CN106085129B - 水性防钛-钢粘结涂料及其应用 - Google Patents
水性防钛-钢粘结涂料及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种防止金属间粘结的涂料,具体涉及一种水性防钛‑钢粘结涂料及其在钛锭制备过程中的应用。本发明水性防钛‑钢粘结涂料,含有以下重量份成分:水性成膜剂50~150份,Al粉350~400份,Al2O3粉400~450份,Fe2O3粉0~50份,滑石粉0~50份。本发明涂层能保证钛管在900℃轧制或穿孔过程中,不与钢铁设备轧辊或绞盘发生粘结反应,提高钛材加工的成材率和生产效率;工艺简单、易操作,涂料环保无污染,制备方法简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种防止金属间粘结的涂料,具体涉及一种水性防钛-钢粘结涂料及其在钛锭制备过程中的应用。
背景技术
目前国内厂家使用钛锭圆坯生产钛管过程中没有报道使用耐高温钛-钢防粘结涂层;钛锭圆坯900℃在加热炉中保温4h以上,才能推出加热炉,进行钛管的轧制工作。由于钛及其合金在高温900℃保温4h后,在与钢铁轧制设备、辊道和轧制绞盘发生“粘钛”现象,这使钛管表面出现不同深度的“缺肉”现象,由于在轧制钛管时是转动穿孔、轧制,钛坯是在高速转动过程中进行穿孔轧制的,由于钛基钛合金高温特性作用,其很容易和铁发生粘敷现象,甚者可生成TiFe相。如果钛管表面生成TiFe相会严重影响钛材表面力学性能及组织,使钛管在后续加工及使用过程中带来各种缺陷、损耗、不耐腐蚀等缺陷问题;另外,由于“设备粘钛”导致在后续的轧制过程中要先打磨设备才能再次轧制后续钛坯。不能连续轧制钛管或钛材产品,浪费大量的时间和能耗;同时,为保证钛管的内、外径尺寸精度及表面质量,国内厂家都是将其进行切削处理,这样损失较大,由于钛锭是由海绵钛反应制的,将钛管内、外部分切削掉,严重影响钛材的成本及成材率,故进行耐高温钛-钢防粘结涂层的保护工作非常有必要。
现有技术都是在钛锭进行退火处理前,喷涂在钛锭表面,对每一个钛锭表面都要进行喷涂处理,再加上喷涂后涂料需要一定时间干燥,这样制备工艺就变得复杂,制备时间特别长,不能连续化高效生产。而在钛管的轧制过程中,由于钛锭的变形,在钛锭表面喷涂该涂料以防止钛-钢粘结的效果不佳。若直接将该涂料喷涂于轧制绞盘表面,由于绞盘与钛锭的材质不同,成膜以及附着效果较差,无法很好的防止钛-钢粘结。
因此,为了解决上述问题,需要一种工艺简单,节能环保,可以连续化、高效制备钛管,有效降低缺陷损失和生产成本,还能防止设备损坏的耐高温防粘结涂料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在钛管轧制过程中,可以减少钛管表面缺陷,降低生产成本,提高钛管表面质量,可以连续化生产的水性耐高温防钛-钢粘结涂料。
本发明水性防钛-钢粘结涂料,含有以下重量份成分:成膜剂50~150份,Al粉350~400份,Al2O3粉400~450份,Fe2O3粉0~50份,滑石粉0~50份。
进一步的,作为更优选的技术方案,上述水性防钛-钢粘结涂料,含有以下重量份成分:成膜剂50~150份,Al粉350~400份,Al2O3粉400~450份,Fe2O3粉10~50份,滑石粉10~50份;更优选含有以下重量份成分:成膜剂100份,Al粉350份,Al2O3粉450份,Fe2O3粉50份,滑石粉50份。
进一步的,作为更优选的技术方案,上述水性防钛-钢粘结涂料,还含有以下重量份成分:固化剂1~2份,分散剂0.5~1份,水1~5份;更优选含有以下重量份成分:固化剂1份,分散剂0.5份,水5份。
