氮化硼-矽酸鹽密封劑的製作方法
2023-08-13 21:28:51
專利名稱：氮化硼-矽酸鹽密封劑的製作方法
技術領域：
本發明涉及氮化硼-矽酸鹽密封劑，它對於熔融金屬，特別是熔融鋅具有優良的耐蝕性能，而且已被優選應用於熱浸鍍鋅生產線中接觸或浸漬在熔融金屬鋅中的部件。
熔融的鋅對鋼鐵等金屬具有浸蝕性，而且由於其表面張力和粘性很低，因而易滲入這些金屬的微米級的孔隙中。已有人提出或使用一些改進抗熔融鋅浸蝕的方法，例如揭示於公開的日本專利申請S56-112117號的特種鋼和日本專利申請公開111-225761號的熱噴塗WC-Co塗層。然而，這些技術都不能有效地耐受熔融鋅的浸蝕。
現行各種耐熔融鋅的鋼，基本上都是鐵基合金，並不能有效地耐受熔融鋅的浸蝕，而其價格則遠高於普通的結構鋼。WC-Co和各種自助熔合金等塗層被用作為保護基體不受熔融鋅浸蝕的熱噴濺塗層，但由於熔融鋅通過相互連通的孔隙滲透並對金屬粘結劑的選擇性浸蝕，因而不能有效地保護基體。
用於對鍍鋅生產線上熔融鋅容器中使用的輥子起保護作用的某些密封劑，在運行時易在其表面積累氧化物、浮渣等等雜質。這些雜質積累使得鋼條在輥上通過時被硌傷，結果使生產出的鋼產品質量低。
本發明的目標，是給將用於接觸或浸漬在熔融金屬中的輥等物件提供一種氮化硼-矽酸鹽密封劑，以防止熔融金屬的浸蝕並最大限度減少氧化物和浮渣等等在物件表面和積累。這裡所說的浮渣是指由鋁、鋅、鐵等金屬及其混合物所組成的金屬間合金或化合物，但不限於這些。
本發明的另一個目標，是提供一種易於應用而且價廉的氮化硼-矽酸鹽密封劑。
本發明涉及一種密封材料，它具有對熔融鋅等熔融金屬的改進的耐蝕性和憎溼性，因而是接觸或運行於熔融鋅、鋁或鋅-鋁合金中輥等機件的理想的塗層結構材料。
本發明涉及一種密封材料，它具有對融熔鋅的改進了的耐蝕性並且是憎溼性的。因而是接觸或運行於熔融金屬中機件的理想的結構材料或熱噴塗層。
本發明的密封層，在熔鋅池中已顯示出極好的耐用性。它由下列過程形成(a)製備一種含氮化硼和矽化物的水溶液；(b)將水溶液塗覆到被密封物件的表面；(c)將塗膜的物件在適當的溫度範圍內加熱，基本上除去塗膜中的水份。
因此，本發明首先是提供一種極好的抗熔融金屬，特別是抗熔鋅浸蝕的密封劑。其次，這種密封劑在接觸或者用於鋅等熔融金屬時，與先有的密封劑相對比，能最大限度地降低氧化物和浮渣等的積累。本密封劑包括氮化硼和矽酸鹽的水溶液，可用塗抹、熱噴塗等噴塗或其它常規技術塗到物件表面。優選的密封劑水溶液的重量百分配比氮化硼固體為6到18，矽化物固體(總金屬氧化物＋氧化矽)為9到26，其餘為水。更優選的配比氮化硼固體為9到15，矽化物固體為13到24，其餘為水。最優選的重量百分配比氮化硼固體為10.5到13.5，矽化物固體為17到20，其餘為水。將水溶液塗到物體上之後，應使其乾燥到基本上除去所有的水份，優選地，塗層中的水份降到水溶液含水量的百分之10或更低，更優地，降到百分之5或更低。為確保除去水份，有塗層的物體應被加熱到212°F以上並保溫一段時間，使塗層中的水份降到5％或更低。一般說來，保溫乾燥時間1到10小時應已足夠，優選時間為4到8小時。由於低於212°F時，水溶液中的水不能有效地蒸發，所以，加熱有塗層物件的優選溫度應為212°F以上。當密封層快速加熱到熔鋅溫度時，約470℃會過量的殘餘水份會使之產物龜裂。
本發明所用的矽酸鹽的分子式為M2O·xSiO2·yH2O式中的M是鹼金屬，x是SiO2的摩爾數，範圍為1.6到4，y是H2O的摩爾數，數值至少為1。優選的M應是選自鈉、鉀和鋰的一種元素。
合適的矽酸鹽溶液的重量百分配比為SiO226.5，Na2O為10.6，餘額為水；K2O 20.8，SiO28.3，餘額為水；SiO228.7，Na2O8.9，餘額為水。本發明也使用兩種不同的M2O成分，例如Na2O和K2O的混合物。
