精鋁提純用鐵基坩堝防護復合涂層的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種冶金領域的技術，具體是一種精鋁提純用鐵基坩禍防護復合涂層。
【背景技術】
[0002]鋁及鋁合金熔煉過程中需要采用坩禍盛裝高溫鋁液。坩禍材質(zhì)對生產(chǎn)成本、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)的影響較大。常用的坩禍材質(zhì)有石墨粘土坩禍、陶瓷坩禍以及鐵質(zhì)坩禍。石墨粘土坩禍和陶瓷坩禍的優(yōu)勢在于可以從根本上消除了鋁液增鐵現(xiàn)象，但由于非金屬材料熱導率低，高溫強度差，表面強度、硬度低，制造困難，價格昂貴等原因，其應用受到限制。鐵質(zhì)坩禍的成本相對低廉，同時這類坩禍具有導熱性好、制造方便、材料可回收利用以及成本低廉的優(yōu)點，目前在生產(chǎn)上被廣泛使用。
[0003]在精鋁提純過程中，在坩禍的選擇上需要著重考慮坩禍材質(zhì)對鋁液成分的影響。采用偏析法提純過程中，鐵質(zhì)坩禍因不斷受高溫熱沖擊和化學反應的影響，產(chǎn)生侵蝕、脫落而損壞。一方面，會降低其使用壽命；另一方面，侵蝕發(fā)生時坩禍壁的腐蝕產(chǎn)物及有害元素鐵在高溫下與鋁液反應進入合金液，引起二次污染，給精鋁的提純效率和產(chǎn)品品質(zhì)帶來不利影響。上述問題極大地限制了鐵質(zhì)坩禍在精鋁提純過程中的應用。因此，針對鐵質(zhì)坩禍在精鋁提純過程的應用，如何最大限度地減少坩禍的高溫腐蝕，有效防止坩禍對合金液的污染，延長坩禍使用壽命，成為高品質(zhì)鋁及鋁合金生產(chǎn)中的現(xiàn)實問題。
[0004]中國專利CN1375678提出采用鑄造方法生產(chǎn)一種用于鋁合金熔化的碳化物顆粒強化鐵基鑄造坩禍，雖然該坩禍耐鋁熔液侵蝕性比普通球鐵高7倍，比鉻13不銹鋼高5倍，比灰口鑄鐵高5倍，但該坩禍仍不能與鋁液直接接觸，不能滿足精鋁提純要求。中國專利CN102432178A提出用搪瓷粉在鑄鐵表面制備耐熱抗氧化涂層，該技術的缺點是使用的搪瓷粉中含有鈉、鈣、鎳、鈷、鋇、鉬等成分，這些元素將不可避免的進入鋁液中，造成二次污染。
[0005]在鐵質(zhì)坩禍內(nèi)表面涂刷涂料，可以有效提高坩禍的使用壽命以及避免鋁液增鐵。目前各生產(chǎn)企業(yè)自行配制的涂料多采用氧化鋅或氧化鈦，其缺點是種類單一，且這種類型的涂料與鐵的熱膨脹系數(shù)存在較大差異，由此產(chǎn)生的熱膨脹力致使涂料層發(fā)生裂紋，導致涂層的壽命較低，生產(chǎn)過程中需要反復清理涂刷，嚴重影響生產(chǎn)效率。目前尚缺乏高強度且長壽命的防護涂層材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對現(xiàn)有單一物質(zhì)及調(diào)配劑組成的涂料與鐵坩禍的熱膨脹系數(shù)存在較大差異導致涂料層發(fā)生裂紋的問題，提出一種精鋁提純用鐵基坩禍防護復合涂層，具有高強度、高致密度及易脫模性能。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0008]本發(fā)明涉及一種鐵基坩禍防護復合涂層，為隔離層和減磨層，其中:隔離層包括作為耐火骨料的氧化鋁和作為粘結劑的磷酸二氫鋁；減磨層包括作為耐火骨料的氮化硼、作為熱膨脹緩沖劑的聚乙烯醇和作為粘結劑的磷酸二氫鋁。
[0009]所述的隔離層經(jīng)固化熱處理后隔離層與坩禍內(nèi)壁結合強度高，高溫沖擊不開裂。
