本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于低碳鋼納米搪瓷料漿耐腐蝕涂層的制備及相應(yīng)的熱軋加工技術(shù)，屬于納米料漿燒結(jié)涂層技術(shù)及熱軋?zhí)幚砑夹g(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米料漿燒結(jié)搪瓷涂層是納米技術(shù)與熱噴涂技術(shù)有效結(jié)合而產(chǎn)生的一門較為新穎的技術(shù)，是繼微米粉末噴涂技術(shù)的進一步延伸和拓展，但由于納米粉體的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、高能效應(yīng)等特殊性能，較微米顆粒具備更加優(yōu)良及獨特的性能，所以納米料漿燒結(jié)搪瓷涂層技術(shù)亦可以說是一個全新的具有開創(chuàng)新的新技術(shù)，目前在國內(nèi)外已有大量的科研人員及科研機構(gòu)開始對納米料漿燒結(jié)搪瓷涂層的制備及后處理技術(shù)進行探索及研究，目前在這方便研究較多的主要是熱障涂層技術(shù)，而在耐腐蝕納米搪瓷涂層尤其是金屬合金耐腐蝕納米搪瓷涂層方面研究仍然較少。
孔洞、裂紋及結(jié)構(gòu)的疏松不均勻等缺陷是目前等離子涂層存在的一個較大的問題，目前還沒有很好的方法可以解決這個問題，從目前熱障涂層領(lǐng)域的納米料漿燒結(jié)搪瓷涂層的情況來看，孔洞、裂紋及結(jié)構(gòu)疏松不均勻的狀況已較微米粉末涂層有了明顯的改善，但這個問題在納米料漿燒結(jié)搪瓷涂層中仍然存在，且在納米搪瓷料漿燒結(jié)搪瓷涂層的實際應(yīng)用過程中明顯顯露出來，這對納米料漿燒結(jié)搪瓷涂層在工業(yè)化生產(chǎn)的推廣方面受到很大限制，尤其是搪瓷涂層在耐腐蝕的應(yīng)用方面更加明顯，孔洞及裂紋的存在會使腐蝕物質(zhì)穿透孔洞及裂紋而與基體直接接觸，從而使防護涂層失效。所以有效減少涂層中的孔洞及裂紋是納米料漿燒結(jié)涂覆技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明通過對納米搪瓷料漿燒結(jié)涂層的制備及熱軋?zhí)幚恚苽涑隹锥醇皻饪茁噬?，結(jié)構(gòu)致密均勻的耐腐蝕搪瓷涂層。在涂層的制備及涂覆過程中，本發(fā)明對搪瓷成分進行深度剖析，通過加入1~3%的粘結(jié)劑，可以有效解決涂搪過程中釉料和基體結(jié)合不緊密的問題。同時通過控制礦物原料之間的配比來獲得耐蝕性很好的透輝石相，此外通過控制Na2O和B2O3的量燒結(jié)出硼氧三角體密集結(jié)構(gòu)來減少搪瓷層固有的多孔無定形結(jié)構(gòu)。同時，本發(fā)明通過長時間球磨對搪瓷顆粒進行納米化。利用納米粉體的顆粒尺寸小、能量高的特性有效減少料漿燒結(jié)涂層的孔洞及裂紋，提高涂層的致密性及均勻性，利用材料熱軋工藝，使涂層結(jié)構(gòu)在軋制力的強大壓力作用下更加致密均勻，孔洞進一步減少。
本發(fā)明提出一種低碳鋼表面納米復(fù)合料漿燒結(jié)搪瓷涂層的制備方法，其特征在于具有如下的過程和步驟：
a. 采用搪瓷粉料的組成配方為（wt.%）：55.26SiO2，6.59Al2O3，8.56ZnO，8.12B2O3，4.96Na2O，10.77CaO，2.24MgO和1~3CeO。
b. 粉料球磨: 對制備完成的搪瓷粉末在行星球磨機經(jīng)過80~200h的干法球磨，接下來再加入乙醇等助磨劑進行200h的濕法球磨過程，接下來分離球和物料，最后至于烘干機烘干即可；
