一种耐铝液腐蚀的微晶玻璃及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐铝液腐蚀的微晶玻璃及其制备方法涂层，按质量分数计，其原料组成为：Al2O3 5~15%，B2O3 20~35%，SiO2 15~25%，M2O 20~35%，RO 10~20%；以上各原料质量分数之和为100%；其中RO由Co2O3和MnO2按质量比1:1混合而成。玻璃中的MnO2和Co2O3与金属基体表面的氧化物反应，在界面生成致密的MnFe2O4和CoFe2O4尖晶石层，不仅显著提高微晶玻璃与金属基材的附着力，而且能够隔绝金属基材与空气及铝液，有效阻止基材的热氧化及铝液腐蚀；其次，玻璃中K2O和Na2O不仅能够改善微晶玻璃的流动性，促进烧结过程，而且可提高涂层的抗热震性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属基材的耐铝液腐蚀领域，具体涉及一种耐铝液腐蚀的微晶玻璃及其制备方法。
技术介绍
铝及其合金产量居有色金属材料之首，广泛应用于交通、能源、食品、电子等领域。但铝液为腐蚀性最强的金属液之一，在熔炼、成形（铸造）及热浸镀铝的生产中易造成直接接触材料的腐蚀，大大缩短了这些材料的使用寿命。此外，材料在铝液中的溶解可能会污染铝液，使铝及其合金产品性能下降，甚至报废。提高材料的耐铝液腐蚀性能，可有效解决铝液污染、熔铝容器腐蚀穿孔及铝成型模具粘铝等一系列腐蚀问题。解决这些问题，对于提高生产质量和效率、延长容器和模具的使用寿命、降低成本、提高经济效益，均具现实意义。其中，利用金属表面涂覆陶瓷涂层的方法制备的材料，有耐高温、耐磨损、耐腐蚀的特性，与铁基附着牢固、抗热冲击性能优良、耐铝液腐蚀性能好等优点, 可有效地延长与铝液接触部件的使用寿命，并可显著减少涂料用量及涂覆工时。然而，陶瓷涂层的烧结需要在较高温度（通常在800℃以上）进行，而碳钢及低合金钢等基材在此温区已严重氧化，生成松脆的氧化层，难以与陶瓷涂层有效结合。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术公开了一种耐铝液腐蚀的微晶玻璃及其制备方法，通过玻璃中的MnO2和Co2O3与金属基体表面的氧化物（Fe2O3）反应，在界面生成致密的MnFe2O4和CoFe2O4尖晶石层，不仅显著提高微晶玻璃与金属基材的附着力，而且能够隔绝金属基材与空气及铝液，有效阻止基材的热氧化及铝液腐蚀，尖晶石自身良好的抗热震性还可以提升涂层的抗热震性；其次，玻璃中K2O和Na2O不仅能够改善微晶玻璃的流动性，促进烧结过程，而且与玻璃中的SiO2和Al2O3形成针状的长石相（KAlSi3O8和NaAlSi3O8），进一步提高涂层的抗热震性。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种耐铝液腐蚀的微晶玻璃，按质量分数计，其原料组成为：Al2O3 5%~15%，B2O3 20%~35%，SiO2 15%~25%，M2O 20%~35%，RO 10%~20%；以上各原料质量分数之和为100%；其中，M2O为Li2O、K2O、Na2O、Rb2O或Cs2O中的一种或几种混合物，RO由Co2O3和MnO2按质量比1:1混合而成。一种制备如上所述的耐铝液腐蚀的微晶玻璃的方法，包括以下步骤：（1）均匀混合配料：取分析纯原料：Al2O3、B2O3、SiO2、M2O和RO，用行星球磨机球磨24-48小时，使之混合均匀；（2）配料粉碎干燥：将步骤（1）球磨后的料经粉碎、干燥后，倒入铂金坩埚中；（3）烧结：将铂金坩埚置于电阻炉中，在空气气氛下经过1100-1200℃熔制，保温时间1-4小时；对熔制好的玻璃液，进行急冷，获得玻璃熔块，将玻璃熔块研磨成粉末过100目筛，制得微晶玻璃粉。所述的耐铝液腐蚀的微晶玻璃的应用：将微晶玻璃与粘结剂、分散剂和溶剂混合成浆料，在球磨机中球磨均匀分散；用丝网印刷的方法，涂覆于金属基体表面；将整体放入电阻炉当中，在电炉中以1-5℃/min的速率升温，在400-450℃保温0.5-4小时；然后以1-5℃/min的速率升温至650-750℃保温0.5-4小时，即烧结完成。其中，微晶玻璃与粘结剂、分散剂和溶剂的质量比为：80:2:1:17。所述的粘结剂为环氧树脂、甲基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛，聚乙烯醇中的一种或几种的混合物；所述的分散剂为鱼油、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺中的一种或几种的混合物；所述的溶剂为异丙醇、正丁醇、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮中的一种或几种的混合物。本文的显著优点在于：（1）玻璃中的MnO2和Co2O3与金属基体表面的氧化物（Fe2O3）反应，在界面生成致密的MnFe2O4和CoFe2O4尖晶石层，不仅显著提高微晶玻璃与金属基材的附着力，而且能够隔绝金属基材与空气及铝液，有效阻止基材的热氧化及铝液腐蚀；并且尖晶石自身良好的抗热震性还可以提升涂层的抗热震性；（2）玻璃中K2O和Na2O不仅能够改善微晶玻璃的流动性能，促进烧结过程，而且与玻璃中的SiO2和Al2O3形成针状的长石相（KAlSi3O8和NaAlSi3O8），进一步提高涂层的抗热震性；（3）本专利技术选择的制备原料简单，易得，工艺稳定。