一种铁镍基高温合金盘条退火用抗氧化涂料及制备方法、使用方法与流程

本发明属于抗氧化涂料，具体为一种铁镍基高温合金盘条退火用抗氧化涂料及制备方法、使用方法。

背景技术：

1、将铁镍基高温合金热轧成较小截面（通常直径7-15mm）后卷绕，可制成盘条，便于后续拉拔成焊丝、紧固件等关键部件，同时便于运输和存储。铁镍基高温合金盘条是制造高温部件的核心原材料，广泛应用于航空、航天、能源等领域。

2、铁镍基高温合金一般含有al、ti等易氧化元素，在退火热处理过程中，长期暴露于高温氧化性气氛中，极易发生内氧化和外氧化，导致塑性降低，不仅降低成材率，还会恶化盘条表面质量。氧化皮在后续拉拔工序中会加剧模具磨损，甚至造成断丝，必须通过酸洗或机械剥壳等方式去除，增加了工序成本并带来环保压力。

3、为缓解上述问题，工业上常采用在盘条表面涂覆抗氧化涂层的方法。然而，当前仍存在以下显著不足：1.涂层防护性能有限：传统抗氧化涂料多基于硼砂、硼酸、玻璃粉（硅酸盐）等低熔点组分。在高温下（尤其是超过800℃），这些涂层熔体粘度下降，易流失、剥落，难以形成连续、致密且持久的物理阻隔层。同时，涂层与金属基体间的热膨胀系数失配，在急冷急热过程中易产生微裂纹，成为氧气的扩散通道，导致局部氧化加剧。2.有害组分与环境污染：部分高性能涂料为提升抗高温氧化能力，会添加铬、铅等重金属化合物或含氟、氯的卤化物。这些组分在高温处理中可挥发有毒气体，危害操作人员健康，且废弃涂层和酸洗废液的处理成本高，不符合绿色制造的发展趋势。3.功能单一，影响后续加工：许多现有涂层在完成高温防护后，难以被高效、清洁地去除，残留涂层会干扰后续的拉丝润滑或表面处理。部分涂层还会与金属基体发生剧烈反应，形成脆性合金层，损害盘条的力学性能。4.成本与工艺复杂性：一些基于溶胶-凝胶或化学气相沉积制备的先进涂层，虽性能优异，但原料昂贵、工艺复杂、设备成本高，不适用于量大面广、附加值相对较低的金属盘条的在线连续处理。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种铁镍基高温合金盘条退火用抗氧化涂料及制备方法、使用方法，能形成致密的物理屏障，有效隔绝氧气，改善涂层与基体的匹配性，具有卓越的高温抗氧化性能，大幅降低盘条的修磨率；配方完全不含铬、铅、卤素等有害元素，均为环境友好的氧化物，在使用和后处理过程中均无有毒有害物质释放；涂层在完成高温防护后，由于结构疏松多孔，可采用机械弯曲或轻微喷砂的方式轻松去除，不影响后续工序，成本可控，操作方便，易于实现工业化应用。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种铁镍基高温合金盘条退火用抗氧化涂料的制备方法，具体包括以下步骤：

4、步骤1，按质量百分比计，将32-40%的氧化铝、24-30%的氧化硅和30-40%的氧化镧混合均匀，得到混合料；

5、步骤2，将混合料、水与粘结剂混合均匀，得到铁镍基高温合金盘条退火用抗氧化涂料。

6、优选的，步骤2所述的粘结剂为硅溶胶、铝溶胶、聚乙烯醇或淀粉。

7、进一步，当步骤2所述的粘结剂为硅溶胶时，混合料、水与粘结剂的体积比为1：1.5：1。

8、进一步，当步骤2所述的粘结剂为铝溶胶时，混合料、水与粘结剂的体积比为1：2：1。

9、进一步，当步骤2所述的粘结剂为聚乙烯醇时，混合料、水与粘结剂的体积比为1：2.5：1。

10、进一步，当步骤2所述的粘结剂为淀粉时，混合料、水与粘结剂的体积比为1：2：2。

11、一种由上述任意一项所述铁镍基高温合金盘条退火用抗氧化涂料的制备方法得到的铁镍基高温合金盘条退火用抗氧化涂料。

12、一种铁镍基高温合金盘条退火用抗氧化涂料的使用方法，具体是将所述抗氧化涂料涂覆在待进行热处理的铁镍基高温合金盘条表面，之后进行烘烤，所述抗氧化涂料在铁镍基高温合金盘条的表面形成抗氧化涂层，再对铁镍基高温合金盘条进行热处理，最后去除抗氧化涂层。

