提高硅钢石墨辊套抗高温氧化性的表面处理方法
【专利摘要】本发明揭示了一种提高硅钢石墨辊套抗高温氧化性的表面处理方法，包括以下步骤：步骤1，辊套基体表面处理；步骤2，浸渍处理；步骤3，中温固化处理；步骤4，无氧化高温裂解陶瓷化。其中，辊套基体为石墨基体；辊套基体表面处理使抗氧化涂覆层与辊套基体更好地结合；浸渍处理的浸渍溶液为液态聚碳硅烷；中温固化处理的固化温度为150～200℃；无氧化裂解陶瓷化温度为1000～1200℃。采用了本发明的技术方案，能够改变石墨辊套的物理性能，增加体积密度，减小显气孔率，使石墨辊套的抗氧化能力提高。
【专利说明】提高硅钢石墨辊套抗高温氧化性的表面处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种表面处理方法，更具体地说，涉及一种提高硅钢石墨辊套抗高温氧化性的表面处理方法。
【背景技术】
[0002]石墨材料具有很好的导电、导热性及良好的化学稳定性和自润滑性，应用范围广，但缺点是高温时易氧化。石墨氧化从450°C开始，750°C后氧化急剧增加，且随温度升高二加剧。氧化损失严重时，使用性能急剧下降。以石墨为材质的辊套是冷轧硅钢片连续退火炉炉辊上的关键部件，要求在1200°C—定湿气下长期稳定运行，因而对石墨材料的抗氧化性能提出了更高的要求。
[0003]热处理炉是硅钢生产的关键设备，石墨辊套是热处理炉中的关键部件。石墨辊套被安装于热处理炉内，沿炉内带钢移动的方向分布、与带钢移动的方向垂直，被机械传动辊芯带动旋转，钢带在其上表面移动通过，与硅钢一起被热处理炉加热至1000°c以上。受工艺要求和环境影响，热处理炉内存在氧、水份等氧化介质，这些介质在高温下对石墨辊套产生严重的氧化作用，导致其受氧化而结构疏松，强度下降，影响硅钢的产品质量、辊套自身的寿命和设备运行效率。
[0004]国内外已有诸多关于石墨材料抗氧化性能的研究，提高其抗氧化性能的方法主要有3种:涂层法、自愈合法、浸溃法。据可查询的资料和了解到的供应商信息，对于目前我国生产的硅钢热处理炉用石墨辊套，抗氧化技术主要是有两类:
[0005]一类是采用氧化物溶液浸溃方法。将A1203、S12, T12等氧化物或SiC等非氧化物制成超细粉或微粉，按一定配比例稳定分散在溶液中制成胶体溶液。然后用真空加压浸溃方法将氧化物溶液浸入石墨辊套基体。经中高温热处理后，在石墨基体表面和气孔内形成陶瓷保护薄膜。以此将使用环境(加热炉)中含02、H2O等氧化成分的气体与石墨辊套的基体石墨材料隔开，从而达到提高石墨辊套在高温环境中抵抗氧化、耐磨能力的目的。
[0006]另一种是采用磷酸盐溶液浸溃方法。选用一些磷酸盐溶液，如磷酸二氢铝、磷酸二氢镁(钠)等作为浸溃剂，用真空加压浸溃方法将氧化物溶液浸入石墨辊套基体。经中高温热处理后，使其在高温下转化为一系到的偏磷酸盐、焦磷酸盐等物质。
[0007]根据玻璃形成理论，这些磷酸盐中的[PO4]为磷氧四面体结构，是形成磷氧玻璃的基本结构单元，呈层状结构，层之间是由范德华力维系在一起。以磷酸钠盐为例，当P2O5熔体中加入Na2O时，磷氧玻璃结构将从层状转变为链状，链之间是由Na — O离子键结合在一起，使结构更趋于强固，热稳定性及其化学稳定性得到提高，因而比单纯的磷酸浸溃具有更好的抗氧化效果。
[0008]因此，采用磷酸盐浸溃，在堵塞石墨辊套基体气孔的同时，在基体的气孔内壁形成一层粘性保护膜，将使用环境(加热炉)中含02、H20等氧化成分的气体与基体石墨材料隔开，从而达到提高石墨辊套在高温环境中抵抗氧化、耐磨能力的目的。