[0010]所述的減磨層對鋁不侵潤性好、不粘鋁，可保證精鋁提純過程中鋁液品質(zhì)。
[0011]所述的磷酸二氫鋁為高溫粘結劑，在常溫下與耐火骨料、硬化劑等混合后形成高粘接強度，烘干后就具有高抗折、抗壓、抗水化性能，即使在水中浸泡或煮沸也不發(fā)軟。
[0012]所述的磷酸二氫鋁為高溫粘結劑，不僅保證潤滑涂層中的陶瓷顆粒之間具有一定的結合強度，也增強了涂層與基底的高溫結合強度。
[0013]所述的聚乙烯醇具有優(yōu)良的增稠、常溫粘結性能，可保證潤滑劑具有優(yōu)良的流變性能、常溫下的成膜性能，是潤滑涂層表面平整、光滑且具有較高的結合常溫結合強度。
[0014]本發(fā)明涉及上述鐵基坩禍防護復合涂層的制備方法，通過在坩禍表面依次制備隔離層和減磨層，即通過將球磨后的氧化鋁粉、磷酸二氫鋁粉涂于待處理鐵基坩禍表面后燒結固化制成隔離層，再將球磨后的氮化硼、聚乙烯醇、磷酸二氫鋁涂于隔離層外部后燒結固化制成減磨層。
[0015]所述的氧化鋁粉和磷酸二氫鋁粉的用量比例為(15?30)重量份:(10?25)重量份。
[0016]所述的氮化硼、聚乙烯醇、磷酸二氫鋁的用量比例為(20?40)重量份:(I?5)重量份:(I?5)重量份。
[0017]所述方法的具體步驟包括:
[0018]I)制備隔離層，具體步驟如下:
[0019]a.向水中加入磷酸二氫鋁和氧化鋁粉，球磨半小時混合均勻得到隔離層漿料，所述氧化鋁、磷酸二氫鋁和水的重量百分比為15 - 30%、10 - 25%和55 - 70%。
[0020]所述的氧化鋁粒徑優(yōu)選為100 - 500目，氧化鋁含量多99%，作為耐火骨料。
[0021]b.將一待涂鑄鐵坩禍用稀酸徹底清除表面鐵銹及污物，然后加熱至200 - 300°C,保溫I小時。
[0022]c.把步驟a制備的楽料均勾噴涂于i甘禍內(nèi)壁，厚度0.1 - 0.5mm。
[0023]d.先后于80 - 120°C下保溫4 - 24小時和350 - 500°C保溫I小時進行固化熱處理，得到隔離層。
[0024]2)制備減磨層，具體步驟如下:
[0025]a.按重量百分比氮化硼20 - 40%、粘結劑1- 5 %、熱膨脹緩沖劑1- 5%和水55 - 75%稱量各組分，球磨半小時混合均勻制成漿料。
[0026]所述的氮化硼，優(yōu)選為六方氮化硼，粒度為1.0-3.0 μπι，氮化硼含量多97%，是作為主要成分，具有優(yōu)良的抗高溫氧化性、自潤滑特性及對鋁液和熔渣的不潤濕性。
[0027]b.將步驟I)完成隔離層制備的坩禍加熱至200 - 300°C，保溫I小時。
[0028]c.將步驟a制備的漿料噴涂于坩禍隔離層表面，厚度0.1 - 0.2mm。
技術效果
[0029]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明涂層涂刷性好，隔離層與坩禍表面能形成化學結合，結合強度高，高溫沖擊不開裂，有效防止了鋁液侵蝕坩禍，提高了坩禍使用壽命，同時也有效防止了有害元素鐵進入鋁液中，避免了鋁液污染，能夠滿足精鋁提純要求。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明涂層示意圖；
[0031]圖中:1為減磨層，2為隔離層，3為坩禍。
[0032]圖2為實施例效果示意圖；
[0033]圖中:a為采用本發(fā)明制備的復合涂層形貌圖；b為采用本發(fā)明制備坩禍涂層后熔鋁、凝固、脫模后的鋁錠形貌圖。
【具體實施方式】
[0034]下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。