不锈钢工件热处理用高温防氧化涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及不锈钢热处理技术领域，具体是一种不锈钢工件热处理用高温防氧化涂料及 其制备方法。

背景技术

不锈钢工件热处理工序，包括固熔热处理、均质化热处理、正火热处理、淬火热处理、 稳定化退火处理、消除应力处理、敏化处理以及正常的工件热加工过程的加热处理工序；不 锈钢工件如钢锭、钢坯、钢板以及其他不锈钢材质型材物品，在热处理加工工序中需要将工 件放入工业热处理炉或加热炉内加热，一般加热温度600-1100℃；目前采用的是将工件裸露 放入炉内加热的方式，此种加热方式存在着以下缺点：

1、不锈钢物料在加热过程中与炉内气体发生传质：

(a)不锈钢金属组分与炉内氧化性气氛发生化学反应，即金属元素从炉气中吸入氧元素， 在金属表面生成氧化物，产生氧化烧损，降低金属收得率；生成的氧化铁皮复杂，利用和处 置难度大，浪费了宝贵的金属资源；

(b)不锈钢金属内的微量元素被炉气带走，在基体表面形成微量元素流失层，如含钼元 素不锈钢类，钼的挥发直接影响不锈钢工件的表面质量；

2、经过热处理工艺后发生氧化的不锈钢表面产生难以去除的氧化铁皮，一般需要通过强 酸如硝酸与氢氟酸复合酸进行表面酸洗：

通常经过热处理的不锈钢工件，酸洗工序在不锈钢行业必不可少，在一定程度上影响了 生产效率，同时消耗了大量的酸液，酸洗环境对工作人员健康造成一定的影响；废酸液会带 来二次污染问题，尤其是含氟废液，储存或处理不力会对空气和地下水形成永久的危害。不 锈钢废酸再生或处置投资巨大，同时还受处理规模的影响；一般不锈钢热处理企业相对分散， 处置规模较小，废酸产生量小，连续性废酸再生系统很难实现稳定运行，因此难免出现偷排 或泄漏现象。

从源头防治污染，优化原料投入，依法依规淘汰落后生产工艺技术。积极践行绿色生产方式，大力开展技术创新，加大清洁生产推行力度，加强全过程管理，减少污染物排放。提供资源节约、环境友好的产品和服务。落实生产者责任延伸制度。在没有好的切实可行的源头治污技术的前提下，环保政策执行过程中治污成本和生产环保压力是不锈钢热处理尤其是涉及到酸洗工序的企业的一把利剑，从长远来看，问题没能得到很好的解决。

在金属工件常规使用中，涂料或油漆保护应用非常广泛；保护下的金属长时间能够保证 基体的原始金属色，防止常温条件下腐蚀氧化；如家电产品、汽车、工程机械、钢结构、屋 面钢板等，均采用涂料或油漆对金属进行保护，同时具有美观的效果。

高温涂料在高温热工设备上的应用也相当广泛，主要仍然起到延缓或阻止金属零部件等 在高温环境下的腐蚀与氧化；能够完全阻止氧化的涂层材料就能保证金属材料在高温下的基 本表面性能，降到常温时如果涂层能够自动脱落或者简单的水洗就能溶解剥落下来，就能恢 复金属原有的表面颜色；对于不锈钢而言，表面无氧化，即能够摒弃原有的酸洗工序，对提 升工件加工生产的效率、减少酸洗的消耗、废酸的处理以及必要氧化缺陷的修磨工序。

目前国内外对不锈钢高温防氧化涂料的研究较多，但很少能够达到涂料完全阻止不锈钢 高温氧化，真正实现高温环境下不锈钢零氧化效果的；另外，也未见报道不锈钢高温防氧化 涂料对不锈钢工件热处理保护后形成的涂层能够完全实现100％自动脱落或水洗脱落的；如中 国发明专利CN 102140265 A公开了一种不锈钢材质的耐高温涂料，其组成为35-50份纳米级 氧化铝，15-25份二氧化锰，10-15份硅酸钠，9份钴蓝，10-15份锂基膨润土，16份三氧化 钼，8份氧化钴，15份氧化钙，10份氧化铝，15-20份氧化铁红，16-19份石墨，45-55份水， 按此重量比搅拌制成的涂料产品经工业试验证明，高温条件下的抗氧化保护效果良好，制备 简单，使用方便，有利于推广应用；但其不能100％实现不锈钢的高温防氧化，更没涉及到能 够减少酸洗工序；中国发明专利CN 106700665 A公开了一种不锈钢耐高温涂料，按照质量份 数包括氧化铝5-8份，硅酸纳18-40份，二氧化锰80-120份，氧化钙30-60份，钴蓝2-5份， 磷酸二氢铝25-30份；该发明涂料主要用于对不锈钢表面的涂覆保护作用，能够有效的阻止 金属材料的高温氧化，在不锈钢表面形成致密的保护膜，有效防止脱碳，原料廉价易得，制 备简单；该发明专利主要涉及到一些特殊场合的使用，例如加工工厂、制造车间等环境恶劣 的高温场所不锈钢的使用环境，所用到的涂料需要满足耐高温的条件，从用途来看该涂料属 于一种永久性涂层，则其肯定不具有自剥落性能。

