專利名稱：金屬表面熱處理防滲保護膠帶及其制造方法
技術領域：
本發明屬于金屬表面熱處理技術領域，特別是一種金屬表面熱處理防滲保護膠帶及其制造方法。
在金屬表面熱處理中，為了提高金屬零件的強度，提高其表面耐磨及抗腐能力，金屬零件在加工過程中經常遇到對其表面進行滲碳、滲氮、滲硫和滲其它金屬或非金屬元素的化學熱處理，其中對金屬零件的一些非工作表面和需精加工的表面則要進行保護，以防止所滲元素進入金屬零件的這些表面，這就涉及金屬表面(化學)熱處理的防滲保護控制技術。目前，世界各國普遍采用在金屬零件表面鍍銅、鍍錫等進行保護，這種技術雖然能有效地防止所滲元素進入被保護表面，但其成本高，工業污染嚴重，并且在其后的淬火工序中不能使被保護部位的金相組織達到后精加工所需的最佳組織，另外，其最大的缺點是對于形狀復雜、棱角明顯突出的零件(工件)，由于棱角突出部位放電大，所鍍元素集中在棱角部位，其它部位鍍層極薄或根本鍍不上，從而不能很好地起到保護作用。除此之外人們又發明了一種用氧化硼、硼砂等與用溶劑稀釋了的合成樹脂相混合的防滲保護材料，然后涂鍍在需要保護的金屬零件表面，通過室溫干燥讓溶劑揮發，待防滲劑24小時固化后放入滲爐中使用。這種方法使用時現混和，很不方便，固化時間長，并且在干燥過程中容易出現氣泡，使防滲效果下降，另一個缺點是其溶劑毒性較大，造成污染，對人身體有害，且運輸保管都不方便。我國目前也有使用同樣的氧化硼、硼砂和硼酸等與一種水性膠攪拌而成的防滲保護材料，使用時混和，經三小時固化后投入加工。其雖然縮短了些工時，但使用起來并不方便，需要涂兩層，而且人為涂鍍不可能很均勻，影響防滲效果。最近日本專利特愿平6-293855公開了一種由硼砂、氧化硼及硼硅酸鹽與橡膠型粘接劑混合的防滲保護材料，它的優點也是可以任意變形，但在高溫時流淌，而且橡膠在高溫下碳化后牢固地粘附在被處理零件表面上，清除較困難。另外，中國專利CN85102501.A號公開了名稱為金屬熱處理保護膜制備方法和用途，它主要是利用硼酸與橡膠加汽油或苯制成的粘著劑相混合而成的薄膜狀防滲保護材料，由于該技術不具備發泡功能，故對組織不能控制，另一點是薄膜較薄，較易破損，防護效果相應受到影響。
本發明的目的是針對現有技術的情況進行改進，提供一種在金屬機械產品表面進行化學熱處理時，對不進行處理的表面進行保護，使其工藝更簡化，更方便，根除在保護加工時對環境所造成的污染，同時，可達到對不需要進行表面化學熱處理部位的內部金相組織進行控制，以得到后續機械加工所需的最佳金相組織，另外，可實現一次表面熱處理對不同表面所需滲入不同量元素的情況進行控制并達到同一零件的不同表面具有不同機械性能的效果，最后是有些對金屬焊接的焊口附近可進行保護，并控制焊口周圍溫度的冷卻速度，避免金屬組織發生變化及產生裂紋的金屬表面熱處理防滲保護膠帶，同時提供其制造方法以實現工業化生產。
本發明的技術解決方案是一種金屬表面熱處理防滲保護膠帶，其特征在于由膠粘劑、形狀鞏固劑、脫落輔助劑、防滲發泡劑經混合而成，各成分重量百分數分別為膠粘劑15-60，主要是橡膠膠粘劑，即可以是丁苯橡膠、改性天然橡膠、丁基橡膠、改性硅橡膠等其中的一種。
形狀鞏固劑20-40，采用陶土、三氧化二鋁、硅酸鹽等其中的一種或兩種，該形狀鞏固劑的粒度必須小于200目；脫落輔助劑4-6，采用氧化鎂、硅藻土，其粒度為500目；防滲發泡劑60-15，采用硼砂、硼酸、三氧化二硼、未燒結釉粉、磷鹽，其粒度不得大于300目。
