一种耐腐蚀搪瓷材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及搪瓷材料技术领域，具体涉及耐腐蚀搪瓷材料及其制备方法。

背景技术

搪瓷材料是由金属和玻璃质无机材料经高温烧制而成的，搪瓷材料兼顾了金属和玻璃质无机材料的各自的优点，其具有耐腐蚀、耐高温、耐磨、稳定性好、光泽度优良等特点。然而，金属和玻璃质无机材料是两种结构不同、性能各异的材料，金属的加工性较好，玻璃质无机材料的加工性很差。金属的耐蚀性较差，但玻璃质无机材料的耐蚀性很好。金属和玻璃质无机材料的热膨胀系数差别也很大。釉层是玻璃质无机材料烧制后的得到的涂层，釉层与金属基体紧密结合，才能很好地发挥搪瓷材料的优点。现有技术还存在搪瓷材料釉层与金属基体结合不佳、耐腐蚀性能不高、耐磨性差、光泽度不良等问题，搪瓷材料的组成及制备工艺上仍有待改进。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种耐腐蚀搪瓷材料及其制备方法，制备的陶瓷材料不仅有优良的耐腐蚀性能，还有很好的耐磨性和光泽度。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：一种耐腐蚀搪瓷材料，其在特征在于，包括不锈钢基板和不锈钢基板上的搪瓷涂层；其中，以质量百分比计，不锈钢基板中C含量为0.01-0.03%，Cr含量为15-18%，Si含量为0.3-0.5%，Mn含量为1.5-2.3%，Al含量为0.5-0.8%，余量为Fe；搪瓷涂层由搪瓷釉制备而成，以质量百分比计，搪瓷釉原料中二氧化硅含量为20-30%、氧化铝含量为24-30%、氧化硼含量为8-18%、氧化钠含量为12-20%、二氧化钒含量为8-15%、五氧化二铌含量为6-10%；搪瓷涂层的厚度为30-48um。

优选地，所述不锈钢基板中Cr含量为16%。

优选地，所述不锈钢基板中Al含量为0.6%。

优选地，所述搪瓷釉原料中二氧化硅含量为24%。

优选地，所述搪瓷釉原料中二氧化钒含量为10%。

优选地，所述搪瓷釉原料中五氧化二铌含量为8%。

烧结过程中，不锈钢基板中的Fe与氧会形成氧化亚铁、氧化铁，Cr与氧形成氧化铬，Al与氧形成氧化铝，氧化亚铁、氧化铁、氧化铬、氧化铝会向搪瓷釉扩散，这些氧化物在搪瓷釉与不锈钢基体间形成梯度层，紧靠陶瓷釉的氧化物主要为氧化铝，其次为氧化铬，这样的形成梯度层有利于不锈钢基体与搪瓷涂层的紧密结合，对搪瓷材料耐蚀性、耐磨性有明显的提升作用。不锈钢基板中Cr含量为16%，Al含量为0.6%时作用更好。

搪瓷涂层中的元素也会向不锈钢基板扩散，二氧化硅促进搪瓷釉中元素与基体元素的相互扩散，加快氧化亚铁、氧化铁的扩散速度。二氧化钒能促进搪瓷釉对不锈钢基体的浸润，提高氧化铬的扩散速度，促进搪瓷涂层与基体的结合强度。五氧化二铌能明显提高氧化铝进入陶瓷釉的速度，有利于在搪瓷釉与不锈钢基体间形成良好的梯度层。二氧化硅还能提高搪瓷涂层的耐腐蚀稳定性，二氧化钒能提高搪瓷涂层的强度和光泽度，五氧化二铌能降低搪瓷釉的粘度，提高浸润性，烧结时提高基体与搪瓷釉的浸润能力，改善结合强度。但二氧化硅、二氧化钒过多会导致烧结温度过高。五氧化二铌过多会导致表面张力不佳，烧结时容易出现缺陷。优选地，搪瓷釉原料中二氧化硅含量为24%，二氧化钒含量为10%，五氧化二铌含量为8%，形成的梯度层结构更加合理，耐蚀性、耐磨性、光泽度更好。

