一种金属材料高温涂层保护剂及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种金属材料高温涂层保护剂及其应用，所述金属材料高温涂层保护剂，包括下述重量份的原料：石英粉：40‑60，三氧化二铝：10‑15，偏硅酸钠：10‑20，四硼酸钠：10‑20，石墨电极：0.01‑2，水：适量；使用时，先将钢材表面清洁干净，然后将配好的高温涂层保护剂涂刷或喷涂在钢材表面晾干，再以一定的升温程序升温至涂层在钢材表面形成致密的玻璃态的保护层，即可进行后续高温工艺；本发明专利技术的金属材料高温涂层保护剂，原料易得，配方简单，成本低廉；在实际生产中使用时，能够显著减少热加工时钢材的损耗达8‑10%，达到钢材表面无氧化或仅有轻微氧化，而无脱碳或渗碳层的效果，经济效益显著。

【技术实现步骤摘要】
一种金属材料高温涂层保护剂及其应用
本专利技术涉及钢铁材料制备
，特别是一种金属材料高温涂层保护剂及其应用。
技术介绍
黄石市是全国模具钢生产基地，其年产量约占全国的1/3。近年来模具钢的生产在工艺和品种上都有许多改进和创新，例如：采用高温扩散工艺（温度1200℃以上），超细化热处理工艺（1000℃以上）等，都需要在高温下保持10-24小时甚至更长。采用上述高温工艺均是为了使钢材内部成分均匀（降低偏析度）、组织细化匀称，有利于提高钢的韧性和耐蚀性，减小其各向异性等，能够大大提高钢材使用寿命，满足用户的要求，并取代进口产品。然而这种高温加热，却会带来钢材表面严重的氧化烧损（一般都在8%-10%），而且还会造成钢材表面脱碳严重（例如：轴承钢、模具钢等深度在2-3mm），而低碳钢种（如低碳不锈钢）又会出现异常增碳等缺陷。钢材表面氧化烧损，一方面会增加冶炼能源损耗，导致人工成本增加，材料损失增大，另一方面还会导致产品质量无法保证，对后续加工造成不可预测的缺陷隐患（如大型设备爆模）；钢材表面脱碳，会导致钢材表面出现一层脱碳层，导致钢材容易开裂，造成材料早期失效，甚至整个材料报废，目前的做法只能通过机加工去除钢材表面脱碳层，以避免钢材后续质量问题。针对钢材在高温工艺下容易出现氧化烧损和脱碳的问题，近几年我国一些大专院校、科研院所以此作为科研课题进行研究，取得了不少研究成果，防氧化脱碳涂料陆续上市。目前国内外一些机械行业，对要求尺寸精度很高的零部件，在锻轧时也采用涂料保护，或用不锈钢模保护法，例如锻造飞机涡轮盘和叶片等，但他们都是用酒精作为液化剂（易挥发、干的快），并加入有Cr2O3（绿色，有毒），而且是在短时间高温加热工艺中的应用，即采用电感应加热，时间稍长涂层就会失效。这些防氧化脱碳涂料产品存在以下几大缺陷：一是耐火度不够，不到1300℃即成熔融状态而流淌，涂料失去作用；二是涂层保护材料冷却后不易从钢件表面脱落，不论钢件是轧或锻，均造成表面夹杂，后患较大；三是使用特殊材料，配方保密，成本较高，且材料用途比较专一，再生利用率低。因此，研发一种原料来源广泛、使用范围广泛、成本低廉、重复利用率高，且无毒、无害、无挥发的环保型金属材料高温涂层保护剂，成为行业内亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对目前模具钢生产、加工过程中普遍需要一些高温工艺进行处理，以得到更好的产品性能，但目前钢材在高温工艺中容易出现氧化烧损和脱碳，现有的钢材高温防氧化脱碳涂料存在耐火度不够，使用后不容易从钢件表面脱落，用料特殊、成本高昂、且用途比较专一、不能重复利用等问题，提供一种金属材料高温涂层保护剂及其应用。本专利技术的一种金属材料高温涂层保护剂，包括下述重量份的原料：石英粉：40-60，三氧化二铝：10-15，偏硅酸钠：10-20，四硼酸钠：10-20，石墨电极：0.01-2，水：适量。优选地，本专利技术的一种金属材料高温涂层保护剂，包括下述重量份的原料：石英粉：50，三氧化二铝：12，偏硅酸钠：15，四硼酸钠：15，石墨电极：1，水：适量。所述的石英粉为200目石英粉，SiO2含量大于60%；所述三氧化二铝为回收级铝型材回收料，Al2O3含量在60%以上；所述偏硅酸钠为工业级五水偏硅酸钠；所述四硼酸钠为回收级或工业级产品，四硼酸钠含量为70%以上；所述石墨电极为回收级石墨电极。本专利技术的一种金属材料高温涂层保护剂，制备时，先将各固体原料分别磨成200目干粉，再按成分设计要求计算好配比之后，按配比量混合均匀，加入适量水强制搅拌均匀调成糊状或乳液状。本专利技术的一种金属材料高温涂层保护剂在金属材料高温工艺中的应用。本专利技术的一种金属材料高温涂层保护剂在金属材料高温工艺中的应用，包括下述步骤：（1）先将需要进行高温工艺的钢材表面除去油污或锈蚀等杂质，再用高压水枪冲刷或气枪吹扫，将钢材表面进一步清洁干净，晾干；（2）根据钢材表面高温涂层保护剂的涂刷工艺配制金属材料高温涂层保护剂，具体情况如下：A.