选用相应的氧化物为源物质，使它们均匀混合，熔化和后续热处理中始终保持高比例的混合和分配状态，成本低，工艺简单、可行，达到了实用化和工业化的条件。附图说明图1为实施例1-3的涂层涂覆后的XRD图谱；图2为实施例4的涂层涂覆后的SEM图。具体实施方式一种耐铝液腐蚀的微晶玻璃，按质量分数计，其原料组成为：Al2O3 5%~15%，B2O3 20%~35%，SiO2 15%~25%，M2O 20%~35%，RO 10%~20%；以上各原料质量分数之和为100%；其中，M2O为Li2O、K2O、Na2O、Rb2O或Cs2O中的一种或几种混合物，RO由Co2O3和MnO2按质量比1:1混合而成。一种制备如上所述的耐铝液腐蚀的微晶玻璃的方法，包括以下步骤：（1）均匀混合配料：取分析纯原料：Al2O3、B2O3、SiO2、M2O和RO，用行星球磨机球磨24-48小时，使之混合均匀；（2）配料粉碎干燥：将步骤（1）球磨后的料经粉碎、干燥后，倒入铂金坩埚中；（3）烧结：将铂金坩埚置于电阻炉中，在空气气氛下经过1100-1200℃熔制，保温时间1-4小时；对熔制好的玻璃液，进行急冷，获得玻璃熔块，将玻璃熔块研磨成粉末过100目筛，制得微晶玻璃粉。所述的耐铝液腐蚀的微晶玻璃的应用：将微晶玻璃与粘结剂、分散剂和溶剂混合成浆料，在球磨机中球磨均匀分散；用丝网印刷的方法，涂覆于金属基体表面；将整体放入电阻炉当中，在电炉中以1-5℃/min的速率升温，在400-450℃保温0.5-4小时；然后以1-5℃/min的速率升温至650-750℃保温0.5-4小时，即烧结完成。其中，微晶玻璃与粘结剂、分散剂和溶剂的质量比为：80:2:1:17。所述的粘结剂为环氧树脂、甲基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛，聚乙烯醇中的一种或几种的混合物；所述的分散剂为鱼油、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺中的一种或几种的混合物；所述的溶剂为异丙醇、正丁醇、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮中的一种或几种的混合物。为进一步公开而不是限制本专利技术，以下结合实例对本专利技术作进一步的详细说明。表1为实施例1-4中的封接微晶玻璃组分表（质量分数）实施例1一种制备耐铝液腐蚀的微晶玻璃的方法，包括以下步骤：1）按照表1的各组分的配比，称取分析纯原料（Al2O3、B2O3、SiO2、K2O、Na2O、Co2O3和MnO2），用行星球磨机球磨24小时混合均匀；2）将步骤（1）球磨后的料经粉碎、干燥后，倒入铂金坩埚中；3）将铂金坩埚置于箱式电阻炉中，在空气气氛下，以3℃/min加热至1100℃，保温1小时；然后，取出坩埚，将熔体倒入去离子水中急冷，干燥获得玻璃熔体的碎块；研磨，过100目筛，得到玻璃粉体。具体应用：将玻璃粉与聚乙烯醇、鱼油、丙酮和甲苯（质量百分比依次为80%、2%、1%、10%、7%）混合成浆料，在球磨机中球磨均匀分散；用丝网印刷的方法，涂覆于金属基体表面；将整体放入电阻炉当中，在电炉中以2℃/min的速率升温，在420 ℃保温1小时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐铝液腐蚀的微晶玻璃，其特征在于：按质量分数计，其原料组成为：Al2O3 5%~15%，B2O3 20%~35%，SiO2 15%~25%，M2O 20%~35%，RO 10%~20%；以上各原料质量分数之和为100%；其中，M2O为Li2O、K2O、Na2O、Rb2O或Cs2O中的一种或几种混合物，RO由Co2O3和MnO2按质量比1:1混合而成。

【技术特征摘要】
1.一种耐铝液腐蚀的微晶玻璃，其特征在于：按质量分数计，其原料组成为：Al2O3 5%~15%，B2O3 20%~35%，SiO2 15%~25%，M2O 20%~35%，RO 10%~20%；以上各原料质量分数之和为100%；其中，M2O为Li2O、K2O、Na2O、Rb2O或Cs2O中的一种或几种混合物，RO由Co2O3和MnO2按质量比1:1混合而成。2.一种制备如权利要求1所述的耐铝液腐蚀的微晶玻璃的方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）均匀混合配料：取分析纯原料：Al2O3、B2O3、SiO2、M2O和RO，用行星球磨机球磨24-48小时，使之混合均匀；（2）配料粉碎干燥：将步骤（1）球磨后的料经粉碎、干燥后，倒入铂金坩埚中；（3）烧结：将铂金坩埚置于电阻炉中，在空气气氛下经过1100-1200℃熔制，保温时间1-4小时；对熔制好的玻璃液，进行急冷，获得玻璃熔块，将玻璃熔块研磨成粉末过...

【专利技术属性】
技术研发人员：张腾，杜欣航，林芬，刘鸿琳，林德伟，唐电，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35