一种耐腐蚀搪瓷材料的制备方法，该方法包括：不锈钢基板的预处理，经酸洗后烘干备用；将搪瓷釉原料按配比配料，将配料进行球磨混合得到混合料，将混合料放入加热炉中加热至600-650℃，保温10-20min；再加热至1150-1230℃保温30-50min，得到熔融的搪瓷釉料，将搪瓷釉料熔液进行水淬并烘干得到熔块；将熔块进行研磨得到粉状搪瓷釉，再加入乙醇得到搪瓷釉浆，将预处理后的不锈钢基板浸入搪瓷釉浆中得到搪瓷涂层的厚度为30-48um，将不锈钢基板取出烘干后，在700-760℃进行烧结处理，烧结时间为60-90s，即得耐腐蚀搪瓷材料。

优选地，混合料放入加热炉中加热至720℃，保温16min。

优选地，再加热至1200℃保温40min。

优选地，在730℃进行烧结处理，烧结时间为80s。

烧结温度和时间是保证搪瓷涂层与基体良好的结合重要条件，对搪瓷材料的耐腐蚀性、耐磨性和光泽度有至关重要的影响。烧结温度过低导致结合强度过低，烧结温度过高导致搪瓷釉料在基体中的溶解度降低，不利于结合强度，且铁会过渡氧化，不利于形成希望的梯度层结构。烧结时间过短，搪瓷涂层的光泽度较差且结合强度低，烧结时间过长，产生的氧化物没有良好的梯度结构，阻碍搪瓷涂层与基体的结合。优选地，在730℃进行烧结处理，烧结时间为80s。

本发明具有以下有益效果：

1、本申请的陶瓷材料不仅有优良的耐腐蚀性能，还有很好的耐磨性和光泽度。不锈钢基板中Cr含量为16%，Al含量为0.6%时，搪瓷材料形成的梯度层对材料耐蚀性、耐磨性有明显的提升作用。

2、搪瓷釉原料中二氧化硅含量为24%，二氧化钒含量为10%，五氧化二铌含量为8%，形成的梯度层结构更加合理，耐蚀性、耐磨性、光泽度更好。

3、烧结温度和时间是保证搪瓷涂层与基体良好的结合重要条件，对搪瓷材料的耐腐蚀性、耐磨性和光泽度有至关重要的影响。优选地，在730℃进行烧结处理，烧结时间为80s。

4、本申请搪瓷材料的硬度在15.3-17.2GPa之间。耐腐蚀性能测试：室温下，将搪瓷材料放入溶度10%的NaOH溶液中停留48h，搪瓷材料失重0.03-0.08mg/cm

具体实施方式

以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的材料、方法为本技术领域常规材料、方法。

实施例1

一种耐腐蚀搪瓷材料，其在特征在于，包括不锈钢基板和不锈钢基板上的搪瓷涂层；其中，以质量百分比计，不锈钢基板中C含量为0.01%，Cr含量为18%，Si含量为0.3%，Mn含量为2.3%，Al含量为0.5%，余量为Fe；搪瓷涂层由搪瓷釉制备而成，以质量百分比计，搪瓷釉原料中二氧化硅含量为20%、氧化铝含量为30%、氧化硼含量为8%、氧化钠含量为20%、二氧化钒含量为15%、五氧化二铌含量为7%；搪瓷涂层的厚度为30um。

耐腐蚀搪瓷材料的制备方法，该方法包括：不锈钢基板的预处理，经酸洗后烘干备用；将搪瓷釉原料按配比配料，将配料进行球磨混合得到混合料，将混合料放入加热炉中加热至600℃，保温20min；再加热至1150℃保温50min，得到熔融的搪瓷釉料，将搪瓷釉料熔液进行水淬并烘干得到熔块；将熔块进行研磨得到粉状搪瓷釉，再加入乙醇得到搪瓷釉浆，将预处理后的不锈钢基板浸入搪瓷釉浆中得到搪瓷涂层的厚度为30um，将不锈钢基板取出烘干后，在700℃进行烧结处理，烧结时间为90s，即得耐腐蚀搪瓷材料。

