一种基于天然矿物的高温防氧化脱碳涂料.pdf

1、(10)申请公布号 CN 102786822 A(43)申请公布日 2012.11.21CN102786822A*CN102786822A*(21)申请号 201210292922.5(22)申请日 2012.08.17C09D 1/00(2006.01)C09D 7/12(2006.01)(71)申请人南京信息工程大学地址 210044 江苏省南京市宁六路219号(72)发明人刘斌 姚义俊 沈国柱 苏义盛群 楼之栋(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司 32200代理人曹翠珍(54) 发明名称一种基于天然矿物的高温防氧化脱碳涂料(57) 摘要一种基于天然矿物的高温防氧化脱碳涂料，以

2、该涂料干粉为基准，包含的组份以及含量如下：Al2O3：15-35wt%、SiO2：35-55wt%、Fe2O3:2-12wt%、MgO:2-10wt%、C：3-10wt%、Na2O:5-20wt%、CaO:0-5wt%、K2O:0-5wt%、使最终涂料浆料的密度在11001500kg/m3的水。首先按比例称取原料后，加水，球磨机研磨，然后200目筛，加入粘结剂钠水玻璃和水，使调节浆料的最终密度在11001500kg/m3。该涂料可以直接喷涂在钢材表面形成防护层，能显著降低钢材加热过程中的氧化烧损，改善钢材表面质量，且成本低，制备工艺简单。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书4页(19)

3、中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 4 页1/1页21. 一种基于天然矿物的高温防氧化脱碳涂料，其特征在于，以该涂料干粉为基准，包含的组份以及含量如下：Al2O3：15-35wt%、SiO2：35-55 wt%、Fe2O3:2-12wt%、MgO:2-10wt%、C：3-10wt%、Na2O:5-20wt%、CaO:0-5wt%、K2O:0-5wt%、使最终涂料浆料的密度在11001500kg/m3的水；提供成分Al2O3、SiO2、Fe2O3、MgO、Na2O、CaO、K2O的原料是镁铝硅酸盐天然矿物铝矾土，凹凸棒土和钠基膨润土，碳源是石墨。2.根据权

4、利要求1所述的基于天然矿物的高温防氧化脱碳涂料，其特征在于，以该涂料干粉为基准，包含的组份以及含量如下：Al2O3：15-30wt%、SiO2：35-50wt%、Fe2O3:2-6wt%、MgO:2-7wt%、C：3-7wt%、Na2O:5-15wt%、CaO:0.5-5wt%、K2O:0.5-5wt%、使最终涂料浆料的密度在11001500kg/m3的水。3.根据权利要求1所述的基于天然矿物的高温防氧化脱碳涂料，其特征在于，以该涂料干粉为基准，包含的组份以及含量如下：Al2O3：20-30wt%、SiO2：35-45wt%、Fe2O3:3-6wt%、MgO:3-7wt%、C：3-7wt%、N

5、a2O:5-10wt%、CaO:1-5wt%、K2O:1-5wt%、使最终涂料浆料的密度在11001500kg/m3的水。4.根据权利要求1所述的基于天然矿物的高温防氧化脱碳涂料，其特征在于，以该涂料干粉为基准，包含的组份以及含量如下：Al2O3：20-25wt%、SiO2：35-40wt%、Fe2O3:3-5wt%、MgO:3-6wt%、C：5-7wt%、Na2O:10-20wt%、CaO:2-5wt%、K2O:2-5wt%、使最终涂料浆料的密度在11001500kg/m3的水。5.基于权利要求1-4任一项所述的基于天然矿物的高温防氧化脱碳涂料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：a. 按比例

6、称取铝矾土，凹凸棒土，钠基膨润土和石墨，充分混合后，加入适量的水，放入球磨机的氧化铝球磨罐中，研磨；b. 将球磨的浆料湿态过200目筛，取筛下浆料，加入粘结剂钠水玻璃，并加入剩余的水，使调节浆料的最终密度在11001500kg/m3;c.高速搅拌均匀，即得到目标涂料。权 利 要 求 书CN 102786822 A1/4页3一种基于天然矿物的高温防氧化脱碳涂料技术领域0001 本发明属于高温防氧化脱碳涂料技术领域，具体涉及一种基于天然矿物的高温防氧化脱碳涂料。背景技术0002 钢铁热处理过程中氧化和脱碳的危害非常严重，通常因为钢材加热过程发生氧化造成的烧损率高达0.52.5%，这种氧化烧损不仅降

