基于凹凸棒土的纳米高温抗氧化涂料的研究

摘要

高温氧化是生产过程中钢铁质量损失的一个主要原因。在热处理过程中，钢材与炉中的O2、CO2、H2O等氧化性气体发生反应，致使工件表面发生严重的氧化腐蚀，对钢铁造成很多不利因素，如产品收率降低、单位能耗增加、钢材力学性能下降，增加生产成本。因此，需降低或防止高温氧化对钢材造成的损耗。涂层技术是解决这一问题的有效方法之一，该方法具有保护效果好、使用简单、无污染、成本低等特点。
　　 凹凸棒土优良的理化特性、化学组成、资源丰富的特点，使其具有可以用来开发成为钢铁耐高温抗氧化涂料的潜力。
　　 本文着重于钢材制造中的热处理过程，以碳素工具钢T10钢和碳素结构钢45#钢为研究对象，以涂层在低温下氧化还原、高温下K2O-Al2O3-SiO2体系形成熔融膜屏蔽氧化性气体原理作为涂料配方的设计原则，研究了降低高温氧化烧损的方法。以凹凸棒土为主要原料，添加Cr2O3、SiC、ZrO2等辅助纳米材料，以高模数钾水玻璃为粘合剂，采用正交试验优化出适合45#碳素结构钢和T10碳素工具钢的高温热处理防氧化涂料的最佳配方。应用氧化失重试验分析了保温时间和加热温度对涂料保护效果的影响。检查了涂层隔绝氧气的能力。用金相考查了试样的脱碳层深度。通过差热失重试验研究涂料的软化温度和熔融温度，初步分析了涂料的保护机理。
　　 研究结果表明，该凹凸棒土涂料能够在800～1200℃的温度范围内显著降低45#碳素结构钢和T10碳素工具钢的热处理氧化损耗，且自剥落性能良好，因此该涂料能够满足碳素钢热加工的需求。涂层在800℃左右开始软化，即能在钢铁氧化加剧之前具备保护能力，在1051℃左右出现大量液相，在此高温下涂层致密性良好，说明符合熔膜屏蔽机理。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 钢的热处理过程

1．3 钢铁高温氧化

1．3．1 高温氧化过程

1．3．2 影响高温氧化的主要因素

1．3．3 钢材高温氧化机理

1．4 目前的防护措施

1．4．1 真空法

1．4．2 保护气氛法

1．4．3 高温涂层法

1．5 金属热处理保护涂料

1．5．1 概论

1．5．2 金属热处理保护涂料的研究概况

1．5．3 金属热处理保护涂料的分类

1．5．4 金属热处理保护涂料的保护机理

1．5．5 热处理保护涂料的要求及其配方设计原则

1．5．6 国内外高温防氧化涂料产品

1．6 纳米涂层材料

1．6．1 纳米材料的特点

1．6．2 纳米材料涂层的发展

1．7 凹凸棒土

1．7．1 凹凸棒土

1．7．2 凹凸棒土的特性

1．7．3 凹凸棒土的应用

1．7．4 凹凸棒土的储量及开发利用情况

1．8 课题探究的意义、内容及目的

1．8．1 本课题研究的意义

1．8．2 本课题研究的内容

1．8．3 本课题研究的目的

第二章 实验仪器、药品、试样

2．1 实验所用药品试剂与仪器设备

2．2 试样的选择与预处理

2．2．1 试样材料选择

2．2．2 试样预处理

第三章 涂料组分选择、制备与优化

3．1 涂料配方的确定

3．1．1 涂料基础组分

3．1．2 涂料特殊功能组分

3．1．3 涂料粘合剂

3．1．4 载液

3．2 涂料的制备和使用

3．2．1 涂料的制备

3．2．2 涂料的使用

3．3 涂料配方的优化

3．3．1 正交试验

3．4 涂料的常用性能

3．4．1 比重

3．4．2 固形物含量

3．4．3 粘度

3．4．4 pH值

3．4．5 悬浮性

3．4．6 干燥性

3．4．7 涂料性能检测结果

3．5 本章小结

第四章 涂层的性能考查与保护机理的分析

4．1 引言

4．2 钾水玻璃的模数调整

4．3 涂料组分的表征

4．4 纳米组分对涂层的影响

4．5 45#钢

4．5．1 宏观形貌

4．5．2 氧化失重对比试验

4．5．3 试样截面金相分析

4．6 T10碳素工具钢

4．6．1 宏观形貌

4．6．2 氧化失重对比试验

4．6．3 金相分析

4．7 涂层的差热失重分析(TG-DSC)

4．8 氧在涂层熔体中扩散的数学模型

4．9 本章小结

第五章 结论

附录

参考文献

致谢