金屬及合金材料在空氣中受到高溫作用時都會和氧發(fā)生反應(yīng),并且加熱時間越長,溫度越高,氧化脫碳問題越嚴(yán)重。但金屬或合金又必須加熱到高溫才能完成淬火、退火、正火、軋制和模鍛等工序。因此目前普遍采用耐高溫的無機非金屬材料作為金屬熱加工保護(hù)涂料的基體。但無機非金屬類的保護(hù)涂料在生產(chǎn)中表現(xiàn)出涂料與金屬的粘接力低,在低的溫度段對金屬的保護(hù)能力有限等缺點。本文針對無機非金屬類保護(hù)涂料的不足,結(jié)合金屬熱加工的實際應(yīng)用需求,設(shè)計以有機高分子材料為基體,匹配膨脹型阻燃劑和無機阻燃填料,制備金屬熱加工的保護(hù)涂料。在較低溫度段內(nèi),有機硅樹脂形成連續(xù)涂層保護(hù)金屬表面;在高溫度段內(nèi),膨脹型阻燃劑分解,形成致密的炭層,繼續(xù)發(fā)揮保護(hù)作用。首先,以環(huán)氧樹脂為基體,再加入膨脹型阻燃劑、固化劑、氫氧化鋁等助劑,制備了一種環(huán)氧樹脂基金屬熱加工保護(hù)涂料。用掃描電子顯微鏡(SEM)和金相顯微鏡觀察了金屬表面氧化層的形貌及厚度,用萬能拉伸試驗機測試了涂料的拉伸剪切性能,用熱失重(TG)分析研究了涂料各組分的熱性能。結(jié)果表明,環(huán)氧樹脂和固化劑比例為3:1,固化劑、膨脹型阻燃劑比例為2:1時,在600℃環(huán)境下對金屬保溫1 h,金屬表面光滑,無明顯凹槽,涂料對金屬的保護(hù)作用效果最好,掃描電鏡觀察到表面氧化層的厚度最薄,只有20μm。隨著溫度繼續(xù)升高,氧化層逐漸變厚。在超過800℃后,金屬表面氧化層脫落,涂料失效。TG測試結(jié)果表明,環(huán)氧樹脂在300℃左右開始分解,在500℃幾乎完全分解。力學(xué)性能測試結(jié)果表明,涂料的最大拉伸剪切強度可達(dá)67 MPa,涂料在金屬表面的粘結(jié)性能優(yōu)異。其次,由于環(huán)氧樹脂基涂料對金屬表面的保護(hù)作用有限,在超過800℃以上的高溫環(huán)境下對金屬恒溫加熱1 h,金屬表面氧化層的厚度超過了100μm,此時涂料失去保護(hù)作用,而且氧化層質(zhì)地脆而硬。因此,選擇耐熱性能更好的有機硅樹脂來代替環(huán)氧樹脂作為涂料的基體。以有機硅樹脂為基體,通過加入膨脹型阻燃劑、CaCO_3等其他助劑制備了有機硅樹脂基金屬保護(hù)涂料。用掃描電子顯微鏡(SEM)和金相顯微鏡觀察了金屬表面氧化層的形貌及厚度,用萬能拉伸試驗機測試了涂料的拉伸剪切性能,用熱失重(TG)分析研究了涂料的熱性能。結(jié)果表明,保持100 g 107硅橡膠、15 g 201硅油、1.5 g V-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、1 gγ-(2,3-環(huán)氧丙烷)丙基三甲氧基硅烷(KH560)、9 g季戊四醇(PER)、5 g甲基三丁酮肟基硅烷(MOS)、4 g乙烯基三丁酮肟基硅烷(VOS)的質(zhì)量不變,加入100 gCaCO_3、100 gAl(OH)_3、30 g膨脹型阻燃劑時,在800℃高溫環(huán)境下,有機硅涂料對金屬表面的保護(hù)效果最好,金屬表面光滑,無明顯被氧化的現(xiàn)象。SEM測試結(jié)果表明,氧化層最薄僅為14μm。TG分析表明,有機硅樹脂基涂料的熱分解溫度可達(dá)320℃。因此和環(huán)氧樹脂基涂料相比,有機硅樹脂相比擁有更好的耐高溫性。拉伸剪切強度測試結(jié)果表明,有機硅樹脂基涂料的最大彈性模量為142 MPa,涂料的力學(xué)性能優(yōu)異。最后,由于有機硅樹脂涂料在高溫環(huán)境下,涂層容易開裂,影響了涂料對金屬表面的保護(hù)效果。因此,加入玻璃纖維對有機硅樹脂基涂料進(jìn)行改性,制備了一種有機硅樹脂改性涂料,玻璃纖維在熱加工過程中不熔融,主要作用是抑制有機硅樹脂開裂。用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察了金屬表面氧化層的形貌及厚度,用萬能拉伸試驗機測試了涂料的拉伸剪切性能,用熱失重(TG)分析研究了涂料的熱性能。SEM測試結(jié)果表明,在1000℃高溫條件下,玻璃纖維改性有機硅涂料的作用效果顯著,氧化層的厚度僅為9μm,在提高了加工溫度的條件下,氧化層的厚度比改性前要薄5μm。拉伸剪切強度從13 MPa增至47 M。
【學(xué)位單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ637
【部分圖文】：