中国发明专利CN101462859A公开了一种降低不锈钢在加热炉内氧化烧损的高温防氧化 涂料，其特征在于其由含46％-92％的基本填料和8％-54％的复合粘结剂的固体物料与相当于 固体物料重量0.5-20倍的水组成；基本填料的化学成分为二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化 钙、氧化硼中的几种，复合粘结剂由硅酸钠、硅酸锂、硅酸钾、磷酸铝中的几种组成；此涂 料既可常温涂覆，又可喷涂于室温至1000℃的不锈钢钢坯表面；涂料在高温时形成保护涂层， 可大大减少不锈钢在1400℃下的高温氧化烧损，单位面积氧化烧损降低90％以上，出炉后氧 化铁皮在降温或高压水作用下可剥离完全，产生的氧化铁皮量亦明显减少，不锈钢表面质量 显著提高；该发明专利更倾向于在轧钢厂加热炉内的涂料应用，其效果能够达到90％以上， 但没有绝对实现100％防氧化，同时轧制工艺决定了后期钢坯轧制过程仍然有二次氧化产生， 不可避免的仍要在下游进行酸洗处理才能使不锈钢表面达到白化状态。

长兴天晟能源科技有限公司2016年提交的几项发明专利申请包括CN106634557A，CN106634557A，CN106700897A，CN106700899A，CN106811110A公开了五种SiAlON基 不锈钢用耐高温抗氧化涂料，其系列涂料公布了在轧钢、热处理等工序不锈钢钢坯上应用， 缓解了涂层高温开裂的问题，提高了抗氧化能力，但从其应用实施例中可以看出涂料对不锈 钢的高温防氧化效果均在90％以上，没有提到能够实现基体零氧化，更没有体现能够对下游酸洗工序的影响，可以推测其涂层应用不能代替下游的酸洗工序。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，从而提供一种能够对热处理工艺过程中的不锈钢工件实现 100％防氧化效果同时完成热处理加热后涂层能够100％自动脱落的不锈钢工件热处理用高温 防氧化涂料及其制备方法。

本发明解决所述问题，首先提供一种不锈钢工件热处理用高温防氧化涂料，采用的技术 方案是：

一种不锈钢工件热处理用高温防氧化涂料，由涂料粉料和水组成，涂料粉料由以下重量 百分比的原料组成：蒙脱土30％-45％，羟基氧化铁1％-5％，水镁石20％-30％，铁酸钙1％-5％， 络合镁铝胶粘剂30％-35％；涂料粉料与水的重量比为2:1。

本发明还提供了一种如上所述的不锈钢工件热处理用高温防氧化涂料的制备方法，包括 如下步骤：

S1、按照如上配方称取各组分；

S2、把涂料粉料和水按重量比2:1混合球磨成浆料，混好后球磨至粒度200-400目即得 涂料。

采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其突出的特点是：

本发明与其它防护涂层相比，涂覆工艺简单、成本低廉，暂时性防氧化效果高，后续自 动剥落，没有涂层清除难度；应用本发明的涂料喷涂于不锈钢工件表面形成的防氧化涂层给 受热工件表面创造了零氧化气氛接触的环境，起到了绝对防止氧化的作用；该涂料具有实现 不锈钢加热过程表面零烧损，金属中微量合金元素零脱失，保证不锈钢表面与内部材质的一 致性，进而提高工件表面质量，热处理后涂层自剥落，缓解了后续酸洗的工序，提高了生产 效率，降低了生产过程由于酸洗带来的环保压力。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步说明，目的仅在于更好地理解本发明内容，因此，所 举之例并不限制本发明的保护范围。

实施例1

304奥氏体不锈钢在900℃以上热处理过程中氧化腐蚀严重；将本发明涂料粉料与水按2： 1比例充分搅拌混合，获得涂料浆料，其中涂料粉料按下表内重量百分比由蒙脱土、羟基氧 化铁、水镁石、铁酸钙、络合镁铝胶粘剂组成；喷涂于304奥氏体不锈钢表面，涂层厚度100 μm；涂覆涂层后的304奥氏体不锈钢在1050℃的固熔热处理过程中表现出良好的抗氧化能 力，氧化5小时未见涂层开裂，出炉后涂层自动剥落，钢件加热过程氧化烧损为0。