[0009]从实际使用效果看，这些方法在一定程度上提高了石墨辊套的抗氧化能力。但是，由于这些浸溃溶液及其与石墨材料结合方式的固有特点，采用这种方法制作的石墨辊套长期抵抗氧化的温度在900°C以下，应用实践和实验室抗氧化试验结果进一步表明，这种方式制作的石墨辊套已经难有进一步提高抗氧化温度的空间。
【发明内容】
[0010]本发明的目的旨在提供一种提高硅钢石墨辊套抗高温氧化性的表面处理方法，来使石墨辊套具备更强的抗氧化能力。
[0011]根据本发明，提供一种提高硅钢石墨辊套抗高温氧化性的表面处理方法，包括以下步骤:步骤1，辊套基体表面处理；步骤2，浸溃处理；步骤3，中温固化处理；步骤4，无氧化高温裂解陶瓷化。其中，辊套基体为石墨基体；辊套基体表面处理使抗氧化涂覆层与辊套基体更好地结合；浸溃处理的浸溃溶液为液态聚碳硅烷；中温固化处理的固化温度为150~200°C ;无氧化裂解陶瓷化温度为1000~1200°C。
[0012]根据本发明的一实施例，在步骤4之后，还包括以下后续步骤:步骤5，无氧化冷却；步骤6，辊套表面抛光；步骤7，辊套成品包装。
[0013]根据本发明的一实施例，步骤I包括:步骤1.1，辊套基体表面毛化处理；步骤
1.2，辊套基体表面清洁处理。其中，辊套基体表面毛化处理使辊套基体表面形成更大的结合表面积，尽可能多地打开基体表面气孔；辊套基体表面清洁处理采用超声波清洗。
[0014]根据本发明的一实施例，步骤2包括:步骤2.1，将辊套基体放入浸溃罐；步骤
2.2，将浸溃罐抽真空；步骤2.3，注入浸溃溶液；步骤2.4，加压浸溃；步骤2.5，减压，取出浸溃后的辊套基体。其中，浸溃溶液的浓度为25~50% ;加压浸溃的压力为0.5~0.8MPa。
[0015]根据本发明的一实施例，步骤3完成后反回步骤2，重复多次。
[0016]根据本发明的一实施例，浸溃罐抽真空的真空度为0.06~0.09MPa。
[0017]根据本发明的一实施例，加压浸溃的浸溃时间为I~2h。
[0018]根据本发明的一实施例，无氧化高温裂解陶瓷化的时间为I~2h。
[0019]根据本发明的一实施例，辊套基体的体积密度为1.74g/cm3,显气孔率为14%。
[0020]根据本发明的一实施例，聚碳硅烷的分子量为2000~2500。
[0021]根据本发明的一实施例，其高温氧化失重率为29%~38%。
[0022]采用了本发明的技术方案，能够改变石墨辊套的物理性能，增加体积密度，减小显气孔率，使石墨辊套的抗氧化能力提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]在本发明中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中:
[0024]图1是本发明提高硅钢石墨辊套抗高温氧化性的表面处理方法的流程图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
[0026]随着我国硅钢生产的发展，对于高温石墨辊套的需求量大增，抗氧化温度900°C以下的国产石墨辊套已经难以满足这种需求。基于上述国内石墨辊套生产技术的现状，为了进一步改善辊套的抗氧化性能，提高使用寿命，降低硅钢的生产成本，需要在石墨辊套的抗氧化性处理技术和方法上有所突破。
[0027]本发明通过对石墨辊套基体采用高分子材料进行浸溃和高温处理，改善这些石墨辊套的抗氧化性能，提高其使用寿命，进而提高硅钢的产品质量和生产能力。
[0028]本发明采用一种高分子材料一聚碳硅烷作为浸溃剂，对辊套的石墨基体进行浸溃，然后然后高温处理，以在石墨辊套基体的表面和内部获得一种能够抵抗高温氧化作用的SiC陶瓷保护层，提高石墨辊套抵抗氧和水份等氧化介质高温氧化的能力。