进一步的,作为更优选的技术方案,上述水性防钛-钢粘结涂料,优选由以下重量份成分组成:成膜剂50~150份,Al粉350~400份,Al2O3粉350~400份,Fe2O3粉10~50份,滑石粉10~50份,固化剂1~2份,分散剂0.5~1份,水1~5份;更优选由以下重量份成分组成:成膜剂100份,Al粉350份,Al2O3粉450份,Fe2O3粉50份,滑石粉50份,固化剂1份,分散剂0.5份,水5份。
上述水性防钛-钢粘结涂料,其中所述成膜剂为环氧树脂、水性聚氨酯漆、水性丙烯酸乳胶漆、水性醇酸漆中的至少一种。
上述水性防钛-钢粘结涂料,其中所述固化剂为SiO2、水玻璃、Al2(HPO4)3中的至少一种,优选为SiO2;所述分散剂为聚乙烯醇、水解马来酸酐、硬脂酸钡中的至少一种,优选为聚乙烯醇。
进一步的,作为更优选的技术方案,上述水性防钛-钢粘结涂料,其中所述水性防钛-钢粘结涂料的pH值为7.5~9.5;固含量为85~90%,优选为87%。
本发明还提供一种水性防钛-钢粘结涂料在钛管轧制中的应用。
上述水性防钛-钢粘结涂料在钛管轧制中的应用,在室温下,将水性防钛-钢粘结涂料涂覆在钢铁设备表面、轧辊表面或绞盘表面,形成0.2~0.4mm厚的膜层;优选为0.3mm。
上述水性防钛-钢粘结涂料在钛管轧制中的应用,采用气压喷涂、真空喷涂或者手工刷涂的方式进行涂覆。
相比于现有技术,本发明还具有如下有益效果:
(1)本发明涂层能保证钛管在900℃轧制或穿孔过程中,不与钢铁设备轧辊或绞盘发生粘结反应,提高钛材加工的成材率和生产效率;
(2)本发明使用生产工艺简单、易操作,可以在装有气压喷涂、真空喷涂和刷涂设备的生产线上使用;
(3)本产品为水性环保耐高温防粘结涂料,涂料中不含有RoHS质量中限制的有害元素,同时,本品在空气中没有有毒物质挥发,不影响施工环境等的环保功效;
(4)本发明水性防钛-钢粘结涂料可以使用时现场配制,配制时间段,简单可行;也可以配制生产后,室温下,涂料稳定放置稳定性可达到6个月以上。
具体实施方式
本发明水性防钛-钢粘结涂料,含有以下重量份成分:成膜剂50~150份,Al粉350~400份,Al2O3粉400~450份,Fe2O3粉0~50份,滑石粉0~50份。
进一步的,作为更优选的技术方案,上述水性防钛-钢粘结涂料,含有以下重量份成分:成膜剂50~150份,Al粉350~400份,Al2O3粉400~450份,Fe2O3粉10~50份,滑石粉10~50份;更优选含有以下重量份成分:成膜剂100份,Al粉350份,Al2O3粉450份,Fe2O3粉50份,滑石粉50份。
进一步的,作为更优选的技术方案,上述水性防钛-钢粘结涂料,还含有以下重量份成分:固化剂1~2份,分散剂0.5~1份,水1~5份;更优选含有以下重量份成分:固化剂1份,分散剂0.5份,水5份。
进一步的,作为更优选的技术方案,上述水性防钛-钢粘结涂料,优选由以下重量份成分组成:成膜剂50~150份,Al粉350~400份,Al2O3粉350~400份,Fe2O3粉10~50份,滑石粉10~50份,固化剂1~2份,分散剂0.5~1份,水1~5份;更优选由以下重量份成分组成:成膜剂100份,Al粉350份,Al2O3粉450份,Fe2O3粉50份,滑石粉50份,固化剂1份,分散剂0.5份,水5份。
上述水性防钛-钢粘结涂料,其中所述成膜剂为环氧树脂、水性聚氨酯漆、水性丙烯酸乳胶漆、水性醇酸漆中的至少一种。
上述水性防钛-钢粘结涂料,其中所述固化剂为SiO2、水玻璃、Al2(HPO4)3中的至少一种,优选为SiO2;所述分散剂为聚乙烯醇、水解马来酸酐、硬脂酸钡中的至少一种,优选为聚乙烯醇。
