本發明涉及涂料領域，具體地，涉及一種水性防護涂料組合物，該涂料組合物在鈦管生產中的應用，以及鈦管的生產方法。
背景技術：
目前采用現有技術在生產鈦管的過程中，將鈦錠在900℃加熱爐中保溫4h后，推出加熱爐，進行軋制鈦管工作。由于鈦基鈦合金在高溫900℃保溫4h后，在軋制鈦管時，會與鋼鐵軋制設備、輥道和軋制絞盤發生“粘鈦”，這使軋制得到的鈦管表面出現不同深度的“缺肉”現象，由于在軋制鈦管時是轉動穿孔、軋制，鈦坯是在高速轉動過程中進行穿孔軋制的，由于鈦基鈦合金的高溫特性作用，其很容易和鐵發生粘敷現象，更甚者可生成TiFe相。如果鈦管表面生成TiFe相會嚴重影響鈦材表面力學性能及組織，使鈦管在后續加工及使用過程中帶來各種缺陷、損耗、不耐腐蝕等缺陷問題；另外，由于設備“粘鈦”導致在后續的軋制過程中要先打磨設備才能再次軋制后續鈦管。不能連續軋制鈦管或鈦材產品，浪費大量的時間和能耗；同時，為保證鈦管的內、外徑尺寸精度及表面質量，生產廠家都是將鈦管表面有“缺肉”現象的部分進行切削處理，這樣損失較大，由于鈦錠是由海綿鈦反應制的，將鈦管的內、外部分切削掉，嚴重影響鈦材的成本及成材率。
因此，需要一種能有效防止鈦-鋼粘結，從而極大降低鈦管生產成本、提高生產效率的涂料。
技術實現要素：
本發明的目的是克服現有技術中生產鈦管過程中容易發生鈦-鋼粘結的現象，提供一種水性防護涂料組合物及其應用以及鈦管的生產方法。
為了實現上述目的，本發明提供一種水性防護涂料組合物，其中，以所述水性防護涂料組合物的總重量為100重量份計，所述水性防護涂料組合物含有5-15重量份的水溶性成膜劑、40-45重量份的Al粉、0-1重量份的Fe粉和40-50重量份的Al2O3粉。
本發明還提供了本發明所述水性防護涂料組合物在鈦管生產中的應用。
本發明還提供了一種鈦管的生產方法，其中，該方法包括在將鈦錠進行軋制鈦管之前，在絞盤和/或輥道的表面涂覆水性防護涂料組合物，其中，所述水性防護涂料組合物為本發明所述的水性防護涂料組合物。
本發明提供的水性防護涂料組合物能保證鈦錠在900℃軋制或穿孔過程中，不與鋼鐵設備輥道和/或絞盤發生粘結反應，提高鈦材加工的成材率和生產效率。例如，以攀鋼為例，軋制鈦材產品，設計年產1萬噸產能，以每個鈦錠(坯子)1.5噸計算，每年要生產6300個左右的鈦錠，以每個鈦錠表面出現鈦鋼粘結5mm-20mm深度計算，每個鈦錠需要切削掉100-200公斤，以鈦錠80000元/噸計算，每個鈦錠因為“粘鈦”現象被切削部分損失在8000-16000元之間，同時，還要花費大量的人力、物力進行切削，額外增加鈦材生產成本和生產時間，而采用本發明所述水性防護涂料，將為鈦管及其他鈦合金產品的生產節約大量的生產成本，以每個鈦錠軋制過程中使用涂料2-5kg計算，涂料價格按20萬/噸計算，每年將節省生產成本約2142萬元。
將本發明所述水性防護涂料組合物應用在鈦管生產中，生產工藝簡單、易操作，可以在裝有氣壓噴涂、真空噴涂或刷涂設備的生產線上在線使用。
本發明提供的水性防護涂料組合物中不含有RoHS質量中限制的有害元素，同時，本品在空氣中沒有有毒物質揮發，不影響施工環境等的環保功效；本發明中的水性防護涂料組合物配置工藝簡單，可以使用時現場配制，配制時間短，簡單可行，也可以配制生產后，室溫下儲存，涂料穩定放置穩定性可達到6個月以上，會出現沉淀、分層現象，但是，使用時搖勻或重新進行攪拌即可使用。