13、优选的，所述的烘烤在200~250℃下进行45~75min。

14、优选的，所述抗氧化涂层的厚度为20~150 μm。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

16、本发明一种铁镍基高温合金盘条退火用抗氧化涂料的制备方法，将32-40%的氧化铝、24-30%的氧化硅和30-40%的氧化镧混合均匀，可先得到混合料；再将混合料、水与粘结剂混合均匀，即可得到铁镍基高温合金盘条退火用抗氧化涂料。氧化铝主要作用是构成涂层的高温骨架与物理屏障。其中的原理有三：1.高熔点与化学稳定性：氧化铝熔点高达2072°c，在盘条热轧、热处理等高温工况下（通常800-1200°c）保持固态且不发生相变，不与基体发生显著反应，为涂层提供稳定的刚性骨架。2.致密阻氧层：氧化铝颗粒形成连续、致密的保护层，其氧离子扩散系数极低，能有效阻挡外界氧气向金属表面渗透，从而抑制氧化皮的生成。3.机械保护：提高涂层的硬度和耐磨性，抵抗加工过程中对涂层的物理破坏。氧化硅的主要作用是改善涂层与基体的匹配性。其中的原理有二：1.裂纹自愈合：氧化硅在高温下具有微弱的流动性，可填充因热应力产生的微小裂纹，维持涂层的完整性。2.热膨胀系数匹配：纯氧化铝的热膨胀系数与铁镍基高温合金基体存在差异，添加氧化硅可调节涂层的整体热膨胀系数，减少冷却过程中涂层剥落或开裂的风险。氧化镧的主要作用是稀土活性元素，大幅提升涂层的抗氧化效能。其中的原理有三：1.填充微孔：氧化镧自身作为纳米级颗粒填充晶界处的微孔隙，显著提高涂层的致密性。2.钉扎界面，抑制氧化皮生长：稀土元素具有强烈的表面活性，会偏聚在涂层/金属界面处。它可以钉扎界面缺陷（如位错、空位），阻止金属离子向外扩散和氧离子向内扩散，从而从根本上减缓氧化动力学。实验表明，稀土可改变氧化皮的生长机制，使其从快速生长的外扩散型转变为慢速生长的内扩散型，形成的氧化皮更薄、更致密、粘附性更好。3.增强涂层与基体的结合力：氧化镧能与金属表面的杂质（如硫、氧）反应，净化界面，同时通过化学键合提高涂层与钢基体的附着力，防止涂层在热循环中剥落。水与粘结剂主要作用是调配工作涂料，并赋予最终所形成涂层的初始强度。其中水作为环保溶剂，可调节涂料粘度，使涂料适合涂覆（浸涂、喷涂或刷涂均可）。水在干燥阶段蒸发，不残留有害杂质。进一步地，32-40%的氧化铝和24-30%的氧化硅作为高熔点骨架，在高温下保持稳定，能形成致密的物理屏障，有效隔绝氧气，改善涂层与基体的匹配性。30-40%的氧化镧的引入可显著细化涂层晶粒、填充微孔隙，进一步提高涂层的致密性；同时，稀土元素能偏聚于涂层/金属界面，钉扎界面缺陷，抑制氧化皮的生长，从而大幅降低盘条的高温烧损率。这些配方完全不含铬、铅、卤素等有害元素，均为环境友好的氧化物，在使用和后处理过程中均无有毒有害物质释放，符合绿色环保要求。通过调控组分比例，使涂层与基体铁镍基高温合金盘条的热膨胀系数相近，减少热应力开裂。涂层在完成高温防护后，由于结构疏松多孔（源于粘结剂的烧失和稀土对烧结行为的调控），可采用机械弯曲或轻微喷砂的方式轻松去除，不影响后续工序。本发明有效克服了现有铁镍基高温合金盘条抗氧化涂层在高温防护能力、环保性、可加工性及成本控制方面的技术缺陷，具有显著的工业应用价值。

17、本发明的铁镍基高温合金盘条退火用抗氧化涂料以水为溶剂，可配合常规无机或有机粘结剂，可采用浸涂、喷涂等常规方式施涂于盘条表面，干燥后即可进行热处理，具有以下显著优点：1.卓越的高温抗氧化性能，大幅降低盘条的修磨率。2.环境友好：配方完全不含铬、铅、卤素等有害元素，原料均为环境友好的氧化物，在使用和后处理过程中均无有毒有害物质释放，符合绿色环保要求。3.良好的可去除性：涂层在完成高温防护后，由于结构疏松多孔，可采用机械弯曲或轻微喷砂的方式轻松去除，不影响后续工序，操作方便，与现有连续热处理产线高度兼容，易于实现工业化应用。