制造上述產品的方法，其特征在于經過下列步驟完成A、按比例取出上述給出的如丁苯橡膠、改性天然橡膠、丁基橡膠、改性硅橡膠等其中的一種沒有加固化劑的橡膠膠粘劑，根據不同橡膠膠粘劑的粘度、內聚強度、耐熱度、耐酸堿性等性能的不同而稍作改性，然后投入到混練機內加壓混練攪拌一定時間，通常為15分鐘左右。
B、按比例取由可在450-950℃高溫長時間工作的能較好地維持基體原有形狀的形狀鞏固劑，其中，形狀鞏固劑由具有耐高溫、抗氧化、廉價、能有效提高膠粘劑內聚強度的陶土、三氧化鋁及其它硅酸鹽等其中的一或兩種組成，并且形狀鞏固劑的粒度必須小于200目，即將按比例取出的形狀鞏固劑加入到A工序中已投入橡膠膠粘劑混練攪拌15分鐘左右的混練機內再次進行混練攪拌一定時間，通常為30分鐘左右，這里形狀鞏固劑的作用是用來在高溫450-950℃長時間工作條件下能較好地維持基體的原有形狀的，其中陶土、三氧化二鋁、及其它硅酸鹽等，它們的共同特性就是耐高溫、抗氧化、廉價、能有效地增強膠粘劑的內聚強度，另外，由于這些物質在高溫情況下其表面也出現玻璃化現象，有一定的粘著性，因此，它們也有一些防滲作用，并且在防滲發泡劑的玻璃化氣泡中起到骨架橋梁連接作用，使用中根據不同橡膠膠粘劑的內聚強度，選擇其中一至兩種按比例與膠粘劑均勻地攪拌。
C、根據A工序給出的不同橡膠膠粘劑的粘度、內聚強度、耐熱度、耐酸堿性等性能的不同，按比例取出上述給出的如硼砂、硼酸、三氧化二硼、磷鹽等其中的一種或幾種作為防滲發泡劑加入到已投入橡膠膠粘劑和形狀鞏固劑的混練機內最后進行混練攪拌一定時間，通常為40分鐘左右，使其相對密度達到1.8-5，其中，硼砂、硼酸、三氧化二硼、未燒結釉粉、磷鹽等均勻攪拌在橡膠膠粘劑中能在一定溫度條件下產生玻璃狀結晶體或稱玻璃化，這些物質的玻璃化能有效地防止所滲元素進入被保護表面，該防滲發泡劑在使用前必須烘干6-8小時除去一部分水分，并且其粒度不得大于300目；這里防滲發泡劑是采用硼砂、硼酸、三氧化二硼、未燒結釉粉、磷鹽(主要是磷酸鈣，分子式為Ca3(PO4)2)等，均勻攪拌在橡膠粘著劑中的這些物質均能在超過一定溫度條件下產生玻璃狀結晶體(或稱玻璃化)。玻璃化是這些物質能有效地防止所滲元素進入被保護表面的重要因素，另一個不能忽略的因素是硼砂與三氧化二硼，這兩種物質都含有一定量的水分，隨著溫度的升高水份氣化，在粘著劑中起到發泡的作用，而脫了水的硼化物和氧化硼與碳化了的橡膠粘著劑一起形成“玻璃化氣泡”，所有的玻璃氣泡連接起來，形成了類似蜂窩狀的“玻璃被”粘附在被保護部位的表面上，擋住了所滲元素的侵入，還有就是玻璃化氣泡是熱的不良導體，從而實現了控制被保護部位的溫度冷卻速度，最后使得被保護部位的金相組織達到自己所希望達到的形式。
D、將上述經過A、B、C工序的橡膠膠粘劑、形狀鞏固劑、防滲發泡劑充分混練攪拌均勻后放入到擠壓滾軋機內擠壓滾軋成具有一定厚度和寬度的防滲保護膠帶，通常厚度為1.5毫米以上，或者是1-1.5毫米以上，最佳為1-4毫米或6毫米，寬度可根據用戶要求可以是各種規格，如可以是1-10毫米，或10-15毫米，以及15毫米以上等等。
E、按比例取出上述給出的氧化鎂、硅藻土等其中的一種或幾種作為脫落輔助劑，輔以比例很小的橡膠膠粘劑，通常為不超過脫落輔助劑的10％，經過均勻攪拌后，加壓30分鐘左右，壓力通常為2-5公斤/厘米2，然后放入擠壓成形機內擠壓成脫落膠帶，其厚度不大于0.5毫米，寬度小于防滲保護膠帶2-4毫米，這里的尺雨要求可以根據用戶要求也可以是其它尺寸規格，如0.2-0.5毫米，也可以是0.5毫米以上，這要視具體情況而定。
