一种含石墨烯的防氧化脱碳涂料及其制备方法与流程

1.本发明涉及钢材表面防氧化脱碳涂层领域，用于钢材加热过程中的防氧化脱碳，其具体涉及一种含石墨烯的防氧化脱碳涂料及其制备方法。


背景技术：

2.为解决高品质特殊钢线棒材质量控制过程中的氧化脱碳问题，进一步提高成品合格率，成本低、操作简便、适应性强的防氧化脱碳涂层保护技术得到广泛关注。传统防氧化脱碳涂料的稳定性、剥落性、强度和使用效果一直是相关研究领域的热点问题。石墨烯以其结构的特殊性而具有更优异的理化性能，恰好能够弥补传统防氧化脱碳涂料的局限性。石墨烯具有高表面能，吸附能力强，因而具有更高的强度。石墨烯为化学惰性物质，具有更优异的抗渗性、高温稳定性和化学稳定性，可以有效地阻隔氧气等炉内气氛与金属基体相互作用。


技术实现要素：

3.为提高传统防氧化脱碳涂料的稳定性、剥落性、强度和使用效果，本发明的目的在于提供一种含石墨烯的防氧化脱碳涂料及其制备方法。
4.一种含石墨烯的防氧化脱碳涂料，由基料、粘结剂、水和有机物添加剂四部分构成，其中基料由石墨烯、纳米氧化钼、金属氧化物粉末及sio2构成；所述基料与水的重量比为1:1.5，所述粘结剂硅酸钠与基料的重量比为0.2:1；所述有机物添加剂为三乙醇胺和聚丙烯酸钠。
5.进一步地，所述基料中石墨烯的重量占基料重量的1％～5％，纳米氧化钼重量占1％～3％。所述金属氧化物粉末为：al2o3、mgo、cr2o3和b2o3；al2o3重量占10％～20％，mgo重量占10％～20％，cr2o3重量占5％～15％，b2o3重量占5％～15％，其余成分为sio2。
6.进一步地，所述石墨烯为单层石墨烯片，厚度为纳米级。
7.进一步地，所述纳米氧化钼的名义粒径为30nm～80nm。
8.进一步地，所述聚丙烯酸钠用量为水重量的0.4％～0.8％。
9.进一步地，三乙醇胺的用量为石墨烯重量的0.5％～1.5％。
10.如上所述含石墨烯的防氧化脱碳涂料的制备方法，其特征在于基料中的石墨烯先预分散于水中，在60℃～80℃加热条件下，搅拌均匀后，添加三乙醇胺加以辅助，三乙醇胺的用量为石墨烯重量的0.5％～1.5％，继续在60℃～80℃加热条件下搅拌均匀制得石墨烯预分散液；将基料中其他成分与水混合后在40℃～60℃加热条件下搅拌均匀，持续搅拌的同时缓慢加入石墨烯预分散液，搅拌至均匀后加入聚丙烯酸钠，并在40℃～60℃条件下继续搅拌均匀，并缓慢加入粘结剂。
11.本发明将具有优异性能的石墨烯用于新型防氧化脱碳涂料的制备，所制备含石墨烯的新型防氧化脱碳涂料具有良好的强度、稳定性和剥落性，能有效降低钢材表面脱碳层深度，减少钢材的氧化失重。
12.经上述技术方案，本发明的有益效果在于：
13.1.本发明的一种含石墨烯的防氧化脱碳涂料创新地在防氧化脱碳涂料中添加石墨烯粉末，获得了具有更高强度、稳定性和剥落性的新型防氧化脱碳涂料。
14.2.本发明的一种含石墨烯的防氧化脱碳涂料中添加了适量的三乙醇胺和聚丙烯酸钠作为辅助添加剂，获得了分散稳定性更优的新型防氧化脱碳涂料。
15.3.本发明的一种含石墨烯的防氧化脱碳涂料涂覆用于钢材表面，能有效降低加热过程中的氧化失重率，脱碳层深度显著降低。
具体实施方式
16.实施例1
17.实施例1配方基料重量百分比为：石墨烯：1％；纳米氧化钼：1％；al2o3：15％；mgo：15％；cr2o3：10％；b2o3：10％；sio2：48％。粘结剂重量为基料重量的20％，水重量为基料重量的1.5倍，三乙醇胺重量为石墨烯重量的0.5％，聚丙烯酸钠重量为水重量的0.4％。
18.按重量配方，制备步骤如下：
19.将石墨烯与一半水混合，在70℃加热条件下，搅拌均匀后，添加三乙醇胺，继续在70℃加热条件下搅拌均匀制得石墨烯预分散液。将基料中其他成分与剩余一半水混合后在50℃加热条件下搅拌均匀，持续搅拌的同时缓慢加入石墨烯预分散液，搅拌至均匀后加入聚丙烯酸钠，并在50℃条件下继续搅拌均匀，同时缓慢加入粘结剂。
20.实施例2
21.实施例2配方基料重量百分比为：石墨烯：5％；纳米氧化钼：3％；al2o3：15％；mgo：15％；cr2o3：10％；b2o3：10％；sio2：42％。粘结剂重量为基料重量的20％，水重量为基料重量的1.5倍，三乙醇胺重量为石墨烯重量的1.5％，聚丙烯酸钠重量为水重量的0.8％。