密封劑一旦沉積在基體並被基本上除去水份之後，它應含有15～70Wt％的氮化硼和30～85wt％的矽酸鹽，優選為31～56wt％的氮化硼和44～69wt％的矽酸鹽，最優為41.5～47.5wt％的氮化硼和52.5～58.5wt％的矽酸鹽。當機件與熔融鋅等熔融金屬接觸時，氧化物和浮渣通常都在表面附著並積累，本發明的氮化硼-矽酸鹽密封劑可阻止這種積累。密封劑中，氮化硼的量應使其足以獲得不粘的表面，矽酸鹽則是用於使氮化硼保持在輥等機件的表面，因而密封了輥，使之免於愛到熔融鋅等熔融金屬的滲入。為了加強密封劑對輥等機件表面微孔的滲透力，可添加各種硬脂酸鹽、磷酸鹽或普通的家用洗滌劑等適當的潤溼劑，優選量通常約為≤2wt％。氮化硼原料可用高純的，也可用混有粘土、鋁土二氧化矽和碳的。所以，本發明可使用多種價廉的氮化硼商品。準備用於熔融鋅中的輥，通常都已塗著諸如碳化鎢鈷、氧化鋁、氧化鋯或硼化鉬等保護層。本發明的密封劑可塗覆在原有塗層上面，以防熔融鋅對輥基質的滲透，並且大大降低熔融鋅中的氧化物和/或浮渣在塗膜輥表面和積累。
實例1某個熱浸塗55％Al-Zn膜鋼條生產線，僅運行4到5天，就發現熔池內的輥因粘著氧化物和/或浮渣而失效。這種失效是指由於塗膜輥表面的粘著物，使得鋼板或其它材料與輥接觸時產生硌痕和其它損傷。
該生產線熔池內的316L不鏽鋼錕，原先已用爆燃槍法噴塗了約127和178微米的碳化鎢鈷塗層，現在應用本發明在原塗層外面再塗兩遍含氮化硼的矽酸鈉密封劑溶液，所用密封劑的成分為40wt％氮化硼「塗料」(BN＞30％，粘土＜4％，水＞66％)；10wt％水；50wt％矽酸鈉溶液(SiO2與Na2O的比值為2.5)。
將塗抹兩遍密封劑之後的輥放在稍高於212°F溫度下烘烤6小時，然後將這個輥安裝在熱浸塗鋅生產線上，結果成功地運行了18天，而未經再塗膜的輥按預期的僅能耐用4天。從55％Al-Zn熔池中取出輥，發現輥面的3/4上有浮渣積累。將此輥放在稀硫酸(也可用稀鹽酸)中，酸洗掉浮渣而不損傷密封層，所以，這個塗膜的輥又可返回熔池中運行。
實例2在某一鍍純鋅的成套生產線中，共有3個輥(1個有槽，兩個光滑)。用實例1中的方法步驟給這3個輥都塗上密封塗層，經過9天運行後，停工做常規維護檢查，發現附著在這些輥上的鋅易被除掉，輥又可以返回使用。沒有塗層的輥，經過和上述相似的運行後，表面完全被鋅覆蓋，並且不能揩掉，需用機械方法或酸洗。
不言而喻，可以在不偏離本發明的精神和範圍的情況下對本發明優選的實施方案進行修改或改變。
權利要求
1.一種密封劑溶液，其組成為6到18重量百分數的氮化硼固體，9到26重量百分數的矽酸鹽固體和餘額的水。
2.權利要求1的密封劑溶液，其中矽酸鹽的化學式為M2O·xSiO2·yH2O式中的M是一種鹼金屬，X是SiO2的摩爾數，範圍為1.6到4，y是H2O的摩爾數，數值至少為1。
3.權利要求2的密封劑溶液，其中M從鈉、鉀和鋰選取。
4.一種用氮化硼-矽酸鹽密封劑密封物件外表面的方法，該方法包括的步驟為(a)製備一種含氮化硼-矽酸鹽的水溶液(b)將該溶液塗到被密封體的外表面上；(c)將步驟(b)塗上塗層的物體加熱保溫一段時間，以基本上除去密封塗層中的水分。
5.權利要求4的方法，其中矽酸鹽的化學式為M2O·xSiO2·yH2O式中的M是一種鹼金屬，X是SiO2的摩爾數，範圍為1.6到4，y是H2O的摩爾數，數值至少為1。
6.權利要求5的方法，其中M從鈉、鉀和鋰選取。
7.一種具有一層抗熔融金屬的多孔性塗層的物件，它的表面有氮化硼-矽酸鹽密封劑，密封劑包括15到70重量百分數的氮化硼和30到85重量百分數的矽酸鹽。
8.權利要求7的物件，其中所說的物件是鋼輥，所說的矽酸鹽的化學式為M2O·xSiO2·yH2O式中的M是鹼金屬。X是SiO2的摩爾數，範圍為1.6到4，y是H2O的摩爾數，數值至少為1。
9.權利要求7的物件，其中所說的多孔性塗層從碳化鎢鈷、氧化鋁、氧化矽和碳中選取，所說的M從鈉、鉀和鋰選取。
10.權利要求9的物物，其中所說的多孔性塗層是碳化鎢鈷膜，所說的M是鈉元素。
全文摘要
本發明涉及一種含有氮化硼-矽酸鹽的、具有優良的耐熔融鋅等熔融金屬浸蝕的密封劑和將該密封劑塗到基體上的方法。
文檔編號C23C2/00GK1116228SQ9510585
公開日1996年2月7日 申請日期1995年5月25日 優先權日1994年5月26日
發明者A·J·施塔沃斯 申請人:普拉塞爾.S.T.技術有限公司