进一步的,作为更优选的技术方案,上述水性防钛-钢粘结涂料,其中所述水性防钛-钢粘结涂料的pH值为7.5~9.5;固含量为85~90%,优选为87%,这样能保证轧制设备表面形成均匀的高温防粘结保护膜层。
本发明还提供一种水性防钛-钢粘结涂料在钛管轧制中的应用。
上述水性防钛-钢粘结涂料在钛管轧制中的应用,在室温下,将水性防钛-钢粘结涂料涂覆在钢铁设备表面、轧辊表面或绞盘表面,形成0.2~0.4mm厚的膜层;优选为0.3mm。当膜层附着量不到0.20mm时,在轧制或穿孔过程中,钛锭旋转、粘贴造成涂层附着量厚度逐渐降低,所以要保证有足够的涂层厚度,防止被钛管全部粘掉,得不到充分的耐高温氧化保护。若膜层附着量超过0.40mm时,成本升高。
上述水性防钛-钢粘结涂料在钛管轧制中的应用,采用气压喷涂、真空喷涂或者手工刷涂的方式进行涂覆在钢铁设备表面、轧辊表面或者绞盘表面后,形成的膜层在室温下,5~10min内快速固化;由于固体份高,不会出现膜层流淌、流挂等现象,涂层附着性非常好,无论是在湿膜下还是干膜时,涂层附着性都能满足钛锭辊道振动机摩擦的需要,不会出现涂层掉皮或掉粉现象;对于涂敷方法、干燥方法等没有特别限定,涂覆方式可以根据现场实际情况需要进行相应施工方式。
本发明水性防钛-钢粘结涂料的制备方法无特殊要求,可以采用本领域常用的各种方法,只要将各组分混合均匀即可,可现用现配。但本发明的发明人在研究中发现,优选采用如下方法制备水性防钛-钢粘结涂料,能够使各组分混合得更均匀。具体方法为:先将水性成膜剂与水混合进行稀释,然后在搅拌下,缓慢加入铝粉、滑石粉、三氧化二铁粉和三氧化二铝粉,然后再加入固化剂,搅拌均匀,再加入分散剂,搅拌至呈均匀稳定相即可。
固化过程中,仅需除去附着在镀层表面的水分,因而不需要再添加任何促进剂,主要固化方式是自然固化,为了节约固化时间,也可以使用热风干燥或感应加热等方法,涂层固化后,涂层不会出现掉粉和龟裂现象。
本发明制备的涂料耐高温原理为:当温度达到900℃时,有机涂层开始缓慢被燃烧掉,但是Fe开始慢慢熔化***,此时能把涂层中的Al粉和Al2O3粉固定在轧辊或绞盘表面,起到隔热的作用;涂层中的Al粉与Ti发生合金化反应,形成TiAl3合金层,该层物质非常致密,能隔绝机体钛和外界(钢铁)铁元素等物质发生粘结反应,达到防治发生钛-钢粘结的作用。
耐高温防钛-钢粘结涂料使用的温度没有特别限制,但由于本发明的处理剂的溶剂是水,保证水不结冰及汽化的温度条件即可,在常温下使用。
本发明一种耐高温防钛-钢粘结涂料,在线直接喷涂在轧制绞盘表面,能迅速固化,形成自干型涂层,该涂层能保证钛管在900℃高温下,表面不与钢铁表面发生粘结生成TiFe相,能有效降低生产成本和提高生产效益,更主要的提高产品精度尺寸和表面质量;本发明提供的相应涂装工艺技术具有良好的经济效益、社会效益和广阔的推广应用前景。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述,并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
按照表1中各原料及其重量配比制备水性防钛-钢粘结涂料:
表1水性防钛-钢粘结涂料的原料及其配比
其中,K1~K5为实验组,D1~D2为对照组,另设置一个空白对照组D3(即不涂涂料直接轧制),且其中成膜剂为环氧树脂(固含量为50%);固化剂为SiO2,分散剂为聚乙烯醇。本发明制备的水性防钛-钢粘结涂料pH值为7.5~9.5;固含量为85~90%。
其制备方法为:在常温常压下,将成膜剂、Al粉、滑石粉、Fe2O3粉、Al2O3粉,加入到容器中,加入过程中不断搅拌,搅拌均匀后加入固化剂、分散剂和水,搅拌均匀,待溶液呈均匀稳定相,即得水性防钛-钢粘结涂料。
