不锈钢工件热处理用高温防氧化玻璃涂层及其制备方法

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玻璃涂 层及其制备方法。

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；但其不能实现不锈钢的100％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。

由上述可知，目前国内热处理所使用的涂层大部分为硅酸盐或者低温重金属玻璃，其虽 然能够对金属包括不锈钢起到一定保护作用，但是其会对金属表面性能产生影响，后续处理 比较麻烦，必须经过机械去皮或酸洗提高表面质量；机械去皮容易造成金属的浪费，酸洗不 仅会造成金属的浪费而且会造成环境的污染；因此，亟需研究开发出能够在加热过程中能够 充分保护金属，且使后续处理工序简单化方便化，避免造成金属的不必要性浪费；使金属的 性能和生产成本得到有效的控制。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，从而提供一种不锈钢工件热处理用高温防氧化玻璃涂层及其 制备方法，其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，同时其完成热处 理保护后能够在水中溶解溃散，从不锈钢表面100％剥除干净，充分简化其后续处理工序和避 免在后续处理中带来金属的浪费和污染环境现象的出现，从而使工件的性能和生产成本得到 有效的控制，生产环境得到有效的改善。

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玻璃涂层，采用的 技术方案是：

一种不锈钢工件热处理用高温防氧化玻璃涂层，由涂层粉料和水组成，涂层粉料由以下 重量百分比的原料组成：钠基蒙脱土30％-45％，羟基氧化铁1％-5％，硼镁石20％-30％氧化 锌1％-5％，二氧化锡0.1％-5％，多聚磷酸铝20％-35％；涂层粉料与水的重量比为1:1。

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玻璃涂层的制备方法， 包括如下步骤：

S1、按照权利要求1所述的配方称取各组分；

S2、把涂层粉料和水按重量比1:1混合球磨成浆料，混好后球磨至粒度300-600目即得 涂层浆料。

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，不锈钢 基体被防护后可实现高温零氧化，后续涂层能够通过水喷淋溶解溃散，实现100％剥落剥除干 净，清除方法简单，效率高。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，热处理后玻璃涂层可在水中溶解溃散实现100％从基体表面剥 除干净，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；将本发明涂层粉料与水按1： 1比例充分搅拌混合，获得涂层浆料，其中涂层粉料按下表内重量百分比由钠基蒙脱土、羟 基氧化铁、硼镁石、氧化锌、二氧化锡、多聚磷酸铝组成；喷涂于304奥氏体不锈钢表面， 涂层厚度100μm；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，出炉后玻璃涂层可通过水溶解溃散，完全自动 剥除，钢件加热过程氧化烧损为0。

实施例1涂层粉料成分(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；将本发明涂层粉与水按1：1比例充分搅 拌混合，获得涂层浆料，其中涂层粉料按下表内重量百分比由钠基蒙脱土、羟基氧化铁、硼 镁石、氧化锌、二氧化锡、多聚磷酸铝组成；喷涂于奥氏体316L不锈钢表面，涂层厚度150 μm；涂覆涂层后的316L奥氏体不锈钢在1250℃的加热过程中表现出良好的抗氧化能力，氧 化15小时未见涂层开裂，出炉后玻璃涂层可通过水溶解溃散，完全自动剥除，钢件加热过程 氧化烧损为0。

实施例2涂层粉料成分(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；将本发明涂层粉料与水按1：1比例充 分搅拌混合，获得涂层浆料，其中涂层粉料按下表内重量百分比由钠基蒙脱土、羟基氧化铁、 硼镁石、氧化锌、二氧化锡、多聚磷酸铝组成；喷涂于410铁素体不锈钢表面，涂层厚度200 μm；410铁素体不锈钢在1120℃的热处理过程中表面形成玻璃涂层，表现出良好的抗氧化 能力，加热4小时，出炉后玻璃涂层可通过水溶解溃散，完全自动剥除，钢件加热过程氧化 烧损为0。

实施例3涂层粉料成分(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；将本涂层粉料与水按1：1比例充 分搅拌混合，获得涂层浆料，其中涂层粉料按下表内重量百分比由钠基蒙脱土、羟基氧化铁、 硼镁石、氧化锌、二氧化锡、多聚磷酸铝组成；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1200℃的热处理过程中表现出良好的抗氧化能 力，加热6小时基体氧化烧损为0，形成的玻璃涂层出炉后可通过水溶解溃散，完全自动剥 除。

实施例4涂层粉料成分(重量百分比)：

实施例5

S31254超级不锈钢，在1050℃以上氧化腐蚀严重；将本涂层粉料与水按1：1比例充分 搅拌混合，获得涂层浆料，其中涂层粉料按下表内重量百分比由钠基蒙脱土、羟基氧化铁、 硼镁石、氧化锌、二氧化锡、多聚磷酸铝组成；喷涂于S31254超级不锈钢表面，涂层厚度300μm；涂覆涂层后的S31254超级不锈钢在1280℃的热处理过程中表现出良好的抗氧化能力，加热48小时基体氧化烧损为0，形成的玻璃涂层出炉后可通过水溶解溃散，完全自动剥除。

实施例5涂层粉料成分(重量百分比)：

本发明涂层浆料直接喷涂或涂刷于待热处理不锈钢表面，在加热过程中形成不锈钢防氧 化玻璃涂层，可有效防止不锈钢工件在600-1100℃热处理炉中的氧化烧损，氧化烧损降低 100％；所述涂层防护的工件热处理出炉后涂层能够通过水溶解溃散，实现涂层从基体表面 100％剥除干净；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600～1250℃，防氧 化时间为1-50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，不锈钢 基体被防护后可实现高温零氧化，后续涂层能够通过水喷淋溶解溃散，实现100％剥落剥除干 净，清除方法简单，效率高。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，热处理后玻璃涂层可在水中溶解溃散实现100％从基体表面剥 除干净，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。