经测试，搪瓷材料的硬度为15.3GPa。耐腐蚀性能测试：室温下，将搪瓷材料放入溶度10%的NaOH溶液中停留48h，搪瓷材料失重0.08mg/cm

实施例2

一种耐腐蚀搪瓷材料，其在特征在于，包括不锈钢基板和不锈钢基板上的搪瓷涂层；其中，以质量百分比计，不锈钢基板中C含量为0.03%，Cr含量为15%，Si含量为0.5%，Mn含量为1.5%，Al含量为0.8%，余量为Fe；搪瓷涂层由搪瓷釉制备而成，以质量百分比计，搪瓷釉原料中二氧化硅含量为28%、氧化铝含量为24%、氧化硼含量为18%、氧化钠含量为12%、二氧化钒含量为8%、五氧化二铌含量为10%；搪瓷涂层的厚度为48um。

耐腐蚀搪瓷材料的制备方法，该方法包括：不锈钢基板的预处理，经酸洗后烘干备用；将搪瓷釉原料按配比配料，将配料进行球磨混合得到混合料，将混合料放入加热炉中加热至650℃，保温10min；再加热至1230℃保温30min，得到熔融的搪瓷釉料，将搪瓷釉料熔液进行水淬并烘干得到熔块；将熔块进行研磨得到粉状搪瓷釉，再加入乙醇得到搪瓷釉浆，将预处理后的不锈钢基板浸入搪瓷釉浆中得到搪瓷涂层的厚度为48um，将不锈钢基板取出烘干后，在760℃进行烧结处理，烧结时间为60s，即得耐腐蚀搪瓷材料。

搪瓷材料的硬度为15.5GPa。耐腐蚀性能测试：室温下，将搪瓷材料放入溶度10%的NaOH溶液中停留48h，搪瓷材料失重0.07mg/cm

实施例3

一种耐腐蚀搪瓷材料，其在特征在于，包括不锈钢基板和不锈钢基板上的搪瓷涂层；其中，以质量百分比计，不锈钢基板中C含量为0.01%，Cr含量为16%，Si含量为0.3%，Mn含量为2.3%，Al含量为0.6%，余量为Fe；搪瓷涂层由搪瓷釉制备而成，以质量百分比计，搪瓷釉原料中二氧化硅含量为20%、氧化铝含量为30%、氧化硼含量为8%、氧化钠含量为20%、二氧化钒含量为15%、五氧化二铌含量为7%；搪瓷涂层的厚度为30um。

耐腐蚀搪瓷材料的制备方法，该方法包括：不锈钢基板的预处理，经酸洗后烘干备用；将搪瓷釉原料按配比配料，将配料进行球磨混合得到混合料，将混合料放入加热炉中加热至600℃，保温20min；再加热至1150℃保温50min，得到熔融的搪瓷釉料，将搪瓷釉料熔液进行水淬并烘干得到熔块；将熔块进行研磨得到粉状搪瓷釉，再加入乙醇得到搪瓷釉浆，将预处理后的不锈钢基板浸入搪瓷釉浆中得到搪瓷涂层的厚度为30um，将不锈钢基板取出烘干后，在700℃进行烧结处理，烧结时间为90s，即得耐腐蚀搪瓷材料。

经测试，搪瓷材料的硬度为16.4GPa。耐腐蚀性能测试：室温下，将搪瓷材料放入溶度10%的NaOH溶液中停留48h，搪瓷材料失重0.06mg/cm

实施例4

一种耐腐蚀搪瓷材料，其在特征在于，包括不锈钢基板和不锈钢基板上的搪瓷涂层；其中，以质量百分比计，不锈钢基板中C含量为0.01%，Cr含量为16%，Si含量为0.3%，Mn含量为2.3%，Al含量为0.6%，余量为Fe；搪瓷涂层由搪瓷釉制备而成，以质量百分比计，搪瓷釉原料中二氧化硅含量为24%、氧化铝含量为30%、氧化硼含量为8%、氧化钠含量为20%、二氧化钒含量为10%、五氧化二铌含量为8%；搪瓷涂层的厚度为30um。