c. 制備涂覆料漿: 將上述磨好的納米級顆粒（即這些顆粒的直徑在幾十至幾百納米之間），在其中再加入一定量的氧化鈷還有氧化鎳并加入10%的乙醇制備出具有一定粘度的料漿，從而可以直接作為燒結(jié)涂覆材料；具體方法是將納米搪瓷粉體中加入1~1.5%黏土和乙醇以及0.5%NiO+1.5%CoO粘結(jié)劑，使其混合成為膠狀物，膠狀物中固態(tài)物質(zhì)的體積分數(shù)為75~95%；在50~70℃的條件下使用機械攪拌法對膠狀物攪拌10~35min；即可制得料漿；
d. 表面涂覆及坯體制作: 攪拌結(jié)束后取出漿體均勻的涂覆在低碳鋼的表面，接放入烘干箱烘干20~50min；這樣在試樣表面就得到了一層均勻的覆蓋層，得到所謂坯體；
e. 試樣燒結(jié): 然后將制備好的胚體置于馬弗爐中燒結(jié)，溫度為750~900℃，燒結(jié)時間為15~60min即得到均勻的搪瓷涂層；
f. 熱軋?zhí)幚? 設(shè)定開軋溫度為：300~980℃，總軋制比為10~30%，采用3~5道次實現(xiàn)全部壓下量，在軋制開始前，首先將樣品在開軋溫度下保溫30min，使樣品溫度均勻；軋制結(jié)束后將樣品置于高溫管式爐中氫氣氣氛下進行退火處理，退火溫度為500~900℃，退火結(jié)束后樣品隨爐冷卻。
本發(fā)明具有如下特點：
1、本發(fā)明通過將納米技術(shù)，釉料成分控制及材料熱軋技術(shù)有效有序結(jié)合起來，并充分利用其各自的優(yōu)勢，納米粉體具有小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)及高能效應(yīng)等獨特性能，在搪瓷涂覆過程中，顆粒之間結(jié)合更為緊密，分布更為均勻，從而有效減少涂層中的孔洞和裂紋，釉料成分的配比，能夠有效調(diào)控?zé)Y(jié)產(chǎn)物的相組成，等到具有優(yōu)良耐腐蝕性能的物相并且生成均勻致密的相結(jié)構(gòu)。熱軋過程中，由于受到軋制的強大壓力，涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生微變形，使涂層結(jié)構(gòu)更為致密，軋制結(jié)束后在氫氣狀態(tài)下對樣品進行熱處理，在對樣品進行充分還原的情況下使涂層中原子進行相互滲透，從而使涂層結(jié)構(gòu)更加均勻。
2、本發(fā)明通過一系列連貫的工藝，可生產(chǎn)出孔洞及裂紋少，懸乳性優(yōu)良，結(jié)構(gòu)致密成分均勻的納米搪瓷涂層。該發(fā)明可通過參數(shù)的調(diào)整，亦適宜以其他金屬材料作為基體納米化涂層的制備。
3、本發(fā)明工藝連貫，效果明顯，對環(huán)境無污染，又因目前納米粉體制備技術(shù)的進步，納米粉體成本降低，所以本發(fā)明很適宜工業(yè)化擴大生產(chǎn)。
具體實施方式
實施例1
將制備好的搪瓷粉體加入10%乙醇和黏土及0.5%NiO+1%CoO粘結(jié)劑使其成為膠狀物，膠狀物中固態(tài)物質(zhì)的體積分數(shù)為70%，使用機械攪拌法對膠狀物攪拌10min。攪拌結(jié)束后涂覆在Q235低碳鋼表面，再放入烘箱使其表面烘干形成胚體，把得到的胚體放入馬弗爐中在810℃的條件下燒結(jié)30分鐘。燒成結(jié)束后將樣品進行熱軋?zhí)幚恚_軋溫度為300℃，在樣品在300℃下保溫30min后進行軋制，軋制共3道次，總軋制比為10%，軋制結(jié)束后將樣品置于管式爐中在氫氣氣氛下進行退火處理，退火溫度為500℃，保溫30min后樣品隨爐冷卻。
實施例2