7、低了成材率，也会影响钢材的表面质量。在现有防钢铁高温氧化脱碳的方法中，最方便经济的方法是在钢材表面涂覆防氧化脱碳涂料形成保护层，阻止钢材表面在加热时的氧化/脱碳，在随后的冷却过程中使该保护层剥落，降低氧化铁皮的厚度，达到提高成材率，改善钢材表面质量的目的。这也要求所用的涂料在钢材表面能形成完整致密的防护层，并且在钢材出炉后氧化铁皮和防护还应易于剥落，并尽可能减薄氧化铁皮，使热处理后的钢材表面仍保持原有的金属光泽。对此国内外科研工作者进行了大量的研究。日本新日铁公司研制的铝系防氧化脱碳涂料用于特殊钢，氧化烧损减少了近90%；美国NALCO化学公司研制的NALCO84MB264涂料，能使钢的氧化烧

8、损减少80%左右。国内武钢研制的硅钢板坯加热用防氧化涂料，可降低钢的氧化烧损70%；包钢研制的高温防氧化钢坯涂料用于低碳钢，涂层可以使钢坯在炉内氧化程度减少40-60%。这些涂料虽然保护效果好，但是价格高，应用的普遍性不高，中国专利CN101760599公布的用于钢坯防氧化涂料，有效地降低了钢板氧化烧损，改善了钢板表面质量。但涂料中的镁铬质由于体积不稳定性，容易造成涂料在使用过程开裂现象，影响涂层的整体性，降低了防氧化效果。中国专利CN1036396以普通镁砂，粘土硅酸盐熔块，工业三氧化二铬和三聚磷酸钠为主要原料的防氧化涂料，在硅钢板上涂覆取得了较好的防氧化烧损效果，但存在的不足是粘土硅酸盐熔

9、块需要预先烧成，且含有价格较高的氧化锆成分，造成工艺复杂，成本较高。专利CN101426938和200610076257.0的防氧化脱碳涂料虽然都以矿物质为主要原料，但他们分别加入了大量三氧化二铬和氧化锆等高成本原料，增加了其成本。因此研究一种价格便宜、保护效果好的防氧化脱碳涂料具有十分重要的意义。0003 发明目的本发明为了克服上述技术中的不足，提供了一种基于天然矿物成分的高温防氧化脱碳涂料，该涂料可以直接喷涂在钢材表面形成防护层，能显著降低钢材加热过程中的氧化烧损，改善钢材表面质量，且成本低，制备工艺简单。0004 技术方案为了达到上述目的，本发明提供一种钢的防氧化脱碳涂料，以该涂料干粉为

10、基准，包含的组份以及含量如下：Al2O3：15-35wt%、SiO2：35-55 wt%、Fe2O3:2-12wt%、MgO:2-10wt%、C：3-10wt%、Na2O:5-20wt%、CaO:0-5wt%、K2O:0-5wt%、使最终涂料浆料的密度在11001500kg/m3的水。0005 或者，以该涂料干粉为基准，包含的组份以及含量如下：Al2O3：15-30wt%、SiO2：35-50wt%、Fe2O3:2-6wt%、MgO:2-7wt%、C：3-7wt%、Na2O:5-15wt%、CaO:0.5-5wt%、说 明 书CN 102786822 A2/4页4K2O:0.5-5wt%、使最

11、终涂料浆料的密度在11001500kg/m3的水。0006 以该涂料干粉为基准，包含的组份以及含量如下：Al2O3：20-30wt%、SiO2：35-45wt%、Fe2O3:3-6wt%、MgO:3-7wt%、C：3-7wt%、Na2O:5-10wt%、CaO:1-5wt%、K2O:1-5wt%、使最终涂料浆料的密度在11001500kg/m3的水。0007 以该涂料干粉为基准，包含的组份以及含量如下：Al2O3：20-25wt%、SiO2：35-40wt%、Fe2O3:3-5wt%、MgO:3-6wt%、C：5-7wt%、Na2O:10-20wt%、CaO:2-5wt%、K2O:2-5wt%