圖 2.4 經(jīng)過 180 目、800 目砂紙水磨后的鋼塊樣品2.4 Steel samples after 180 mesh and 800 mesh sandpape化劑、膨脹型阻燃劑和 Al(OH)3按照一定比例熱加工保護(hù)涂料，所用藥品名稱及具體組份表 2.3 六種不同環(huán)氧涂料的配比Table 2.3 Ratio of six different epoxy coatings830環(huán)氧樹脂/ g840S環(huán)氧樹脂/ g5034固化劑/ gMPP-1/ gM- - 15 7.5 - - 15 - 32 - 8 5

圖 2.5 Q235 型碳鋼經(jīng) 600 ℃、700 ℃、800 ℃熱加工后的宏觀形態(tài)Fig 2.5 The macroscopic morphology of Q235 samples after removing thermal protective coating at600 ℃,700 ℃ and800 ℃(a),(b),(c) formula 1 ; (d),(e),(f) formula 2 ; (g),(h),(i) formula 3(j),(k),(l) formula 4 ; (m),(n),(o) formula 5 ; (p),(q),(r) formula 6在 600 ℃溫度環(huán)境下，1 號涂料和 2 號涂料對金屬表面的保護(hù)效果最好，因此，對這兩個樣進(jìn)行拋光處理并用金相顯微鏡觀察表面的形貌。如下圖 2.6（a）所示為涂覆 1 號涂料的金屬樣經(jīng) 600 ℃熱加工后的金相圖。金屬表面平整光滑，幾乎沒有被氧化的現(xiàn)象。如下圖 2.6（b）所示涂敷 2 號涂料經(jīng) 600 ℃熱加工后的金相圖，金屬表面有輕微氧化的現(xiàn)象。在 600 ℃熱加工條件下，1 號涂料具有更好的保護(hù)效果。

圖 2.5 Q235 型碳鋼經(jīng) 600 ℃、700 ℃、800 ℃熱加工后的宏觀形態(tài).5 The macroscopic morphology of Q235 samples after removing thermal protective coa600 ℃,700 ℃ and800 ℃(a),(b),(c) formula 1 ; (d),(e),(f) formula 2 ; (g),(h),(i) formula 3(j),(k),(l) formula 4 ; (m),(n),(o) formula 5 ; (p),(q),(r) formula 600 ℃溫度環(huán)境下，1 號涂料和 2 號涂料對金屬表面的保護(hù)效果最好，因樣進(jìn)行拋光處理并用金相顯微鏡觀察表面的形貌。如下圖 2.6（a）所示料的金屬樣經(jīng) 600 ℃熱加工后的金相圖。金屬表面平整光滑，幾乎沒有。如下圖 2.6（b）所示涂敷 2 號涂料經(jīng) 600 ℃熱加工后的金相圖，金屬化的現(xiàn)象。在 600 ℃熱加工條件下，1 號涂料具有更好的保護(hù)效果。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2862412