F、將D、E工序分別制成的防滲保護膠帶和脫落膠帶合成擠壓為一體，成為具有雙層結構的防滲保護膠帶，使用時可以很方便地將該防滲保護膠帶粘貼在需要保護的零件表面并放入滲爐中，隨著溫度的升高水分氣化形成玻璃熔融體，特別是防滲發泡劑中的硼砂與三氧化二硼起發泡作用，而脫水后的硼化物和氧化物與碳化的橡膠膠粘劑一起形成連續的玻璃化氣泡類似于“玻璃被”粘附在被保護部位的表面，擋住了所滲元素的侵入和實現控制被保護部位的冷卻速度并獲得所希望的金相組成。其中，本發明在具體制造中，可以根據具體情況選取膠粘劑、形狀鞏固劑、脫落輔助劑、防滲發泡劑中的各個成分，以滿足不同的要求。
本發明和現有技術相比，具有如下特點1、本發明與過去同類方法在外形上的最大區別就是采用了合二為一的雙層膠帶結構，其中能有效地防滲，而脫落層又能在表面處理完畢后非常容易地使防滲材料自行脫落。對任何幾何形狀的零部件都可以自由的進行保護，例如小孔，可以將膠帶柔搓成針狀插入小孔。
2、本技術能夠在常溫下，按使用要求可以非常容易的任意改變形狀，并在長時間高溫條件下較好地保持其原形狀，不流淌，物美價廉，是一種性能優良的金屬表面化學熱處理防滲保護材料，這里我們采用了發泡成份和起連接維持作用的形狀鞏固成份，因此不流淌，另外，由于橡膠、硼酸、氧化硼等主要原材料來源廣泛，加之我們盡量從廢棄物資中回收，所以成本較低，這對使用者降低成本有積極作用。
3、本技術的制造方法簡便易行，而其產品的使用也更簡便，更實用，同時可根除在保護加工中對環境所造成的污染，即我們按著社會與用戶的要求，對所用材料做了認真的研究篩選，并且我們的橡膠等原料可以從產業廢物及垃圾中回收，所以無論是在防滲保護膠帶的制做過程中，還是在使用過程中均無公害排出，基本附合JSO 14000和ISO 8800兩個國際標準。
4、本發明中最具特色的就是能夠按使用者的需要來控制防滲的程度及被保護部位內部的金屬組織，這是過去任何方法所不能做到的。即本技術的制造方法可以對不需要進行表面化學熱處理部位的內部組織進行控制，以得到后續機械加工所需的最佳金相組織。
5、現有技術在同一個零件上的不同工作表面需要有不同的機械性能，過去要進行多次保護，多次加工，多次處理才能實現，而本技術可實現在一次表面化學熱處理時對所需滲入不同量元素的情況進行控制，使之達到同一零件的不同表面具有不同的機械性能。
6、金屬在焊接時的局部熔溶狀態下，焊口附近的溫度急劇升高，焊接后的常溫冷卻，使得高溫部位的金屬組織發生變化，至使零件焊口附近的機械性能發生變化，這是由于焊口附近的溫度不一樣，常溫冷卻速度也就不一樣，所以焊口附近不同溫度部位常常因此出現裂紋，而本發明對焊口附近進行保護，來控制焊口周圍溫度的冷卻速度，避免金屬組織發生變化和產生裂紋。
下面結合實施例進行說明本技術。