本發明所述鈦管的生產方法具有良好的經濟效益和社會效益，在鈦材生產行業中具有較為廣闊的推廣應用前景。
本發明的其它特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。
附圖說明
附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中：
圖1是用于生產鈦管的絞盤裝置。
具體實施方式
以下對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
在本文中所披露的范圍的端點和任何值都不限于該精確的范圍或值，這些范圍或值應當理解為包含接近這些范圍或值的值。對于數值范圍來說，各個范圍的端點值之間、各個范圍的端點值和單獨的點值之間，以及單獨的點值之間可以彼此組合而得到一個或多個新的數值范圍，這些數值范圍應被視為在本文中具體公開。
本發明提供了一種水性防護涂料組合物，其中，以所述水性防護涂料組合物的總重量為100重量份計，所述水性防護涂料組合物含有5-15重量份的水溶性成膜劑、40-45重量份的Al粉、0-1重量份的Fe粉和40-50重量份的Al2O3粉。
根據本發明，所述水性防護涂料組合物在溫度達到900℃時，涂層開始被緩慢燃燒掉，但是Fe會慢慢變軟，此時能將涂層中的Al粉和Al2O3粉固定在輥道和/或絞盤表面，并且，Fe被氧化成Fe2O3，在隔熱的同時防止發生鈦-鋼粘結；同時，涂層中的Al粉和鈦發生合金化反應，形成TiAl3合金層，該合金層的物質非常致密，能將鈦與外界(鋼鐵)隔絕，避免鈦與外界、氧元素等物質發生粘結反應，達到防止發生鈦-鋼粘結的作用。為了進一步防止發生鈦-鋼粘結，優選情況下，以所述水性防護涂料組合物的總重量為100重量份計，所述水性防護涂料組合物含有7-12重量份的水溶性成膜劑、41-44重量份的Al粉、0.1-0.8重量份的Fe粉和42-44重量份的Al2O3粉；進一步優選地，以所述水性防護涂料組合物的總重量為100重量份計，所述水性防護涂料組合物含有9-11重量份的水溶性成膜劑、42-43重量份的Al粉、0.2-0.6重量份的Fe粉和43-44重量份的Al2O3粉。
根據本發明的一種優選實施方式，所述水性防護涂料組合物的固含量為83-95重量％，pH為6.5-9.5。優選所述水性防護涂料組合物呈弱堿性，這樣更有利于軋制設備表面形成均勻的高溫防粘結保護膜層，同時在室溫下膜層會快速固化；并且，將所述水性防護涂料組合物的固含量優選為87-94重量％，可以防止表面膜層流淌，使涂層附著性良好，無論在濕膜時還是干膜時，涂層附著性都能滿足鈦錠輥道振動機摩擦的需要，不會出現涂層掉皮或掉粉現象。進一步優選地，所述水性防護涂料組合物的固含量為90-94重量％，pH為7.7-9.2；更優選地，所述水性防護涂料組合物的固含量為94重量％，pH為8-9。
本發明中，對所述水溶性成膜劑的選擇無特殊要求，可以采用本領域常用的各種水溶性成膜劑，例如，水溶性成膜劑可以為水性環氧樹脂、水性聚氨酯漆、水性丙烯酸乳膠漆和水性醇酸漆中的一種或多種。但本發明的發明人在研究中發現，當水溶性成膜劑優選為水性環氧樹脂時，能夠進一步防止鈦-鋼粘結，因此，水溶性成膜劑優選為水性環氧樹脂。對于水性環氧樹脂的固含量無特殊要求，可以采用本領域常用的水性環氧樹脂，水性環氧樹脂的固含量優選為40-60重量％。
