[发明专利]一种耐铝液腐蚀的金属‑微晶玻璃复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于耐铝液腐蚀领域，具体涉及一种耐铝液腐蚀的金属-微晶玻璃复合材料及其制备方法。

背景技术

铝及其合金产量居有色金属材料之首，广泛应用于交通、能源、食品、电子等领域。但铝液为腐蚀性最强的金属液之一，在熔炼、成形（铸造）及热浸镀铝的生产中易造成直接接触材料的腐蚀，大大缩短了这些材料的使用寿命。此外，材料在铝液中的溶解可能会污染铝液，使铝及其合金产品性能下降，甚至报废。提高材料的耐铝液腐蚀性能，可有效解决铝液污染、熔铝容器腐蚀穿孔及铝成型模具粘铝等一系列腐蚀问题。解决这些问题，对于提高生产质量和效率、延长容器和模具的使用寿命、降低成本、提高经济效益，均具现实意义。其中，利用金属表面涂覆陶瓷涂层的方法制备的材料，有耐高温、耐磨损、耐腐蚀的特性，与铁基附着牢固、抗热冲击性能优良、耐铝液腐蚀性能好等优点, 可有效地延长与铝液接触部件的使用寿命,并可显著减少涂料用量及涂覆工时。然而，陶瓷涂层的烧结需要在较高温度（通常在800℃以上）进行，而碳钢及低合金钢等基材在此温区已严重氧化，生成松脆的氧化层，难以与陶瓷涂层有效结合。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种金属-微晶玻璃复合材料及其制备方法，利用玻璃在低温区间的粘弹性流动性和Al熔体在高温区间的流动性实现涂层的可靠烧结；其次，Al氧化生成的Al₂O₃与金属基体表面的氧化层（氧化铁）形成FeAl₂O₄尖晶石，显著提高涂层的抗热震性；再次，玻璃中的MgO不仅促进了尖晶石的发育长大，还在涂层-基体界面处形成MgAl₂(SiO₃)₄晶体，大幅提升涂层的附着力。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种耐铝液腐蚀的金属-微晶玻璃复合材料，按质量分数计，其原料组成为：B₂O₃ 25%~35%，SiO₂ 25%~35%，MgO 5%~10%，ZnO 10%~15%，Al 15%～25%；以上各原料质量分数之和为100%。

一种制备如上所述的耐铝液腐蚀的金属-微晶玻璃复合材料的方法，包括如下步骤：

（1）均匀混合配料：取分析纯原料：B₂O₃、SiO₂ 、MgO和ZnO，用行星球磨机球磨24-48小时，使之混合均匀；

（2）配料粉碎干燥：将步骤（1）球磨后的料经粉碎、干燥后，倒入铂金坩埚中；

（3）烧结：将铂金坩埚至于电阻炉中，在空气气氛下经过1100-1200℃熔制，保温时间1-4小时；对熔制好的玻璃液，进行急冷，获得玻璃熔块；将玻璃熔块研磨成粉末，和Al粉均匀混合后，过100目筛，制得金属-微晶粉末复合材料。

一种如上所述的耐铝液腐蚀的金属-微晶玻璃复合材料的应用：将金属-微晶玻璃复合材料与粘结剂、分散剂和溶剂混合成浆料，在球磨机中球磨均匀分散；用丝网印刷的方法，涂覆于金属基体表面；将整体放入电阻炉中，以1-5℃/min的速率升温，400-500℃保温0.5-4小时，然后以1-5℃/min的速率升温至700-750℃保温0.5-4小时，即完成烧结。

金属-微晶玻璃复合材料与粘结剂、分散剂和溶剂的质量比为：80:2:1:17。

所述的粘结剂为环氧树脂、甲基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛，聚乙烯醇中的一种或几种的混合物；所述的分散剂为鱼油、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺中的一种或几种的混合物；所述的溶剂为异丙醇、正丁醇、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮中的一种或几种的混合物。

本发明的显著优点在于：

（1）利用玻璃在低温区间的粘弹性流动性和Al熔体在高温区间的流动性实现涂层的可靠烧结；

（2）其次，Al氧化生成的Al₂O₃与金属基体表面的氧化层（氧化铁）形成FeAl₂O₄尖晶石，显著提高涂层的抗热震性；

（3）再次，玻璃中的MgO不仅促进了尖晶石的发育长大，还在涂层-基体界面处形成MgAl₂(SiO₃)₄晶体，大幅提升涂层的附着力；