實施例1以丁基橡膠粘著劑為主要粘著劑的“防滲保護”控制膠帶。這種膠粘劑在市場上可以買到。丁基橡膠粘著劑具有較好的內聚強度，門尼粘度為45(ML1+8 120℃)。取20％沒有加入固化劑的丁基橡膠膠粘劑，投入混練機內加壓混練攪拌15分鐘；加入35％的形狀鞏固劑，其中陶土占35％、三氧化二鋁65％，投入混練機內充分混練30分鐘；加入40％防滲發泡劑，其中硼砂40％、硼酸30％、三氧化二硼30％，混練攪拌40分鐘，使其相對密度達到1.5-8。再放入到擠壓滾軋機內擠壓滾軋成1.5毫米厚，15毫米以上寬的膠帶。同樣方法，取5％的脫落輔助劑，即以10％的丁基橡膠為膠粘劑，加入55％的硅藻土，35％氧化鎂，充分攪拌擠壓成厚度小于0.5毫米，寬度小于防滲膠帶2-4毫米的膠帶。最后，將兩種膠帶合成擠壓一體。
實施例2
取35％沒有加入固化劑的丁基橡膠膠粘劑，投入混練機內加壓混練攪拌15分鐘；加入40％的形狀鞏固劑，其中陶土占35％、三氧化二鋁65％，投入混練機內充分混練30分鐘；加入21％防滲發泡劑，其中硼砂40％、硼酸30％、三氧化二硼30％，混練攪拌40分鐘，使其相對密度達到1.5-8。再放入到擠壓滾軋機內擠壓滾軋成1.5毫米厚，15毫米以上寬的膠帶。同樣方法，取4％的脫落輔助劑，即以10％的丁基橡膠為膠粘劑，加入55％的硅藻土，35％氧化鎂，充分攪拌擠壓成厚度小于0.5毫米，寬度小于防滲膠帶2-4毫米的膠帶。最后，將兩種膠帶合成擠壓一體。
實施例3以丁基橡膠粘著劑為主要粘著劑的“防滲保護”控制膠帶。這種膠粘劑在市場上可以買到。丁基橡膠粘著劑具有較好的內聚強度，門尼粘度為45(ML1+8 120℃)。取59％沒有加入固化劑的丁基橡膠膠粘劑，投入混練機內加壓混練攪拌15分鐘；加入20％的形狀鞏固劑，其中陶土占35％、三氧化二鋁65％，投入混練機內充分混練30分鐘；加入15％防滲發泡劑，其中硼砂40％、硼酸30％、三氧化二硼30％，混練攪拌40分鐘，使其相對密度達到1.5-8。再放入到擠壓滾軋機內擠壓滾軋成1.5毫米厚，15毫米以上寬的膠帶。同樣方法，取6％的脫落輔助劑，即以10％的丁基橡膠為膠粘劑，加入55％的硅藻土，35％氧化鎂，充分攪拌擠壓成厚度小于0.5毫米，寬度小于防滲膠帶2-4毫米的膠帶。最后，將兩種膠帶合成擠壓一體。
實施例4本發明還可制造“滲量”控制膠帶，其與前述實施例1方法類似。取40％沒有加入固化劑的丁基橡膠膠粘劑，投入混練機內加壓混練攪拌15分鐘；加入35％的形狀鞏固劑，其中陶土占35％、三氧化二鋁65％，投入混練機內充分混練30分鐘；加入20％防滲發泡劑，其中硼砂40％、硼酸30％、三氧化二硼30％，混練攪拌40分鐘，使其相對密度達到1.5-8。再放入到擠壓滾軋機內擠壓滾軋成1.5毫米厚、15毫米以上寬的膠帶。同樣方法，取5％的脫落輔助劑，即以10％的丁基橡膠為膠粘劑，加入55％的硅藻土，35％氧化鎂，充分攪拌擠壓成厚度小于0.5毫米，寬度小于防滲膠帶2-4毫米的膠帶；最后，將兩種膠帶合成擠壓一體。
實施例5制取有關焊接防滲保護膠帶的制造方法前述實施例1相同，只是不加脫落輔助劑。
本技術的使用方法是根據需要將膠帶粘貼在需要保護的金屬零件表面，放入滲爐中即可。
權利要求
1.一種金屬表面熱處理防滲保護膠帶，其特征在于由膠粘劑、形狀鞏固劑、脫落輔助劑、防滲發泡劑經混合而成，各成分重量百分數分別為膠粘劑15-60，主要是橡膠膠粘劑，即可以是丁苯橡膠、改性天然橡膠、丁基橡膠、改性硅橡膠等其中的一種；形狀鞏固劑20-40，采用陶土、三氧化二鋁、硅酸鹽等其中的一種或兩種，該形狀鞏固劑的粒度必須小于200目；脫落輔助劑4-6，采用氧化鎂、硅藻土，其粒度為500目；防滲發泡劑60-15，采用硼砂、硼酸、三氧化二硼、未燒結釉粉、磷鹽，其粒度不得大于300目。