根據本發明的一種優選實施方式，所述水性防護涂料組合物還可以含有固化劑、分散劑和水中的至少一種。進一步優選地，所述水性防護涂料組合物含有固化劑、分散劑和水，更優選地，以所述水性防護涂料組合物的總重量為100重量份計，所述固化劑的含量為0.1-0.2重量份，所述分散劑的含量為0.05-0.1重量份，水的含量為0.1-0.5重量份。所述水為額外加入作為稀釋劑使用，所述水不包括由所述水性防護涂料組合物中其他組分帶入的水分。
本發明中，對于所述固化劑和分散劑各自的具體物質無特殊要求，可以采用本領域常用的各種固化劑和分散劑。例如，固化劑可以為SiO2，分散劑可以為聚乙烯醇、水溶性聚乙烯蠟、聚乙烯基吡咯烷酮和聚氧化乙烯中的至少一種。
本發明對所述水性防護涂料組合物的制備方法無特殊要求，可以采用本領域常用的各種方法，只要將各組分混合均勻即可。但本發明的發明人在研究中發現，采用如下方法制備水性防護涂料組合物，能夠使各組分混合得更均勻。具體方法為：在攪拌下，將水緩慢加入水溶性成膜劑中，攪拌均勻后，邊攪拌邊緩慢加入Al粉、Fe粉和Al2O3粉，攪拌均勻，然后再加入固化劑，攪拌均勻，再加入分散劑，攪拌，使液體呈均勻穩定相即可。
本發明還提供了本發明所述的水性防護涂料組合物在鈦管生產中的應用。將本發明所述水性防護涂料組合物涂在鈦管軋制設備的表面，可以有效防止鈦管生產過程中發生鈦-鋼粘結的現象。
本發明還提供了一種鈦管的生產方法，其中，所述方法包括在將鈦錠進行軋制鈦管之前，在絞盤和/或輥道的表面涂覆水性防護涂料組合物，其中，所述水性防護涂料組合物為本發明所述的水性防護涂料組合物。
本發明中，所述絞盤如圖1所示。在絞盤表面涂覆水性防護涂料組合物可以有效防止通過絞盤軋制鈦管的過程中發生鈦-鋼粘結。
本發明中，對所述涂覆的方式沒有特別的限定，只要能將水性防護涂料組合物均勻涂在設備表面即可，例如所述涂覆的方式可以包括氣壓噴涂、真空噴涂或刷涂。
根據本發明，所述方法還可以包括待涂覆在絞盤和/或輥道表面的水性防護涂料組合物固化后，然后將鈦錠進行軋制鈦管。
本發明中，對所述水性防護涂料組合物的用量沒有特別的限定，可以根據涂覆水性防護涂料組合物膜層的厚度確定。厚度太薄時，在軋制或穿孔過程中，鈦錠旋轉、粘貼造成涂層會造成涂層附著量厚度逐漸降低，所以要保證有足夠的涂層厚度，防止被鈦管全部粘走；厚度太厚會增加成本。優選情況下，所述水性防護涂料組合物涂覆的量使得所述水性防護涂料組合物固化后形成的干膜層的厚度為0.2-0.4mm，進一步優選為0.25-0.35mm，最優選為0.3mm。
本發明中，對水性防護涂料組合物固化的方式沒有特別的限定，可以為本領域的常規方式，例如可以為自然固化、熱風干燥或感應加熱。本發明所述水性防護涂料組合物在自然環境下5min內即可自然固化。固化過程中，僅需除去附著在鍍層表面的水分，不需要再添加任何促進劑。
本發明中，對涂覆水性防護涂料組合物時的溫度沒有特別的限定，但是，由于本發明的溶劑是水，為了保證水不結冰或汽化，優選在常溫下進行涂覆。所述常溫是指0-40℃范圍內的任意溫度，例如可以為25℃。
以下將通過實施例對本發明進行詳細描述。以下實施例和對比例中，
鈦錠：厚度0.28m，長度7.5m，寬度1.25m；
固含量測定方法：GB-T 2793-1995；