耐腐蚀搪瓷材料的制备方法，该方法包括：不锈钢基板的预处理，经酸洗后烘干备用；将搪瓷釉原料按配比配料，将配料进行球磨混合得到混合料，将混合料放入加热炉中加热至600℃，保温20min；再加热至1150℃保温50min，得到熔融的搪瓷釉料，将搪瓷釉料熔液进行水淬并烘干得到熔块；将熔块进行研磨得到粉状搪瓷釉，再加入乙醇得到搪瓷釉浆，将预处理后的不锈钢基板浸入搪瓷釉浆中得到搪瓷涂层的厚度为30um，将不锈钢基板取出烘干后，在700℃进行烧结处理，烧结时间为90s，即得耐腐蚀搪瓷材料。

经测试，搪瓷材料的硬度为16.9GPa。耐腐蚀性能测试：室温下，将搪瓷材料放入溶度10%的NaOH溶液中停留48h，搪瓷材料失重0.04mg/cm

实施例5

一种耐腐蚀搪瓷材料，其在特征在于，包括不锈钢基板和不锈钢基板上的搪瓷涂层；其中，以质量百分比计，不锈钢基板中C含量为0.01%，Cr含量为16%，Si含量为0.3%，Mn含量为2.3%，Al含量为0.6%，余量为Fe；搪瓷涂层由搪瓷釉制备而成，以质量百分比计，搪瓷釉原料中二氧化硅含量为24%、氧化铝含量为30%、氧化硼含量为8%、氧化钠含量为20%、二氧化钒含量为10%、五氧化二铌含量为8%；搪瓷涂层的厚度为30um。

耐腐蚀搪瓷材料的制备方法，该方法包括：不锈钢基板的预处理，经酸洗后烘干备用；将搪瓷釉原料按配比配料，将配料进行球磨混合得到混合料，将混合料放入加热炉中加热至720℃，保温160min；再加热至1200℃保温40min，得到熔融的搪瓷釉料，将搪瓷釉料熔液进行水淬并烘干得到熔块；将熔块进行研磨得到粉状搪瓷釉，再加入乙醇得到搪瓷釉浆，将预处理后的不锈钢基板浸入搪瓷釉浆中得到搪瓷涂层的厚度为30um，将不锈钢基板取出烘干后，在730℃进行烧结处理，烧结时间为80s，即得耐腐蚀搪瓷材料。

经测试，搪瓷材料的硬度为17.2GPa。耐腐蚀性能测试：室温下，将搪瓷材料放入溶度10%的NaOH溶液中停留48h，搪瓷材料失重0.03mg/cm

对比例1

一种耐腐蚀搪瓷材料，其在特征在于，包括不锈钢基板和不锈钢基板上的搪瓷涂层；其中，以质量百分比计，不锈钢基板中C含量为0.01%，Cr含量为25%，Si含量为0.3%，Mn含量为2.3%，Al含量为0.1%，余量为Fe；搪瓷涂层由搪瓷釉制备而成，以质量百分比计，搪瓷釉原料中二氧化硅含量为20%、氧化铝含量为30%、氧化硼含量为8%、氧化钠含量为20%、二氧化钒含量为15%、五氧化二铌含量为7%；搪瓷涂层的厚度为30um。