2.制造權利要求1所述產品的方法，其特征在于經過下列步驟完成A、按比例取出上述給出的如丁苯橡膠、改性天然橡膠、丁基橡膠、改性硅橡膠等其中的一種沒有加固化劑的橡膠膠粘劑，根據不同橡膠膠粘劑的粘度、內聚強度、耐熱度、耐酸堿性等性能的不同而稍作改性，然后投入到混練機內加壓混練攪拌一定時間，通常為15分鐘左右；B、按比例取出可在450-950℃高溫長時間工作的能較好地維持基體原有形狀的形狀鞏固劑，其中，形狀鞏固劑由具有耐高溫、抗氧化、廉價、能有效提高膠粘劑內聚強度的陶土、三氧化鋁及其它硅酸鹽等其中的一或兩種組成，并且形狀鞏固劑的粒度必須小于200目，即將按比例取出的形狀鞏固劑加入到A工序中已投入橡膠膠粘劑混練攪拌15分鐘左右的混練機內再次進行混練攪拌一定時間，通常為30分鐘左右；C、根據A工序給出的不同橡膠膠粘劑的粘度、內聚強度、耐熱度、耐酸堿性等性能的不同，按比例取出上述給出的如硼砂、硼酸、三氧化二硼、磷鹽等其中的一種或幾種作為防滲發泡劑加入到已投入橡膠膠粘劑和形狀鞏固劑的混練機內最后進行混練攪拌一定時間，通常為40分鐘左右，使其相對密度達到1.8-5，其中，硼砂、硼酸、三氧化二硼、未燒結釉粉、磷鹽等均勻攪拌在橡膠膠粘劑中能在一定溫度條件下產生玻璃狀結晶體或稱玻璃化，這些物質的玻璃化能有效地防止所滲元素進入被保護表面，該防滲發泡劑在使用前必須烘干6-8小時除去一部分水分，并且其粒度不得大于300目；D、將經過A、B、C工序的橡膠膠粘劑、形狀鞏固劑、防滲發泡劑充分混練攪拌均勻后放入到擠壓滾軋機內擠壓滾軋成具有一定厚度和寬度的防滲保護膠帶，通常厚度為1.5毫米以上；E、按比例取出上述給出的氧化鎂、硅藻土等其中的一種或幾種作為脫落輔助劑，輔以比例很小的橡膠膠粘劑，通常為不超過脫落輔助劑的10％，經過均勻攪拌后，加壓30分鐘左右，壓力通常為2-5公斤/厘米2，然后放入擠壓成形機內擠壓成脫落膠帶，其厚度不大于0.5毫米，寬度小于防滲保護膠帶2-4毫米；F、將D、E工序分別制成的防滲保護膠帶和脫落膠帶合成擠壓為一體，成為具有雙層結構的防滲保護膠帶，使用時可以很方便地將該防滲保護膠帶粘貼在需要保護的零件表面并放入滲爐中，隨著溫度的升高水分氣化形成玻璃熔融體，特別是防滲發泡劑中的硼砂與三氧化二硼起發泡作用，而脫水后的硼化物和氧化物與碳化的橡膠膠粘劑一起形成連續的玻璃化氣泡類似于“玻璃被”粘附在被保護部位的表面，擋住了所滲元素的侵入和實現控制被保護部位的冷卻速度并獲得所希望的金相組織。
全文摘要
本發明涉及一種金屬表面熱處理防滲保護膠帶及其制造方法,其特征在于由膠粘劑15—60%、形狀鞏固劑20—40%、脫落輔助劑4—6%、防滲發泡劑60—15%經混合而成,各組分分別是膠粘劑為丁苯橡膠、改性天然橡膠、丁基橡膠、改性硅橡膠等其中一種,形狀鞏固劑為陶土、三氧化二鋁、硅酸鹽等其中一種,脫落輔助劑為氧化鎂、硅藻土等,防滲發泡劑為硼砂、硼酸、三氧化二硼、未繞結釉粉、磷鹽等,本發明具有工藝簡單,使用方便,無污染,可任意改變形狀,高溫時能較好地保持原狀,不流淌,物美價廉,可實現對不需要進行表面化學熱處理部位的內部金相組織進行控制等特點。
文檔編號C21D1/68GK1247902SQ9811432
公開日2000年3月22日 申請日期1998年9月16日 優先權日1998年9月16日
發明者木田堯次, 張士霖, 伊曉 申請人:木田堯次, 張士霖, 伊曉