 图4为空白样的基体边界金相组织，从图中可以看到，经过铝液72小时浸泡后的Q235钢铁基体组织分成了三层。图中a层组织呈银白色，是直接与铝液接触的组织后，铝原子渗入并与铁基体反应生成的铁铝金属化合物层，从图中可以看到化合物层呈现出树枝状的形貌，并且正在向基体组织内部渗入，而且该组织层夹杂着大量的孔洞。而c层组织即为原基体组织。在铁铝金属化合物a层与钢铁基体组织c层的交界处有一层腐蚀过渡层b。金相组织图也示出了空白样遭受到了铝液严重腐蚀，且改变了原基体的组织结构和成分。 [0073] 图2a、b、c为1号试样原始形貌、剥落表面铝层前和剥落铝层后的形貌对比图，没有发生铝液腐蚀现象，也没有发生热变形，但是试样未浸泡入铝液中的部位发生鼓起，涂层和基体脱离，使钢铁基体暴露在空气中。在剥开试样表面黏附的铝层时，氧化锌涂层也跟着一起脱落，图2.c即为剥落掉铝层后的试样形貌，其外形尺寸基本没有发生变化，然而表面却有被氧化的痕迹，图中呈黑色的部分就是被氧化了的基体表面。传统的“氧化锌+水玻璃”保护涂层虽然可以很好地阻隔熔融铝液跟钢铁基体的接触，但是该涂层不够致密，无法阻隔铝熔体上方的高温氧化还原气体对钢铁基体的氧化腐蚀。此外，由于涂层与基体间并未形成冶金结合，只存在机械嵌合与吸附作用，因此涂层与基体结合不牢，仅使用了一次就失去了保护作用，使用寿命很短。 [0074] 图5为1号试样腐蚀后的基体金相组织图，可以看出，在钢铁基体的边界处，出现了一层与基体组织不一样的分隔层。 [0075] 图3a、b、c为2号试样原始形貌、剥落表面铝层前和剥落铝层后的形貌对比图，其外形尺寸没有放生变化，表面黏附的铝层可以用手轻轻剥去，此时便可以看到完好无损的保护涂层。该保护涂层与基体结合牢固，用手难以剥去釉质涂层，需要用锤子用力敲击方可剥去表面的釉质层。可以推知此涂层与基体间已经在高温下形成了冶金结合，因此涂层与基体结合牢固，同时本发明的涂料涂层并未失去保护效果，还可以继续使用，使用寿命较长。 [0076] 图6为2号试样腐蚀后的基体金相组织图，通过观察试样的边界组织可以看到：基体的边界组织和内部组织是连贯且无变化的，没有发生组织分层，晶粒粗大等现象。这说明基体没有被熔融铝液腐蚀，也没有受到高温氧化气氛的影响而发生氧化，证明了本发明的涂料保护效果良好，形成的保护层致密度高，能有效的阻隔铝原子和氧原子的渗入。 [0077] 对1、2号试样腐蚀试验前后的失重数据进行对比，其结果如表1所示： [0078] 表1 [0079] [0080] 注：空白样为不涂覆涂料的裸片直接在同等试验条件下进行腐蚀试验[0081] 空白样的腐蚀速率最大，高达2.5663×10-5g/(mm2·h)，而2号试样的腐蚀速率低于1号试样的腐蚀速率，其腐蚀速率为1号试样的70.6％。此外，综合以上的宏观照片、微观金相组织图以及腐蚀速率对比，本发明的耐高温铝液腐蚀涂料的保护效果优异，与传统的“氧化锌+水玻璃”涂料相比，其腐蚀速率更小，使用寿命更长，经济效益更高。 [0082] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。 |
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