pH值測定方法：采用pH計(購于上海儀電科學儀器股份有限公司，雷磁PHSJ-5型)進行測定。
實施例1
本實施例用于說明本發明的水性防護涂料組合物及鈦管的生產方法。
(1)在常溫常壓(25℃，0.1MPa)下，稱取100g水性環氧樹脂(購自湖北巴斯特科技公司，固含量50％，下同)置于容器中；
(2)加入5g水，攪拌均勻；
(3)稱取410g Al粉和2g Fe粉、440g Al2O3粉，在攪拌下，緩慢加入容器中，攪拌均勻；
(4)稱取1g固化劑SiO2粉，加入容器，攪拌均勻；
(5)稱取0.5g分散劑聚乙烯醇加入容器中，攪拌，使溶液呈均勻穩定相，得到水性防護涂料組合物A1。
測定水性防護涂料組合物A1的固含量為94％，pH值為8.4。
將水性防護涂料組合物A1用自動化噴槍(購于天津市拓寶科技有限公司，型號：006_1589，以下實施例和對比例同)噴涂于絞盤表面，噴涂的量使得水性防護涂料組合物固化后形成的干膜層的厚度為0.3mm，在常溫常壓下放置5min后自然固化，然后將在900℃下加熱4h后的鈦錠進行軋制鈦管。軋制過程中鈦錠與絞盤之間未發生鈦-鋼粘結。鈦管的成材率為96％。
實施例2
本實施例用于說明本發明的水性防護涂料組合物及鈦管的生產方法。
(1)在常溫常壓(25℃，0.1MPa)下，稱取120g水性環氧樹脂(固含量50％)置于容器中；
(2)加入1g水，攪拌均勻；
(3)稱取440g Al粉和4g Fe粉、420g Al2O3粉，在攪拌下，緩慢加入容器中，攪拌均勻；
(4)稱取2g固化劑SiO2粉，加入容器，攪拌均勻；
(5)稱取1g分散劑聚乙烯醇加入容器中，攪拌，使溶液呈均勻穩定相，得到水性防護涂料組合物A2。
測定水性防護涂料組合物A2的固含量為93％，pH值為8.5。
將水性防護涂料組合物A2用自動化噴槍(購于天津市拓寶科技有限公司，型號：006_1589，以下實施例和對比例同)噴涂于絞盤表面，噴涂的量使得水性防護涂料組合物固化后形成的干膜層的厚度為0.3mm，在常溫常壓下放置5min后自然固化，然后將在900℃下加熱4h后的鈦錠進行軋制鈦管。軋制過程中鈦錠與絞盤之間未發生鈦-鋼粘結。鈦管的成材率為94％。
實施例3
本實施例用于說明本發明的水性防護涂料組合物及鈦管的生產方法。
(1)在常溫常壓(25℃，0.1MPa)下，稱取70g水性環氧樹脂(固含量50％)置于容器中；
(2)加入3g水，攪拌均勻；
(3)稱取430g Al粉和6g Fe粉、430g Al2O3粉，在攪拌下，緩慢加入容器中，攪拌均勻；
(4)稱取1.5g固化劑SiO2粉，加入容器，攪拌均勻；
(5)稱取0.8g分散劑聚乙烯醇加入容器中，攪拌，使溶液呈均勻穩定相，得到水性防護涂料組合物A3。
測定水性防護涂料組合物A3的固含量為92％，pH值為8.5。
將水性防護涂料組合物A3用自動化噴槍(購于天津市拓寶科技有限公司，型號：006_1589，以下實施例和對比例同)噴涂于絞盤表面，噴涂的量使得水性防護涂料組合物固化后形成的干膜層的厚度為0.3mm，在常溫常壓下放置5min后自然固化，然后將在900℃下加熱4h后的鈦錠進行軋制鈦管。軋制過程中鈦錠與絞盤之間未發生鈦-鋼粘結。鈦管的成材率為93％。
實施例4
