一种防脱碳纳米涂料及其制备方法技术

一种防脱碳纳米涂料及其制备方法，涂料组成wt%为：5～20%纳米Al2O3、50～80%硅藻土、2～10%石墨粉、5～20%粘结剂、1～3%悬浮分散剂，余量为溶剂和杂质。将Al(NO3)3和NH4HCO3分别配制成Al(NO3)3和NH4HCO3水溶液；向硅藻土与NH4HCO3的悬浊液中加入Al(NO3)3溶液，将反应生成的Al(OH)3沉淀物过滤洗涤，得到纳米Al(OH)3和硅藻土混合物；混合物加热脱水形成纳米Al2O3；将纳米Al2O3和硅藻土混合物中加入溶剂、石墨粉、粘结剂和悬浮分散剂，搅匀后形成纳米级防脱碳浆料。本发明专利技术纳米涂料颗粒度均匀，尺寸结构小，分散性好，成本低廉，配制和涂覆工艺简单易行，自然剥落能力强，能有效预防钢板高温氧化和脱碳，适合各种复杂形状，精密加工的金属工件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属表面处理材料领域，尤其涉及一种防止金属工件在氧化性气氛中 高温氧化脱碳的纳米涂料及其制备方法。
技术介绍
金属材料高温加热是一种常见的加工方法。例如材料热处理是通过对金属进行加 热、保温和冷却产生固态相变，达到改变其内部组织结构，消除材质缺陷，细化晶粒的目的。 最终实现延长金属零部件的使用寿命，环保节能的目的。高温加热时，金属表面的碳元素若 与氧化性气氛接触会引起氧化、脱碳现象的产生。并且随着金属表层与内部碳元素浓度差 的增加进一步加剧脱碳现象。从而引起工件的强度、硬度和耐磨性等机械性能的下降。热处 理时甚至会导致淬火裂纹的出现。目前解决此问题的常用方法有两种：一是采用真空加热 炉对试样进行加热处理；二是在试样表面喷涂防脱碳涂料。真空炉设备复杂，成本高，并且 受工件形状形状制约应用范围较窄。而防氧化涂料具有使用方便、成本低、效果好的特点， 得到了广泛的应用。 优质涂料应具有热稳定性好、涂层致密、触变性和流变性良好等特点。由于纳米材 料具有独特的表面效应和小尺寸效应，致使其熔点降低，熔融性好。并且纳米颗粒的平铺性 较普通颗粒好，孔隙率低，结合强度大，硬度高。因此添加少许纳米颗粒组分，可以增加涂料 反应活性，从而在技术上无需花费太大成本，使传统涂料的功能得到质的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有防脱碳效果良好、成本低，操作简单的纳米级的高 温防氧化/脱碳涂料及其制备方法。利用溶胶-凝胶法原位合成纳米A1203颗粒，并将其均 匀负载于硅藻土表面，保证了涂料的纳米级尺度组成。 为此，本专利技术所采取的解决方案是： -种防脱碳纳米涂料，其组成成分及wt %为：纳米Al2035~20%、娃藻土 50~ 80%、石墨粉2~10%、粘结剂5~20%、悬浮分散剂1~3%，余量为溶剂和杂质。 所述粘结剂为水溶性化合物聚丙烯酸盐或聚乙二醇中的一种或两种。所述聚丙 烯酸盐为分子量为15000~30000的聚丙烯酸钠和聚丙烯酸钾；所述聚乙二醇分子量为 2000 ~8000。 所述悬浮分散剂为钠基膨润土和羧甲基纤维素； 所述溶剂为水和酒精。 所述纳米A1203粒度为20~100nm。 -种防脱碳纳米涂料的制备方法，其具体制备步骤为： 1、按质量配比称取：A1 (N03)321~84份、NH4HC0324~93份、硅藻土 50~80份、 石墨粉2~10份、粘结剂5~20份、悬浮分散剂1~3份，备用； 2、将A1 (N03)3和NH4HC〇dv别溶于去离子水中，配制成A1 (N03)3饱和溶液和NH4HC03饱和溶液； 3、将硅藻土加入NH4HC03溶液中搅拌成悬浊液，搅拌的同时缓慢地向其中加入 A1 (N03) 3溶液进行反应，生成被硅藻土高度分散的A1 (0H) 3沉淀物； 4、将生成的沉淀物过滤洗涤，得到由纳米A1 (0H) 3和硅藻土组成的混合物； 5、将该混合物在200~300°C下加热30min，使纳米A1 (0H)3脱水形成纳米A1203 ; 6、将反应后得到的纳米A1203和硅藻土混合物中加入溶剂、石墨粉、粘结剂和悬浮 分散剂，搅拌均匀后形成纳米防脱碳浆料。 本专利技术涂料的使用方法及有益效果为： 使用时，首先清理干净钢铁工件表面的浮砂、灰尘、油锈等杂质，然后使用喷枪、 辊刷等工具，以人工或机械涂刷方式将涂料涂覆在待处理工件表面，涂层厚度为〇. 1~ 1. Omm。加热冷却后，由于钢制工件与涂层材料的热膨胀系数的差异，导致涂层自然剥落。 硅藻土中的Si02是玻璃的主要形成物，可以提高涂层的机械强度，A120 3可以起到 加强玻璃网络结构的作用，提高涂层的玻璃化能力。