專利名稱：耐鋅液腐蝕的涂層及其使用方法
技術領域：
本發明涉及的是一種耐腐蝕的涂層及其使用方法，特別是一種用于鋅及鋅合金鑄造生產、熱浸鍍鋅與其它鋅加工行業的耐鋅液腐蝕的涂層及其使用方法，屬于金屬鑄造領域。
背景技術：
液態(熔)鋅對鐵的強烈腐蝕使熱(浸)鍍鋅、鋅與鋅合金的鑄造等行業一直存在盛鋅容器、鐵制工模具壽命短、測溫用鋼質鎧裝熱電偶易腐蝕穿透等急待解決的問題。液鋅腐蝕機理研究表明，液鋅對鐵的腐蝕主要是由鐵與鋅之間反應擴散造成的，最終形成多孔疏松的低熔點FeZn金屬間化合物(俗稱鋅渣)漂移到鋅液中，導致鐵被鋅液熔蝕。設法阻止和減緩FeZn之間的擴散，必將大幅度延緩液鋅對鐵的熔(腐)蝕。對多種合金相圖的研究發現，鋅幾乎與絕大多數金屬、合金形成低熔點產物。只有少數難熔金屬(W，Mo及WMo合金)的鋅蝕率較低，但因成本高、性脆、不易加工、易氧化，且在500～600℃耐蝕性差而難以在一般工況條件下應用。目前常用的防護方法包括滲硼處理和熱噴涂層，經文獻檢索發現，谷志剛等人在《金屬熱處理》，1998(4)12-13，26上撰文“滲硼低碳鋼在熱浸鍍鋅液中的耐蝕性”，該文介紹了滲硼處理方法，檢索中海發現，葉國萍等人在《有色金屬(冶煉部分)》，1994(1)9-11上撰文“防高溫鋅液腐蝕涂層的研究”，該文介紹了熱噴涂層，雖然這兩種方法對鋅液腐蝕有一定防護作用，但熱噴涂層內部難以孔隙的存在，且一般陶瓷涂層與鋼鐵基體間的熱膨脹系數差異較大，熱震性差，極易剝落，并無法修復；而滲硼處理通常需要很高的溫度和專用處理設備，對大型工件不適用，硼化物層雖可抵御鋅液的腐蝕，但自身脆性大，而且均勻性和致密度難以保證，因此兩種方法均未能得到廣泛應用，嚴重影響了各相關行業的正常生產。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種耐鋅液腐蝕的涂層，該涂層所用涂層原料均為無機組分，選用了具有很好的熱穩定性與抗鋅液腐蝕能力的氮化硼作為涂層液的主要有效成分，涂層與基體結合緊密，抗熱震能力優越，且涂覆方便，能夠大幅度延長鋼鐵制品在鋅液中的使用壽命。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明涂層為完全由無機材料組成的懸浮液，以六方氮化硼及少量高溫粘結劑磷酸鋁為主要固體組分，以水和丙酮為主要液體組分，其中固體重量百分比含量為16-55％，液體重量百分比含量為84-45％。
在懸浮液的固體組分中，氮化硼重量百分比為63-72％，磷酸鋁重量百分比為37-28％。所用氮化硼為六方氮化硼，平均粒度為0.1-20微米，氮化硼純度為98.5-99.5％，其中三氧化二硼含量在0.04-1.0％。磷酸鋁為化學純。
在懸浮液的液體組分中，水重量百分比含量為65-88％，丙酮重量百分比含量為35-12％，丙酮為化學純。
氮化硼具有高溫穩定性好、耐各類金屬腐蝕的特點；磷酸鋁的作用為高溫粘結相，促使高溫條件下涂層與金屬基體實現牢固粘結。液體組分中丙酮是固體粉末在涂層懸浮液中的分散劑，并具有很好的揮發性，涂覆后易于攜帶水分子，加速涂層水分揮發。
本發明涂層的使用方法為按照比例配成懸浮液后，先進行工件的清理和工件表面預處理，然后采用浸涂、刷涂或噴涂等方式涂覆于經過預處理的金屬表面，待自然晾干后，再隨爐加熱、冷卻后使用。