12、、使最终涂料浆料的密度在11001500kg/m3的水。防氧化脱碳涂料的制备工艺，包括如下步骤：a. 按比例称取铝矾土，凹凸棒土，钠基膨润土和石墨，充分混合后，加入适量的水，放入球磨机的氧化铝球磨罐中，180r/min球磨10分钟；作为优选，所述石墨为片状石墨。0008 b. 将球磨的浆料湿态过200目筛，取筛下浆料，加入粘结剂钠水玻璃，并加入剩余的水，使调节浆料的最终密度在11001500kg/m3。高速搅拌均匀，即得到目标涂料。0009 有益效果：（1） 提供上述Al2O3、SiO2、Fe2O3、MgO、Na2、CaO、K2O成分的原料是镁铝硅酸盐天然矿物铝矾土，凹凸棒土和钠基膨润土，具有

13、较高的分散性、耐高温性和流变性，并且还具有一定的粘结力，干燥收缩小，不易开裂，价格低廉。是以提供要求的化学成分为最终目的。由于不同矿物原料间成分的差异，选用不同的矿物原料时会有不同的原料配比，前提是满足上述主要化学组分的组成，其它微量组分可忽略不计。而加入的石墨粉是碳源，能起到夺氧的作用，使加热炉内的氧含量明显降低，减少脱碳。同时石墨具有层状结构，有耐高温特性，热膨胀系数很小，且抗热震性能良好，可以减少裂纹的产生。0010 （2） 本发明的高温防氧化脱碳涂料，既可喷涂或涂刷在钢铁的表面干燥成膜，又可直接喷涂在高温（1000以下）的钢坯表面，在高温作用下，体系水分挥发的同时，涂料中的功能组分与粘

14、结剂在基体表面发生瞬间聚合粘结，从而依靠钢材自身的热量形成了致密的涂层，使钢坯的高温氧化烧损降低5580%，而不改变钢坯基体的原有性能，大大提高了板坯成材率和产量，经济和社会效益非常可观。0011 （3）本发明的防氧化涂料可适用于多种钢材如普通碳钢和各种合金钢在8001300/210小时加热时的防氧化，热处理后涂层极易剥落，金属表面光滑，没有脱碳及合金元素流失现象。在热处理过程中，涂料与基体表面形成致密牢固的保护层，有效地防止了外界氧化性气体的渗透，阻止了基体表面的氧化和脱碳。由于涂层自始至终处于烧结态，体系中的粘结剂经过高温过程牢牢束缚其它的功能组分完好地封闭钢材表面，而在钢坯出炉后瞬间的表

15、面降温过程使得由于涂层基体热膨胀系数的显著不同而致使涂层自燃剥落能力加强。具体实施方式0012 以下通过具体实施例更进一步地描述本发明防氧化脱碳涂料的制备过程，但不限于此。0013 实施例1按干粉料化学成分：Al2O3：15wt%，SiO2：55wt%，Fe2O3: 3wt%，MgO: 3wt%，C：3wt%，Na2O: 20wt%，CaO: 0.5wt%，K2O: 0.5wt%，分别称取铝矾土，凹凸棒土，钠基膨润土，片状石墨，钠说 明 书CN 102786822 A3/4页5水玻璃。加水180r/min球磨10分钟后，过200目筛，加入钠水玻璃，高速搅拌均匀。加水调节到最终料浆的密度为110

16、0kg/m3，得到本发明的高温防氧化脱碳涂料。0014 将涂料涂覆于600的Q235B钢坯的表面，即形成一层灰色保护涂层。经热处理后，涂层保护后的氧化铁皮较未加涂层保护的氧化铁皮明显减薄，氧化烧损率降低60%以上，且涂层能够自然剥落，基体表面均匀光洁，无残留物。0015 实施例2按干粉料化学成分：Al2O3：35wt%，SiO2：40wt%，Fe2O3: 5wt%，MgO: 3wt%，C：10wt%，Na2O: 5wt%，CaO: 1wt%，K2O: 1wt%。分别称取铝矾土，凹凸棒土，钠基膨润土，片状石墨，钠水玻璃。加水180r/min球磨10分钟后，过200目筛，加入钠水玻璃，高速搅拌均匀

17、。加水调节到最终料浆的密度为1500kg/m3，得到本发明的高温防氧化脱碳涂料。0016 将涂料涂覆于800的30CrMo钢坯的表面，即形成一层灰色保护涂层。经热处理后，涂层保护后的氧化铁皮较未加涂层保护的氧化铁皮明显减薄，氧化烧损率降低70%以上，且涂层能够自然剥落，基体表面均匀光洁，无残留物。0017 实施例3按干粉料化学成分：Al2O3：20wt%，SiO2：45wt%，Fe2O3: 6wt%，MgO: 7wt%，C：7wt%，Na2O: 10wt%，CaO: 2wt%，K2O: 3wt%。分别称取铝矾土，凹凸棒土，钠基膨润土，片状石墨，钠水玻璃。加水180r/min球磨10分钟后，过2