耐腐蚀搪瓷材料的制备方法，该方法包括：不锈钢基板的预处理，经酸洗后烘干备用；将搪瓷釉原料按配比配料，将配料进行球磨混合得到混合料，将混合料放入加热炉中加热至600℃，保温20min；再加热至1150℃保温50min，得到熔融的搪瓷釉料，将搪瓷釉料熔液进行水淬并烘干得到熔块；将熔块进行研磨得到粉状搪瓷釉，再加入乙醇得到搪瓷釉浆，将预处理后的不锈钢基板浸入搪瓷釉浆中得到搪瓷涂层的厚度为30um，将不锈钢基板取出烘干后，在700℃进行烧结处理，烧结时间为90s，即得耐腐蚀搪瓷材料。

经测试，搪瓷材料的硬度为9.3GPa。耐腐蚀性能测试：室温下，将搪瓷材料放入溶度10%的NaOH溶液中停留48h，搪瓷材料失重0.95mg/cm

对比例2

一种耐腐蚀搪瓷材料，其在特征在于，包括不锈钢基板和不锈钢基板上的搪瓷涂层；其中，以质量百分比计，不锈钢基板中C含量为0.01%，Cr含量为18%，Si含量为0.3%，Mn含量为2.3%，Al含量为0.5%，余量为Fe；搪瓷涂层由搪瓷釉制备而成，以质量百分比计，搪瓷釉原料中二氧化硅含量为20%、氧化铝含量为30%、氧化硼含量为8%、氧化钠含量为20%、二氧化钛含量为15%、氧化钙含量为7%；搪瓷涂层的厚度为30um。

耐腐蚀搪瓷材料的制备方法，该方法包括：不锈钢基板的预处理，经酸洗后烘干备用；将搪瓷釉原料按配比配料，将配料进行球磨混合得到混合料，将混合料放入加热炉中加热至600℃，保温20min；再加热至1150℃保温50min，得到熔融的搪瓷釉料，将搪瓷釉料熔液进行水淬并烘干得到熔块；将熔块进行研磨得到粉状搪瓷釉，再加入乙醇得到搪瓷釉浆，将预处理后的不锈钢基板浸入搪瓷釉浆中得到搪瓷涂层的厚度为30um，将不锈钢基板取出烘干后，在700℃进行烧结处理，烧结时间为90s，即得耐腐蚀搪瓷材料。

经测试，搪瓷材料的硬度为8.7GPa。耐腐蚀性能测试：室温下，将搪瓷材料放入溶度10%的NaOH溶液中停留48h，搪瓷材料失重1.13mg/cm

对比例3

一种耐腐蚀搪瓷材料，其在特征在于，包括不锈钢基板和不锈钢基板上的搪瓷涂层；其中，以质量百分比计，不锈钢基板中C含量为0.06%，Cr含量为10%，Si含量为0.3%，Mn含量为0.1%，Al含量为0.5%，余量为Fe；搪瓷涂层由搪瓷釉制备而成，以质量百分比计，搪瓷釉原料中二氧化硅含量为20%、氧化铝含量为30%、氧化硼含量为13%、氧化钠含量为15%、二氧化钒含量为5%、五氧化二铌含量为17%；搪瓷涂层的厚度为30um。

耐腐蚀搪瓷材料的制备方法，该方法包括：不锈钢基板的预处理，经酸洗后烘干备用；将搪瓷釉原料按配比配料，将配料进行球磨混合得到混合料，将混合料放入加热炉中加热至600℃，保温20min；再加热至1150℃保温50min，得到熔融的搪瓷釉料，将搪瓷釉料熔液进行水淬并烘干得到熔块；将熔块进行研磨得到粉状搪瓷釉，再加入乙醇得到搪瓷釉浆，将预处理后的不锈钢基板浸入搪瓷釉浆中得到搪瓷涂层的厚度为30um，将不锈钢基板取出烘干后，在900℃进行烧结处理，烧结时间为20s，即得耐腐蚀搪瓷材料。

经测试，搪瓷材料的硬度为7.6GPa。耐腐蚀性能测试：室温下，将搪瓷材料放入溶度10%的NaOH溶液中停留48h，搪瓷材料失重1.32mg/cm

可知采用本发明的搪瓷材料，其具有较高的硬度，形成的梯度层结构合理，耐蚀性、耐磨性、光泽度好。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。