纳米材料所具有的小尺寸效应可以提 高A1203反应活性，降低熔点，从而在热处理加热时促进涂层烧结，使涂层致密地包裹钢坯， 起到良好的保护作用。 本专利技术通过溶胶-凝胶法原位制备纳米级颗粒的防脱碳涂料，通过化学反应形成 纳米颗粒的胶体，同时让它在反应过程中被其他载体高度分散，形成颗粒度均匀，尺寸结构 小，分散性好的纳米涂料。采用溶胶-凝胶法制备的纳米涂料能有效预防钢板高温氧化和 脱碳，为环保水性涂料，纳米级别，适合各种复杂形状，精密加工的金属工件。此涂层材料使 用方便，成本低廉，配制和涂覆工艺简单易行，自然剥落能力强，适用性广。【附图说明】 图1是无涂层保护钢板热处理后显微组织； 图2是纳米涂料保护钢板热处理后显微组织。【具体实施方式】 下面通过实施例对本专利技术作进一步的描述。 实施例1 防脱碳纳米涂料各化学成分质量如表1所示： 表1实施例1制备涂料的原料及配比 按照表1称取A1 (N03)3和NH4HC03分别溶于去离子水中形成溶液。将精制硅藻土 加入NH4HC03溶液中搅拌成悬浊液，搅拌的同时缓慢地向其中加入A1 (N03) 3溶液，进行沉淀 反应。将生成的沉淀物过滤并充分洗涤后于200~300°C下加热30min，得到纳米A1203和 硅藻土组成的混合物。首先用酒精将聚丙烯酸钠进行预溶解，随后加入水形成液体粘结剂。 在此混合物中加入溶剂、石墨粉、粘结剂和悬浮分散剂，搅拌均匀后即可形成纳米防脱碳浆 料。 室温下将制得的涂料均匀喷涂在待热处理42CrMo试样表面。将工件在860°C时 保温60min后进行油淬热处理，被保护表面呈金属光泽，金相检验分析发现，被保护面无氧 化、脱碳现象发生。淬火后，涂层自然剥落。 实施例2 防脱碳纳米涂料各化学成分质量如表2所示： 表2实施例2涂料成分配比 按照表2称取A1 (N03) 3和NH4HC03分别溶于去离子水中形成饱和溶液。将硅藻土 加入NH4HC03溶液中搅拌成悬浊液，搅拌的同时缓慢地向其中加入A1 (N03) 3溶液，进行沉淀 反应。将生成的沉淀物过滤并充分洗涤后于200~300°C下加热30min，得到纳米A1203和 硅藻土组成的混合物。首先用酒精将聚丙烯酸钠进行预溶解，随后加入水形成液体粘结剂。 在此混合物中加入溶剂、石墨粉、粘结剂和悬浮分散剂，搅拌均匀后即可形成纳米防脱碳浆 料。 室温下将制得的涂料均匀喷涂在待热处理30CrMoA试样表面。将工件在860°C时 保温60min后进行油淬热处理，被保护表面呈金属光泽，金相检验分析发现，被保护面无氧 化、脱碳现象发生。淬火后，涂层自然剥落。【主权项】1. 一种防脱碳纳米涂料，其特征在于，其组成成分及wt%为：纳米A1203 5~20%、娃藻 土 50~80%、石墨粉2~10%、粘结剂5~20%、悬浮分散剂1~3%，余量为溶剂和杂质； 所述粘结剂为聚丙烯酸盐或聚乙二醇中的一种或两种；所述聚丙烯酸盐为分子量为 15000~30000的聚丙烯酸钠和聚丙烯酸钾；所述聚乙二醇分子量为2000~8000 ; 所述悬浮分散剂为钠基膨润土和羧甲基纤维素； 所述溶剂为水和酒精。2. 根据权利要求1所述的防脱碳纳米涂料，其特征在于，所述纳米A1203粒度为20~ 100nm〇3. -种如权利要求1所述防脱碳纳米涂料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为： (1) 按质量配比称取：A1 (N03)3 21~84份、NH4HC03 24~93份、硅藻土 50~80份、石 墨粉2~10份、粘结剂5~20份、悬浮分散剂1~3份，备用；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防脱碳纳米涂料，其特征在于，其组成成分及wt%为：纳米Al2O3 5～20%、硅藻土50～80%、石墨粉2～10%、粘结剂5～20%、悬浮分散剂1～3%，余量为溶剂和杂质；所述粘结剂为聚丙烯酸盐或聚乙二醇中的一种或两种；所述聚丙烯酸盐为分子量为15000～30000的聚丙烯酸钠和聚丙烯酸钾；所述聚乙二醇分子量为2000～8000；所述悬浮分散剂为钠基膨润土和羧甲基纤维素；所述溶剂为水和酒精。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，徐承明，刘仁东，王永明，王旭，王科强，吕东，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21