[0029]聚碳硅烷是一种以S1-C为主链的高分子聚合物。在常温具有普通有机高聚物所带的基团，如CH3, CH2, S1-CH2, S1-CH2-Si等有机基团。经过高温处理后，有机基团消失，剩下的是S1-C类物质。这种物质，硬度大密度高，具有良好的高温稳定性，在去掉有机基团时可与石墨中的活性炭原子有很好的结合力，裹覆在石墨辊套的表面，能够增强其抗高温氧化性能。
[0030]制备聚碳硅烷的路线是采用二氯二甲基硅烷作为初始原料，先通过钠缩合制成聚二甲基硅烷，然后在高温高压下转变为聚碳硅烷。这样制成的产品的分子量为1000~2000,熔点为200度左右，在甲苯等有机溶剂中易溶解，具有良好的可纺性，而本发明采用的聚碳硅烷分子量为2000~2500，可以采用甲苯等有机溶剂，也可以采用其他的常见的适用于聚碳硅烷的溶剂。
[0031]不仅如此，适当浓度的聚碳硅烷，还可以借助于一定的浸溃方法，渗透到石墨基体内部，在涂层与基体界面上形成梯度涂层，从而缓解了涂层与基体之间的界面应力，提高了裹覆膜与基体之间的结合强度，使涂覆层与基体更好地结合为一体。
[0032]如图1所示，本发明的方法主要包括以下的流程:
[0033]步骤1:辊套基体表面处理，为了使涂覆层与基体更好地结合为一体。
[0034]步骤1.1:首先需要对成型的石墨辊套基体表面进行毛化处理，使辊套基体表面形成更大的结合表面积，尽可能多地打开基体表面气孔。
[0035]步骤1.2:辊套基体表面清洁处理，采用超声波技术清洗。
[0036]步骤2:浸溃处理。浸溃石墨基体采用的是液态聚碳硅烷。
[0037]步骤2.1:将辊套基体放入浸溃罐。
[0038]步骤2.2:将浸溃罐抽真空，真空度0.06~0.09MPa。
[0039]步骤2.3:注入浸溃溶液。根据实验结果，溶液的浓度控制在25~50%，石墨基体中的浸入深度最大，石墨辊套成品的抗氧化性最好。
[0040]步骤2.4:加压浸溃。在浸溃液注入浸溃罐内后,加压至0.5~0.8MPa,使浸溃液尽可能多地进入石墨基体的气孔内。
[0041]步骤2.5:减压,取出浸溃后的棍套基体。
[0042]步骤3:中温固化处理。浸溃后的基材取出后，在150~200°C中温环境中进行固化。
[0043]作为本发明的一种优选实施方式，上述的步骤3在完成之后，可以视情况再返回步骤2，再进行一次浸溃处理，如此反复操作多次。浸溃的次数对抗氧化效果的影响较大，且与浸溃液的浓度有关，因此为了达到不同的抗氧化效果，可以通过浸溃液的浓度和浸溃次数来调整。
[0044] 步骤4:无氧化高温裂解陶瓷化，温度为1000~1200°C，这一温度是根据浸溃液聚碳硅烷的裂解要求和S1-C陶瓷化的实验结果确定的。
[0045]步骤5:无氧化冷却。
[0046]步骤6:辊套表面抛光。
[0047]步骤7:辊套成品包装。
[0048]下面通过3个实施例来说明上述的步骤和参数选择,对于3个实施例来说,参数范围是:
[0049](I)石墨辊套基体原始样品:体积密度1.74g/cm3 ;显气孔率14%。
[0050](2)浸溃材料:聚碳硅烷液体；分子量2000~2500 ;浓度25~50%。
[0051](3)浸溃工艺:真空度0.06~0.09MPa ;压力0.5~0.8MPa ;浸溃时间I~2h。
[0052](4)固化处理:温度150~200°C。
[0053](5)裂解陶瓷化:温度1000~1200°C ;时间I~2h。
[0054]实施例1
[0055]浸溃液浓度为25%，浸溃次数为2次，经过本发明的提高硅钢石墨辊套抗高温氧化性的表面处理方法之后，石墨辊套的体积密度为1.82g/cm3，气孔率为7%，高温氧化失重率为 29 (IlOO0C X2h)。