22.按重量配方，制备步骤如下：
23.将石墨烯与一半水混合，在70℃加热条件下，搅拌均匀后，添加三乙醇胺，继续在70℃加热条件下搅拌均匀制得石墨烯预分散液。将基料中其他成分与剩余一半水混合后在50℃加热条件下搅拌均匀，持续搅拌的同时缓慢加入石墨烯预分散液，搅拌至均匀后加入聚丙烯酸钠，并在50℃条件下继续搅拌均匀，同时缓慢加入粘结剂。
24.实施例3
25.实施例3配方基料重量百分比为：石墨烯：3％；纳米氧化钼：2％；al2o3：15％；mgo：15％；cr2o3：10％；b2o3：10％；sio2：45％。粘结剂重量为基料重量的20％，水重量为基料重量的1.5倍，三乙醇胺重量为石墨烯重量的1％，聚丙烯酸钠重量为水重量的0.6％。
26.按重量配方，制备步骤如下：
27.将石墨烯与一半水混合，在70℃加热条件下，搅拌均匀后，添加三乙醇胺，继续在70℃加热条件下搅拌均匀制得石墨烯预分散液。将基料中其他成分与剩余一半水混合后在50℃加热条件下搅拌均匀，持续搅拌的同时缓慢加入石墨烯预分散液，搅拌至均匀后加入聚丙烯酸钠，并在50℃条件下继续搅拌均匀，同时缓慢加入粘结剂。
28.制得的产品性能指标如下：
[0029][0030]
上述实施例均为本发明较佳实施例，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种含石墨烯的防氧化脱碳涂料，其特征在于由基料、粘结剂、水和有机物添加剂四部分构成，其中基料由石墨烯、纳米氧化钼、金属氧化物粉末及sio2构成；所述基料与水的重量比为1:1.5，所述粘结剂硅酸钠与基料的重量比为0.2:1；所述有机物添加剂为三乙醇胺和聚丙烯酸钠。2.如权利要求1所述含石墨烯的防氧化脱碳涂料，其特征在于所述基料中石墨烯的重量占基料重量的1％～5％，纳米氧化钼重量占1％～3％，所述金属氧化物粉末为：al2o3、mgo、cr2o3和b2o3；al2o3重量占10％～20％，mgo重量占10％～20％，cr2o3重量占5％～15％，b2o3重量占5％～15％，其余成分为sio2。3.如权利要求1所述含石墨烯的防氧化脱碳涂料，其特征在于所述石墨烯为单层石墨烯片，厚度为纳米级。4.如权利要求1所述含石墨烯的防氧化脱碳涂料，其特征在于所述纳米氧化钼的名义粒径为30nm～80nm。5.如权利要求1所述含石墨烯的防氧化脱碳涂料，其特征在于所述聚丙烯酸钠用量为水重量的0.4％～0.8％。6.如权利要求1所述含石墨烯的防氧化脱碳涂料的制备方法，其特征在于基料中的石墨烯先预分散于水中，在60℃～80℃加热条件下，搅拌均匀后，添加三乙醇胺加以辅助，三乙醇胺的用量为石墨烯重量的0.5％～1.5％，继续在60℃～80℃加热条件下搅拌均匀制得石墨烯预分散液；将基料中其他成分与水混合后在40℃～60℃加热条件下搅拌均匀，持续搅拌的同时缓慢加入石墨烯预分散液，搅拌至均匀后加入聚丙烯酸钠，并在40℃～60℃条件下继续搅拌均匀，并缓慢加入粘结剂。

技术总结
本发明公开了一种含石墨烯的防氧化脱碳涂料及其制备方法，利用石墨烯材料结构与性能的特殊性解决钢材在加热过程中存在的表面氧化脱碳问题。由基料、粘结剂、水和有机物添加剂四部分构成，其中基料由石墨烯、纳米氧化钼、金属氧化物粉末及SiO2构成；所述基料与水的重量比为1:1.5，所述粘结剂硅酸钠与基料的重量比为0.2:1；所述有机物添加剂为三乙醇胺和聚丙烯酸钠。所述基料中石墨烯的重量占基料重量的1％～5％，纳米氧化钼重量占1％～3％，所述金属氧化物粉末为：Al2O3、MgO、Cr2O3和B2O3；Al2O3重量占10％～20％，MgO重量占10％～20％，Cr2O3重量占5％～15％，B2O3重量占5％～15％，其余成分为SiO2。本发明产品具有良好的强度、稳定性和剥落性，能有效降低钢材表面脱碳层深度，减少钢材的氧化失重。减少钢材的氧化失重。


技术研发人员：孙建林 孟亚男 唐华杰 贺佳琪 常虔浩
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：2021.05.14
技术公布日：2021/9/6