实施例1涂料粉料组成(重量百分比)：

实施例2

316L奥氏体不锈钢在950℃以上氧化腐蚀严重；将本发明涂料粉料与水按2：1比例充分 搅拌混合，获得涂料浆料，其中涂料粉料按下表内重量百分比由蒙脱土、羟基氧化铁、水镁 石、铁酸钙、络合镁铝胶粘剂组成；喷涂于316L奥氏体不锈钢表面，涂层厚度150μm；涂覆涂层后的316L奥氏体不锈钢在980℃的热处理过程中表现出良好的抗氧化能力，氧化3小时未见涂层开裂，出炉后涂层自动剥落，氧化烧损为0。

实施例2涂料粉料组成(重量百分比)：

实施例3

410铁素体不锈钢，在700℃以上氧化腐蚀严重；将本发明涂料粉料与水按2：1比例充 分搅拌混合，获得涂料浆料，其中涂料粉料按下表内重量百分比由蒙脱土、羟基氧化铁、水 镁石、铁酸钙、络合镁铝胶粘剂组成；喷涂于410铁素体不锈钢表面，涂层厚度200μm；涂覆涂层后的410不锈钢在920℃的热处理过程中表现出良好的抗氧化能力，加热2小时基体氧化烧损为0，出炉后涂层自动剥落。

实施例3涂料粉料组成(重量百分比)：

实施例4

0Cr13是马氏体不锈钢，在800℃以上氧化腐蚀严重；将本发明涂料粉料与水按2：1比 例充分搅拌混合，获得涂料浆料，其中涂料粉料按下表内重量百分比由蒙脱土、羟基氧化铁、 水镁石、铁酸钙、络合镁铝胶粘剂组成；喷涂于0Cr13马氏体不锈钢表面，涂层厚度250μm； 涂覆涂层后的0Cr13马氏体不锈钢在1000℃的热处理过程中表现出良好的抗氧化能力，加热 4小时基体氧化烧损为0，出炉后涂层自动剥落。

实施例4涂料粉料组成(重量百分比)：

实施例5

0Cr26Ni5Mo2奥氏体-铁素体双相不锈钢，在1000℃以上氧化腐蚀严重；将本发明涂料 粉料与水按2：1比例充分搅拌混合，获得涂料浆料，其中涂料粉料按下表内重量百分比由蒙 脱土、羟基氧化铁、水镁石、铁酸钙、络合镁铝胶粘剂组成；喷涂于0Cr26Ni5Mo2奥氏体- 铁素体双相不锈钢表面，涂层厚度300μm。涂覆涂层后的0Cr26Ni5Mo2奥氏体-铁素体双相 不锈钢在1100℃的热处理过程中表现出良好的抗氧化能力，加热10小时基体氧化烧损为0， 出炉后涂层自动剥落。

实施例5涂料粉料组成(重量百分比)：

综上所述，本发明涂料直接喷涂或涂刷于待热处理不锈钢表面，形成的涂层厚度为 100-300μm，可有效防止不锈钢工件在热处理炉中的氧化烧损，氧化烧损降低100％，涂层 防护的工件热处理出炉后能够100％实现涂层自动剥落；所述不锈钢工件材质可以为镍铬系奥 氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、双相不锈钢及沉淀硬化型不锈钢；所述涂料的 应用防氧化温度为600～1100℃，防氧化时间为1-10小时；所述不锈钢工件热处理工艺包括 固熔热处理、均质化热处理、正火热处理、淬火热处理、稳定化退火处理、消除应力处理、 敏化处理以及正常的工件热加工过程的加热处理工序。

本发明与其它防护涂层相比，涂覆工艺简单、成本低廉，暂时性防氧化效果高，后续自 动剥落，没有涂层清除难度；应用本发明的涂料喷涂于不锈钢工件表面形成的防氧化涂层给 受热工件表面创造了零氧化气氛接触的环境，起到了绝对防止氧化的作用；该涂料具有实现 不锈钢加热过程表面零烧损，金属中微量合金元素零脱失，保证不锈钢表面与内部材质的一 致性，进而提高工件表面质量，热处理后涂层自剥落，缓解了后续酸洗的工序，提高了生产 效率，降低了生产过程由于酸洗带来的环保压力。

以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用 本发明说明书内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。