以下對本發明方法作進一步的說明，具體步驟如下(1)工件的清理將鋼鐵工件用鋼絲刷除銹，用稀鹽酸或氫氧化鈉水溶液去除其表面油污；(2)工件表面預處理以40-100目碳化硅為原料對工件表面進行噴砂毛化與活化處理；(3)涂覆工藝將涂層液一定配比配制，使用時振蕩搖勻，然后將工件浸入預先配制好的涂層懸浮液中，或將懸浮液刷涂、噴涂到工件表面，涂覆時保持工件表面的涂層完整、厚度均勻；(4)后處理將涂覆后的工件自然晾干15-30小時后，隨爐加熱升溫至600-750℃保溫1-4小時，再隨爐冷卻即可。
涂覆過程中，因涂層液中含有易燃物丙酮，所以需注意防火、防爆。使用過程中，涂層如因外力造成損傷，可使用相同涂層液進行補涂修復。該涂層在還原性氣氛中的最高使用溫度為1372℃，在氧化性氣氛中的最高使用溫度為850℃。可用于熱浸鍍鋅、鑄造、擠壓等領域，具有保護鋼鐵制品耐鋅液腐蝕作用。
本發明具有實質性特點和顯著進步，本發明涂層涂覆在鋼質金屬工具與容器表面，可保證金屬件與鋅液不潤濕，并具有抗熱沖擊、耐腐蝕特點，能夠顯著延長與鋅液相接觸的鋼鐵容器、工件的實用壽命。
具體實施例方式
結合本發明的內容提供以下實施例實施例1涂層的組分所用涂層液(懸浮液)中固體含量(重量百分比)55％，液體含量(重量百分比)45％；在懸浮液的固體組分中氮化硼(重量百分比)72％，磷酸鋁(重量百分比)28％；所用氮化硼平均粒度為0.1微米，氮化硼純度為98.5％，其中三氧化二硼含量在1.5％。磷酸鋁為化學純。在懸浮液的液體組分中水(重量百分比)88％，丙酮(重量百分比)12％，丙酮為化學純。
涂層的使用方法采用上述涂層液對08F鋼進行了刷涂，刷涂前，試樣按照前述預處理工藝進行處理，涂層液用量為每升涂覆面積3.8m2。將涂覆后的工件自然晾干24小時后，隨爐加熱升溫至600℃保溫2小時，再隨爐冷卻。將上述處理過的由涂層材料與未處理材料同樣放在550℃的鋅液中，靜置24小時后，未經處理的試樣的腐蝕速率達2mg/h·mm2，而有涂層材料的腐蝕速率為0mg/h·mm2。
實施例2涂層的組分所用涂層液(懸浮液)中固體含量(重量百分比)16％，液體含量(重量百分比)84％；在懸浮液的固體組分中氮化硼(重量百分比)63％，磷酸鋁(重量百分比)37％；所用氮化硼平均粒度為20微米，氮化硼純度為98.5％，其中三氧化二硼含量在1.5％。磷酸鋁為化學純。在懸浮液的液體組分中水(重量百分比)65％，丙酮(重量百分比)35％，丙酮為化學純。
涂層的使用方法采用上述涂層液對08F鋼進行了刷涂，刷涂前，試樣按照前述預處理工藝進行處理，涂層液用量為每升涂覆面積1.5m2。將涂覆后的工件自然晾干24小時后，隨爐加熱升溫至700℃保溫2小時，再隨爐冷卻。將上述處理過的由涂層材料與未處理材料同樣放在550℃的鋅液中，靜置24小時后，未經處理的試樣的腐蝕速率達2mg/h·mm2，而有涂層材料的腐蝕速率為0.01mg/h·mm2。
實施例3涂層的組分所用涂層液(懸浮液)中固體含量(重量百分比)31％，液體含量(重量百分比)69％；在懸浮液的固體組分中氮化硼(重量百分比)58％，磷酸鋁(重量百分比)42％；所用氮化硼平均粒度為10微米，氮化硼純度為99.5％，其中三氧化二硼含量在0.05％。磷酸鋁為化學純。在懸浮液的液體組分中水(重量百分比)75％，丙酮(重量百分比)25％，丙酮為化學純。