將制備好的搪瓷粉體加入10%乙醇和黏土及0.5%NiO+1%CoO粘結(jié)劑使其成為膠狀物，膠狀物中固態(tài)物質(zhì)的體積分數(shù)為75%，使用機械攪拌法對膠狀物攪拌10min。攪拌結(jié)束后涂覆在Q235低碳鋼表面，再放入烘箱使其表面烘干形成胚體，把得到的胚體放入馬弗爐中在830℃的條件下燒結(jié)30分鐘。燒成結(jié)束后將樣品進行熱軋?zhí)幚?，開軋溫度為450℃，在樣品在450℃下保溫30min后進行軋制，軋制共4道次，總軋制比為15%，軋制結(jié)束后將樣品置于管式爐中在氫氣氣氛下進行退火處理，退火溫度為600℃，保溫30min后樣品隨爐冷卻。
實施例3
將制備好的搪瓷粉體加入10%乙醇和黏土及0.5%NiO+1%CoO粘結(jié)劑使其成為膠狀物，膠狀物中固態(tài)物質(zhì)的體積分數(shù)為80%，使用機械攪拌法對膠狀物攪拌10min。攪拌結(jié)束后涂覆在Q235低碳鋼表面，再放入烘箱使其表面烘干形成胚體，把得到的胚體放入馬弗爐中在850℃的條件下燒結(jié)30分鐘。燒成結(jié)束后將樣品進行熱軋?zhí)幚?，開軋溫度為780℃，在樣品在780℃下保溫30min后進行軋制，軋制共5道次，總軋制比為20%，軋制結(jié)束后將樣品置于管式爐中在氫氣氣氛下進行退火處理，退火溫度為700℃，保溫30min后樣品隨爐冷卻。
實施例4
將制備好的搪瓷粉體加入10%乙醇和黏土及0.5%NiO+1%CoO粘結(jié)劑使其成為膠狀物，膠狀物中固態(tài)物質(zhì)的體積分數(shù)為85%，使用機械攪拌法對膠狀物攪拌10min。攪拌結(jié)束后涂覆在Q235低碳鋼表面，再放入烘箱使其表面烘干形成胚體，把得到的胚體放入馬弗爐中在850℃的條件下燒結(jié)30分鐘。燒成結(jié)束后將樣品進行熱軋?zhí)幚?，開軋溫度為850℃，在樣品在850℃下保溫30min后進行軋制，軋制共5道次，總軋制比為25%，軋制結(jié)束后將樣品置于管式爐中在氫氣氣氛下進行退火處理，退火溫度為800℃，保溫30min后樣品隨爐冷卻。
實施例5
將制備好的搪瓷粉體加入10%乙醇和黏土及0.5%NiO+1%CoO粘結(jié)劑使其成為膠狀物，膠狀物中固態(tài)物質(zhì)的體積分數(shù)為90%，使用機械攪拌法對膠狀物攪拌10min。攪拌結(jié)束后涂覆在Q235低碳鋼表面，再放入烘箱使其表面烘干形成胚體，把得到的胚體放入馬弗爐中在870℃的條件下燒結(jié)30分鐘。燒成結(jié)束后將樣品進行熱軋?zhí)幚?，開軋溫度為900℃，在樣品在980℃下保溫30min后進行軋制，軋制共5道次，總軋制比為30%，軋制結(jié)束后將樣品置于管式爐中在氫氣氣氛下進行退火處理，退火溫度為850℃，保溫30min后樣品隨爐冷卻。
實施例6
將制備好的搪瓷粉體加入10%乙醇和黏土及0.5%NiO+1%CoO粘結(jié)劑使其成為膠狀物，膠狀物中固態(tài)物質(zhì)的體積分數(shù)為95%，使用機械攪拌法對膠狀物攪拌10min。攪拌結(jié)束后涂覆在Q235低碳鋼表面，再放入烘箱使其表面烘干形成胚體，把得到的胚體放入馬弗爐中在900℃的條件下燒結(jié)30分鐘。燒成結(jié)束后將樣品進行熱軋?zhí)幚?，開軋溫度為980℃，在樣品在980℃下保溫30min后進行軋制，軋制共5道次，總軋制比為30%，軋制結(jié)束后將樣品置于管式爐中在氫氣氣氛下進行退火處理，退火溫度為900℃，保溫30min后樣品隨爐冷卻。對各實施例經(jīng)處理后的樣品進行表面宏觀及耐蝕性能進行測試，結(jié)果如表1所示。
由實例測試情況來看，通過本發(fā)明所制備的納米搪瓷涂層具有致密均勻的微觀結(jié)構(gòu)及很強的耐蝕性能。