将上述各组制备的水性防钛-钢粘结涂料采用气压喷涂、真空喷涂或者手工刷涂的方式进行涂覆在钢铁设备表面、轧辊表面或者绞盘表面后,在室温下自然干燥、固化10~15min,得到厚度为0.2~0.4mm的膜层。在900℃下进行钛管轧制。轧制后得到的钛管表面质量良好,钛管与轧辊、绞盘等不黏连,具体对比情况如下:
表2水性防钛-钢粘结涂料及对照组测试性能
从表2中可以看出,采用实施例K1~K5的涂料涂覆设备,轧制后得到的钛管表面质量良好,钛管与轧辊、绞盘等几乎不粘结。不涂覆任何涂料(即空白对照组D3)的轧辊或绞盘,轧制后得到的钛管,钛管表面缺陷严重,设备也会有一定程度的粘钛,需要打磨后才能继续使用。采用D1和D2的涂料涂覆设备,轧制后的钛管表面缺陷率依旧较高,不能很好的防止钛钢粘结。
设计年产1万吨产能,以每个钛锭(坯子)1.5吨计算,每年要生产6300个左右的钛坯锭,以每个钛锭出现钛钢粘结5mm~20mm深度计算,每个钛锭要切削掉100~200公斤,以钛锭80000元/吨计算,每个钛锭因粘钛切削部分损失在8000~16000元之间,同时,还要花费大量的人力、物力进行切削,额外增加生产成本和生产时间,而采用本技术,将为钛管及其他钛合金产品的生产节约大量的生产成本,以每个钛锭轧制过程中使用涂料2~5kg计算,每涂料价格按20万/吨计算,本技术的新增效益见下式所示:
W-每年钛锭的生产量:以1万吨计算,约每年生产6300个钛锭;
A-每个钛锭因粘钛-钢层问题切削的量:按50Kg计算/钛锭;
P1-钛锭的成本:80元/Kg;
W1-喷涂耐高温防粘结涂层的消耗量,3Kg/锭;
P2-每吨耐高温防粘结涂层价格:按200元/Kg计算;
Y-每年采用本技术产生的新增效益:
则:
Y=(P1×A-W1×P2)×W
=(4000-600)×6300
=2142(万元)
可见,本发明提供的涂料具有良好的经济效益、社会效益和广阔的推广应用前景。
Claims (10)
1.水性防钛-钢粘结涂料,其特征在于:由以下重量份成分组成:水性成膜剂50~150份,Al粉350~400份,Al2O3粉350~400份,Fe2O3粉10~50份,滑石粉10~50份,固化剂1~2份,分散剂0.5~1份,水1~5份;其中,所述水性防钛-钢粘结涂料涂覆在钢铁设备表面、轧辊表面或绞盘表面。
2.根据权利要求1所述水性防钛-钢粘结涂料,其特征在于:所述水性成膜剂为环氧树脂、水性聚氨酯漆、水性丙烯酸乳胶漆、水性醇酸漆中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述水性防钛-钢粘结涂料,其特征在于:所述固化剂为SiO2、水玻璃、Al2(HPO4)3中的至少一种;所述分散剂为聚乙烯醇、水解马来酸酐、硬脂酸钡中的至少一种。
4.根据权利要求3所述水性防钛-钢粘结涂料,其特征在于:所述固化剂为SiO2;所述分散剂为聚乙烯醇。
5.根据权利要求1或2所述水性防钛-钢粘结涂料,其特征在于:所述水性防钛-钢粘结涂料的pH值为7.5~9.5;固含量为85~90%。
6.根据权利要求5所述水性防钛-钢粘结涂料,其特征在于:所述水性防钛-钢粘结涂料的固含量为87%。
7.权利要求1~6任一项所述水性防钛-钢粘结涂料在钛管轧制中的应用。
8.根据权利要求7所述应用,其特征在于:在室温下,将水性防钛-钢粘结涂料涂覆在钢铁设备表面、轧辊表面或绞盘表面,形成0.2~0.4mm厚的膜层。
9.根据权利要求8所述应用,其特征在于:膜层厚度为0.3mm。
10.根据权利要求7所述应用,其特征在于:采用气压喷涂、真空喷涂或者手工刷涂的方式进行涂覆。
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