[0056]实施例2
[0057]浸溃液浓度为35%，浸溃次数为2次，经过本发明的提高硅钢石墨辊套抗高温氧化性的表面处理方法之后，石墨辊套的体积密度为1.79g/cm3，气孔率为8%，高温氧化失重率为 31 (IlOO0C X2h)。
[0058]实施例3
[0059]浸溃液浓度为45%，浸溃次数为I次，经过本发明的提高硅钢石墨辊套抗高温氧化性的表面处理方法之后，石墨辊套的体积密度为1.81g/cm3，气孔率为11%，高温氧化失重率为 38 (IlOO0C X2h)。
[0060]上述的实验结果如下表所示。
[0061]
【权利要求】
1.一种提高硅钢石墨辊套抗高温氧化性的表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤I，辊套基体表面处理； 步骤2，浸溃处理； 步骤3，中温固化处理； 步骤4，无氧化高温裂解陶瓷化； 其中，所述辊套基体为石墨基体；所述辊套基体表面处理使抗氧化涂覆层与辊套基体更好地结合；所述浸溃处理的浸溃溶液为液态聚碳硅烷；所述中温固化处理的固化温度为150~200°C ;所述无氧化裂解陶瓷化温度为1000~1200°C。
2.如权利要求1所述的提高硅钢石墨辊套抗高温氧化性的表面处理方法，其特征在于，在步骤4之后，还包括以下后续步骤: 步骤5,无氧化冷却； 步骤6，辊套表面抛光； 步骤7,棍套成品包装。
3.如权利要求1所述的提高硅钢石墨辊套抗高温氧化性的表面处理方法，其特征在于，所述步骤I包括: 步骤1.1，辊套基体表面毛化处理； 步骤1.2，辊套基体表面清洁处理； 其中，所述辊套基体表面毛化处理使辊套基体表面形成更大的结合表面积，尽可能多地打开基体表面气孔；所述辊套基体表面清洁处理采用超声波清洗。
4.如权利要求1所述的提高硅钢石墨辊套抗高温氧化性的表面处理方法，其特征在于，所述步骤2包括: 步骤2.1，将辊套基体放入浸溃罐； 步骤2.2，将浸溃罐抽真空； 步骤2.3，注入浸溃溶液； 步骤2.4，加压浸溃； 步骤2.5，减压，取出浸溃后的辊套基体； 其中，所述浸溃溶液的浓度为25~50% ;所述加压浸溃的压力为0.5~0.8MPa。
5.如权利要求1所述的提高硅钢石墨辊套抗高温氧化性的表面处理方法，其特征在于，所述步骤3完成后反回步骤2，重复多次。
6.如权利要求4所述的提高硅钢石墨辊套抗高温氧化性的表面处理方法，其特征在于，所述浸溃罐抽真空的真空度为0.06~0.09MPa。
7.如权利要求4所述的提高硅钢石墨辊套抗高温氧化性的表面处理方法，其特征在于，所述加压浸溃的浸溃时间为I~2h。
8.如权利要求1所述的提高硅钢石墨辊套抗高温氧化性的表面处理方法，其特征在于，无氧化高温裂解陶瓷化的时间为I~2h。
9.如权利要求1所述的提高硅钢石墨辊套抗高温氧化性的表面处理方法，其特征在于，所述辊套基体的体积密度为1.74g/cm3，显气孔率为14%。
10.如权利要求1所述的提高硅钢石墨辊套抗高温氧化性的表面处理方法，其特征在于，所述聚碳硅烷的分子量为2000~2500。
11.如权利要求1所述的提高硅钢石墨辊套抗高温氧化性的表面处理方法，其特征在于，其高温氧化失重率为29%~38%。
【文档编号】C04B41/50GK104045376SQ201310082485
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2013年3月15日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】姜华, 刘永丰, 王峰, 傅思荣 申请人:宝山钢铁股份有限公司