水基涂料在高温钢坯上的粘附性能研究

来源 :中国科学院大学 中国科学院过程工程研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sysbot
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涂层防护是降低钢坯在加热炉中氧化烧损量的有效途径。但是,连铸连轧工艺要求涂料能与600-800℃水基涂料瞬时结合,才能起到良好防护作用,而现有涂层技术难以达到此要求。本文针对此难题,从涂层组成及随温度变化过程入手,分析了钢坯基体在温度升高过程中的特征变化,并以涂料有机改性和无机粘结剂体系研发为突破口,对涂料在钢坯上的高温粘附性能进行了研究,主要研究进展如下:  (1)制定了涂层设计原则及原料体系选择依据,分析了涂层在升温过程中组成及结构变化规律,发现升温过程中,涂层体系生成了不一致熔硅酸盐化合物,且Fe参与反应生成MgFe2O4尖晶石,从而增强了涂层与基体之间的结合力,最终在基体表面形成均匀保护膜;  (2)分析了钢坯基体随温度变化特征,结果表明:钢坯基体是一个高能表面,随温度升高,表面能降低、热膨胀系数上升、弹性模量大幅下降;室温时,基体粗糙区域比光滑区域更容易被涂料母液润湿,高温时,涂料母液在基体上呈球状,完全不润湿;十二烷基二甲基苄基氯化铵可显著降低涂料表面能,80℃添加质量分数1%时,表面自由能可降低49.70%;改性酚醛树脂在500℃以下具有良好粘附性能,对环境影响较小,且能提高涂料防护效果;  (3)通过实验研究,确立了以ZnO-B2O3-P2O5体系为基础,添加10mol%RxOy(SnO2+Al2O3+Na2O+K2O+Li2O+CaO)为调节组分的玻璃组成体系,制备了转变温度300℃左右,软化温度480℃左右的玻璃粘结剂粉体;XRD分析结果表明,热处理有利于玻璃粉体完全转变;EDX分析结果表明,高温时玻璃粘结剂组分优先在界面处聚集并与基体发生反应,粘结剂质量分数大于3%时即可实现涂层与基体瞬时结合,但玻璃粘结剂的加入对涂料防氧化效果有负面影响,其影响在10%以内,综合考虑粘结和防护效果等因素,粘结剂添加量在5%较为适宜;  (4)设计了高温涂层在线喷涂仿真模拟工业流程的中试生产线,中试采用自动、手动两种喷涂方式进行;试验结果表明:自动、手动喷涂涂料均能成功粘附在800-900℃钢坯上,且防氧化效果在50%以上,防护涂层还有利于后续钢坯除鳞工序。
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