按照實施例1的方法制備水性防護涂料組合物及進行鈦管生產，不同的是，水性環氧樹脂的用量為50g，Al粉的用量為400g，Fe粉的用量為5g，Al2O3粉的用量為400g。得到水性防護涂料組合物A4，測定水性防護涂料組合物A4的固含量為90％，pH值為8.3。軋制鈦管的成材率為91％。
實施例5
按照實施例1的方法制備水性防護涂料組合物及進行鈦管生產，不同的是，水溶性成膜劑為水性醇酸漆(購自天津市外星化工涂料有限公司)。得到水性防護涂料組合物A5，測定水性防護涂料組合物A5的固含量為88％，pH值為7。鈦管的成材率為84％。
實施例6
按照實施例1的方法制備水性防護涂料組合物及進行鈦管生產，不同的是，不添加固化劑和分散劑。得到水性防護涂料組合物A6，測定水性防護涂料組合物A6的固含量為83％，pH值為8.4。鈦管的成材率為82％。
對比例1
按照實施例1的方法制備水性防護涂料組合物及進行鈦管生產，不同的是，不添加Al粉。得到水性防護涂料組合物D1，測定水性防護涂料組合物D1的固含量為80％，pH值為8.4。鈦管的成材率為79％。
對比例2
按照實施例1的方法制備水性防護涂料組合物及進行鈦管生產，不同的是，不添加Al2O3粉。得到水性防護涂料組合物D2，測定水性防護涂料組合物D2的固含量為75％，pH值為8.4。鈦管的成材率為78％。
對比例3
絞盤表面不噴涂水性防護涂料組合物，直接將在900℃下加熱4h后的鈦錠進行軋制鈦管。軋制鈦管的成材率為70％。
將實施例1與實施例4的結果比較可以看出，水性防護涂料組合物中的各組分含量在本發明優選范圍內時，水性防護涂料組合物的防護性能更好，鈦管的成材率更高；將實施例1與實施例5的結果比較可以看出，水溶性成膜劑為水性環氧樹脂時，制備出的水性防護涂料組合物涂覆在絞盤表面更有利于防止發生鈦-鋼粘結；將實施例1與實施例6的結果比較可以看出，在水性防護涂料組合物中添加固化劑和分散劑，有利于膜層涂覆均勻，且膜層附著性好，不會出現掉粉、掉皮現象，有效防止軋制過程中出現鈦-鋼粘結，鈦管成材率高。
將實施例1與對比例1的結果比較可以看出，水性防護涂料組合物中加入Al粉，涂層中的Al粉和Ti發生合金化反應，形成TiAl3合金層，該合金層的物質非常致密，能將鈦與外界(鋼鐵)隔絕，避免鈦與外界、氧元素等物質發生粘結反應，達到防止發生鈦-鋼粘結的作用；將實施例1與對比例2的結果比較可以看出，水性防護涂料組合物中加入Al2O3粉，在溫度達到900℃時，涂層開始被緩慢燃燒掉，但是Fe會慢慢變軟，此時能把涂層中的Al粉和Al2O3粉固定在輥道和/或絞盤表面，并且，Fe被氧化成Fe2O3，在隔熱的同時防止發生鈦-鋼粘結；將實施例1與對比例3的結果比較可以看出，絞盤表面噴涂本發明所述水性防護涂料組合物可以有效防止在軋制鈦管過程中發生鈦-鋼粘結，大大提高了鈦管的成材率。
以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明并不限于上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思范圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發明的保護范圍。
另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。
此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。