涂層的使用方法采用上述涂層液對08F鋼進行了刷涂，刷涂前，試樣按照前述預處理工藝進行處理，涂層液用量為每升涂覆面積2.5m2。將涂覆后的工件自然晾干24小時后，隨爐加熱升溫至650℃保溫2小時，再隨爐冷卻。將上述處理過的由涂層材料與未處理材料同樣放在550℃的鋅液中，靜置24小時后，未經處理的試樣的腐蝕速率達2mg/h·mm2，而有涂層材料的腐蝕速率為0mg/h·mm2。
權利要求
1.一種耐鋅液腐蝕的涂層，其特征在于，涂層為完全由無機材料組成的懸浮液，以六方氮化硼及少量高溫粘結劑磷酸鋁為主要固體組分，以水和丙酮為主要液體組分，其中固體重量百分比含量為16-55％，液體重量百分比含量為84-45％。
2.根據權利要求1所述的耐鋅液腐蝕的涂層，其特征是，在懸浮液的固體組分中，氮化硼重量百分比為63-72％，磷酸鋁重量百分比為37-28％。
3.根據權利要求1或2所述的耐鋅液腐蝕的涂層，其特征是，所用氮化硼為六方氮化硼，平均粒度為0.1-20微米，氮化硼純度為98.5-99.5％，其中三氧化二硼含量在0.04-1.0％；磷酸鋁為化學純。
4.根據權利要求1所述的耐鋅液腐蝕的涂層，其特征是，在懸浮液的液體組分中，水重量百分比含量為65-88％，丙酮重量百分比含量為35-12％，丙酮為化學純。
5.一種耐鋅液腐蝕的涂層的使用方法，其特征是，按照比例配成懸浮液后，先進行工件的清理和工件表面預處理，然后采用浸涂、刷涂或噴涂等方式涂覆于經過預處理的金屬表面，待自然晾干后，再隨爐加熱、冷卻后使用。
6.根據權利要求5所述的耐鋅液腐蝕的涂層的使用方法，其特征是，具體步驟如下(1)工件的清理將鋼鐵工件用鋼絲刷除銹，用稀鹽酸或氫氧化鈉水溶液去除其表面油污；(2)工件表面預處理以40-100目碳化硅為原料對工件表面進行噴砂毛化與活化處理；(3)涂覆工藝將涂層液配制好，使用時振蕩搖勻，然后將工件浸入預先配制好的涂層懸浮液中，或將懸浮液刷涂、噴涂到工件表面，涂覆時保持工件表面的涂層完整、厚度均勻；(4)后處理將涂覆后的工件自然晾干15-30小時后，隨爐加熱升溫至600-750℃保溫1-4小時，再隨爐冷卻即可。
7.根據權利要求5或6所述的耐鋅液腐蝕的涂層的使用方法，其特征是，涂層液中含有易燃物丙酮，涂覆過程中注意防火、防爆。
8.根據權利要求5或6所述的耐鋅液腐蝕的涂層的使用方法，其特征是，涂層在還原性氣氛中的最高使用溫度為1372℃，在氧化性氣氛中的最高使用溫度為850℃。
9.根據權利要求5或6所述的耐鋅液腐蝕的涂層的使用方法，其特征是，使用過程中，涂層如因外力造成損傷，使用相同涂層液進行補涂修復。
全文摘要
一種耐鋅液腐蝕的涂層及其使用方法屬于金屬鑄造領域。涂層為完全由無機材料組成的懸浮液，以六方氮化硼及少量高溫粘結劑磷酸鋁為主要固體組分，以水和丙酮為主要液體組分，其中固體重量百分比含量為16－55％，液體重量百分比含量為84－45％。使用時，按照比例配成懸浮液后，先進行工件的清理和工件表面預處理，然后采用浸涂、刷涂或噴涂等方式涂覆于經過預處理的金屬表面，待自然晾干后，再隨爐加熱、冷卻后使用。本發明涂層涂覆在鋼質金屬工具與容器表面，可保證金屬件與鋅液不潤濕，并具有抗熱沖擊、耐腐蝕特點，能夠顯著延長與鋅液相接觸的鋼鐵容器、工件的實用壽命。
文檔編號B22C3/00GK1449876SQ0311680
公開日2003年10月22日 申請日期2003年5月8日 優先權日2003年5月8日
發明者王俊, 疏達, 李克, 倪紅軍, 張佼, 孫寶德 申請人:上海交通大學