18、00目筛，加入钠水玻璃，高速搅拌均匀。加水调节到最终料浆的密度为1400kg/m3，得到本发明的高温防氧化脱碳涂料。0018 将涂料涂覆于800的Q235B钢坯的表面，即形成一层灰色保护涂层。经热处理后，涂层保护后的氧化铁皮较未加涂层保护的氧化铁皮明显减薄，氧化烧损率降低70%以上，且涂层能够自然剥落，基体表面均匀光洁，无残留物。0019 实施例4按干粉料化学成分：Al2O3：25wt%，SiO2：50wt %，Fe2O3: 3wt%，MgO: 3wt%，C：3wt%，Na2O: 15wt%，CaO: 0.5wt%，K2O: 0.5wt%。分别称取铝矾土，凹凸棒土，钠基膨润土，片状石墨，钠水玻

19、璃。加水180r/min球磨10分钟后，过200目筛，加入钠水玻璃，高速搅拌均匀。加水调节到最终料浆的密度为1200kg/m3，得到本发明的高温防氧化脱碳涂。0020 将涂料涂覆于1000的30CrMo钢坯的表面，即形成一层灰色保护涂层。经热处理后，涂层保护后的氧化铁皮较未加涂层保护的氧化铁皮明显减薄，氧化烧损率降低60%以上，且涂层能够自然剥落，基体表面均匀光洁，无残留物。0021 实施例5按干粉料化学成分：Al2O3：30wt%，SiO2：35wt%，Fe2O3: 6wt%，MgO: 6wt%，C：5wt%，Na2O: 10wt%，CaO: 4wt%，K2O: 4wt%。分别称取铝矾土，凹

20、凸棒土，钠基膨润土，片状石墨，钠水玻璃。加水180r/min球磨10分钟后，过200目筛，加入钠水玻璃，高速搅拌均匀。加水调节到最终料浆的密度为1300kg/m3，得到本发明的高温防氧化脱碳涂料。0022 将涂料涂覆于1000的Q235B钢坯的表面，即形成一层灰色保护涂层。经热处理后，涂层保护后的氧化铁皮较未加涂层保护的氧化铁皮明显减薄，氧化烧损率降低70%以上，且涂层能够自然剥落，基体表面均匀光洁，无残留物。0023 实施例6 按干粉料化学成分：Al2O3：35wt%，SiO2：45wt%，Fe2O3: 2wt%，MgO: 2wt%，C：5.5wt%，说 明 书CN 102786822 A4

21、/4页6Na2O: 0.5wt%，CaO: 5wt%，K2O: 5wt%。分别称取铝矾土，凹凸棒土，钠基膨润土，片状石墨，钠水玻璃。加水180r/min球磨10分钟后，过200目筛，加入钠水玻璃，高速搅拌均匀。加水调节到最终料浆的密度为1150kg/m3，得到本发明的高温防氧化脱碳涂料。0024 将涂料涂覆于900的30CrMo钢坯的表面，即形成一层灰色保护涂层。经热处理后，涂层保护后的氧化铁皮较未加涂层保护的氧化铁皮明显减薄，氧化烧损率降低75%以上，且涂层能够自然剥落，基体表面均匀光洁，无残留物。0025 实施例7按干粉料化学成分：Al2O3：32wt%，SiO2：40wt%，Fe2O3:

22、 12wt%，MgO: 10wt%，C：5.5wt%，Na2O: 0.5wt%。分别称取铝矾土，凹凸棒土，钠基膨润土，片状石墨，钠水玻璃。加水180r/min球磨10分钟后，过200目筛，加入钠水玻璃，高速搅拌均匀。加水调节到最终料浆的密度为1350kg/m3，得到本发明的高温防氧化脱碳涂料。0026 将涂料涂覆于1000的Q235B钢坯的表面，即形成一层灰色保护涂层。经热处理后，涂层保护后的氧化铁皮较未加涂层保护的氧化铁皮明显减薄，氧化烧损率降低65%以上，且涂层能够自然剥落，基体表面均匀光洁，无残留物。0027 本说明书中所描述的实施例，其配方、工艺所取名称等可以不同。凡是依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或超越本权利要求所定义的范围，均属于本发明的保护范围。说 明 书CN 102786822 A