若采用人工涂刷工艺，则将各固体原料磨至200目，加适量水调成糊状，然后用毛刷均匀涂刷在钢材表面，常温下晾至涂层干结，涂刷厚度为1-2mm；B.若采用喷涂工艺，则将各固体原料磨至200目，加适量水调成乳液状，将待涂刷钢材加热至50-100℃后进行机械喷涂，喷涂结束后保温至涂层干结，喷涂厚度为1-2mm；（3）涂好涂层的钢材，在80-100℃/h的升温速率下升温至600℃后，以180-200℃/h的升温速率升温至800℃；然后可快速率升温至1000-1300℃，保温2-3小时，即可在钢材表面形成一层致密的玻璃态保护膜；即可按待进行的高温工艺进行后续加工即可。本专利技术的金属材料高温涂层保护剂，所采用的原料虽然都是废旧原料回收，但是制成的涂层保护剂，适用温度范围为1000-1300℃，可以使金属材料在1000-1300℃下进行高温工艺处理，且高温工艺处理结束后，钢材表面无氧化层或仅有轻微氧化层，均无脱碳层（或渗碳层）产生。本专利技术的金属材料高温涂层保护剂，在钢材表面涂刷形成涂层后，钢材升温过程中，钢材升温至600-800℃时，涂层中的硼砂开始熔融，起到粘结剂的作用，将涂层牢牢地粘结在钢材表面，同时也将涂层中未熔颗粒粘结在一起，不使他们脱落；钢材升温至900-1000℃时，偏硅酸钠开始融化，这时整个涂层开始向玻璃态转变，此时，将钢材温度保持2-3小时，使钢材表面的涂层完全转化成玻璃态在钢材表面形成一层密封的保护膜；其中的三氧化二铝只参加部分反应，多余的三氧化二铝（熔点为2030℃）则形成骨架结构不再熔化（也可额外添加石棉纤维作为补充骨架材料），以防止黏糊状的玻璃膜在高温长时间加热下发生流淌。本专利技术的高温涂层保护剂，在钢材高温工艺下形成的玻璃态保护膜，是一种非晶态结构，致密而不透气，紧紧黏附在钢材表面，隔绝炉气中的氧、氢、氮、二氧化硫等有害气体，以避免钢材表面发生氧化或脱碳、渗碳现象。且本专利技术的高温涂层保护剂形成的玻璃态保护膜，在高温工艺结束后，钢材空冷过程中，形成的玻璃态保护膜会自动爆落，钢的表面无氧化铁皮，呈金黄色金属光泽；轴承钢和工模具钢表面仅有轻微氧化层，呈灰褐色，但无脱碳层。本专利技术的金属材料高温涂层保护剂，对原料要求低，其中三氧化二铝、四硼酸钠、石墨电极、玻璃均可采用回收级原料（其中玻璃可用玻璃纤维代替），石英粉要求纯度达到50-60%即可，偏硅酸钠选用工业级原料，各原料成本低廉，组成的高温涂层保护剂使用效果好。这是专利技术人充分利用了各原料的物理及化学特性，认真研究之后进行选择的，各原料的选择依据如下：其中石英粉、三氧化二铝中含有二氧化硅、三氧化二铝、氧化锆、氧化钛等成分，可以作为高温涂层保护剂的基体剂，提高高温涂层保护剂整体适用温度范围；四硼酸钠、玻璃中含有氧化钠、氧化钾、氧化硼等成分，可以作为高温涂层保护剂的助溶剂；石英粉中含有的氧化钛可以作为高温涂层保护剂的乳浊剂（覆盖剂），与助溶剂互相协同作用改善高温涂层保护剂的流动性；玻璃中含有的氧化钴、氧化钼、氧化铜、氧化锑等成分可以作为高温涂层保护剂的密着剂（骨架材料）；三氧化二铝、石墨电极熔点较高，可以作为高温涂层保护剂的碳化物（骨架材料），防止钢材氧化（去氧还原作用）。本专利技术的金属材料高温涂层保护剂，原本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属材料高温涂层保护剂，其特征在于包括下述重量份的原料：石英粉：40‑60，三氧化二铝：10‑15，偏硅酸钠：10‑20，四硼酸钠：10‑20，石墨电极：0.01‑2，水：适量。

【技术特征摘要】
1.一种金属材料高温涂层保护剂，其特征在于包括下述重量份的原料：石英粉：40-60，三氧化二铝：10-15，偏硅酸钠：10-20，四硼酸钠：10-20，石墨电极：0.01-2，水：适量。2.根据权利要求1所述的一种金属材料高温涂层保护剂，其特征在于包括下述重量份的原料：石英粉：50，三氧化二铝：12，偏硅酸钠：15，四硼酸钠：15，石墨电极：1，水：适量。3.根据权利要求1或2所述的一种金属材料高温涂层保护剂，其特征在于：所述的石英粉为200目石英粉，SiO2含量大于60%；所述三氧化二铝为回收级铝型材回收料，Al2O3含量在60%以上；所述偏硅酸钠为工业级五水偏硅酸钠；所述四硼酸钠为回收级或工业级产品，四硼酸钠含量为70%以上；所述石墨电极为回收级石墨电极。4.根据权利要求1或2所述的一种金属材料高温涂层保护剂，其特征在于：制备时，先将各固体原料分别磨成200目干粉，再按成分设计要求计算好配比之后，按配比量混合均匀，加入适量水强制搅拌均匀调成糊状或乳液状。5.如权利要求1或2所述的一种金属材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凡，潘自忠，李岩，张笑宁，徐先锋，张国庆，
申请(专利权)人：黄石华中模具材料研究所，湖北三冶重工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42