滑板润滑涂料及其制备方法.pdf

本发明涉及一种滑动水口用滑板润滑涂料，特别是涉及一种用于滑板水口、回转水口、上水口及连铸结晶器等，可改善其表面润滑性能的润滑涂料，属于润滑涂料领域。本发明提供了一种主要用于铝炭滑动水口滑板，以及回转水口、上水口及连铸结晶器等的润滑和保护涂料，提高滑动水口滑板等的抗氧化性和滑板间的高温润滑性，在滑板表面覆盖保护涂层，可以降低滑板内炭素材料的氧化速度，提高滑板的使用寿命，同时还可以降低滑板接触面的摩擦力，防止滑板面的拉伤和起毛现象的发生，从而改善滑板的使用性能。

1、  一种滑板润滑涂料，其特征在于，原料组成按照重量百分比计为：水溶液50-80％，固体微粉20-50％。

2、  根据权利要求1所述的滑板润滑涂料，其特征在于，在所述水溶液中：水70-90％、海藻酸钠5-10％、聚乙烯吡咯烷酮1-2％，硅溶胶4-18％；单位为重量百分比。

3、  根据权利要求1所述的滑板润滑涂料，其特征在于，所述固体微粉包括表面覆盖氧化铝陶瓷层的天然鳞片石墨和六方氮化硼；按照重量百分比计为：表面覆盖氧化铝陶瓷层的天然鳞片石墨80-98％，表面覆盖氧化铝陶瓷层的六方氮化硼2-20％。

4、  根据权利要求1所述的滑板润滑涂料，其特征在于，在制作表面覆盖氧化铝陶瓷层的天然鳞片石墨时：将天然鳞片石墨与浓度为5-30％的硝酸铝水溶液进行球磨混合，形成浆料；鳞片石墨的重量比为30-50％，硝酸铝水溶液的重量比为50-70％；然后将浆料在烘箱中于100-150℃下烘干，硝酸铝在鳞片石墨表面结晶，最后将鳞片石墨在400-500℃下于空气中热处理1-5小时，硝酸铝分解出氧化铝，从而在鳞片石墨表面形成氧化铝陶瓷层。

5、  一种制备权利要求1所述滑板润滑涂料的方法，其特征在于，
(1)水溶液配制：按照重量百分比将海藻酸钠5-10％、聚乙烯吡咯烷酮1-2％，硅溶胶4-18％溶于水70-90％中，放置备用；
(2)将天然鳞片石墨和浓度为5-30％的硝酸铝水溶液，通过球磨混合后，在烘箱中于100-150℃下烘干，再置于400-500℃的热处理炉中进行热处理1-5小时，使硝酸铝分解并在鳞片石墨形成氧化铝陶瓷层；
(3)将表面覆盖氧化铝陶瓷层的天然鳞片石墨与六方氮化硼粉末加入到步骤(1)中的水溶液中，球磨混合1-8小时，即得到滑板润滑涂料。

滑板润滑涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种滑动水口用滑板润滑涂料，特别是涉及一种用于滑板水口、回转水口、上水口及连铸结晶器等，可改善其表面润滑性能的润滑涂料，属于润滑涂料领域。
背景技术
滑动水口是炼钢连铸设备的一个重要部件，其性能的好坏将直接影响到连铸过程中钢水的控制，直接影响到浇铸过程的漏钢情况，连铸坯的质量以及对钢水的污染等，因此，对滑动水口的性能和质量提出了越来越高的技术要求。滑动水口的使用条件具体有：(1)需长时间与高温钢水接触；(2)在满足不同浇铸工艺要求条件下，需反复经受钢水剧烈的化学侵蚀和物理冲蚀；(3)需承受高温钢水剧烈的热冲击与开闭时滑板间的机械磨损等。因此，要求滑板必须具备良好的抗热冲击性、耐侵蚀性、抗磨损性以及高温强度等。同时，为了顺利实现滑板的开闭与控制钢水流量的功能，对滑板表面的平整度、平行度及尺寸等均有严格的技术要求。滑板作为滑动水口中控制钢水流量的滑动部件，在多浇次使用后，由于接触面的频繁摩擦将不可避免地带来滑板表面的磨损，破坏了滑板表面的致密层的完整性，降低了滑板动作灵活程度与滑板的抗侵蚀能力，同时，滑板接触面摩擦的增大将影响其滑动的灵活程度和钢水流量控制的准确性。
通过在滑板表面覆盖耐高温、抗钢水侵蚀的润滑涂层，可以改善滑板的表面平整度和光滑度，从而使滑板获得更长的使用寿命和更优的性能。国外在20世纪80年代就开展了有关滑板润滑涂料的研究工作。例如，日本的大新化工株式会社研究出了DSS滑板润滑涂料，该涂料采用高纯度天然鳞片石墨经胶体化后，与水溶性结合剂混合精制而成，通过刷涂或喷涂，在滑板表面形成一层光滑致密的润滑涂层，并且可以填补因机械加工造成的滑板表面的凸凹缺陷，使滑板表面光滑平整，且在低摩擦负载下灵活地滑动，同时，还具有优良的防粘渣抗浸润性能。但是，国外的滑板润滑涂料的配方和生产工艺严格保密，进口价格非常昂贵，显然国内的耐火材料和钢铁厂家难以承受，所以进口润滑涂料只能在高端的滑板上限量使用。
针对这一现状，国内相关的企业和科研院所开展了关于滑板润滑涂料方面的研究。通过文献检索发现，欧阳德刚等的专利《滑板润滑剂及其制备方法》(申请号：200410012887.2)报道了一种滑板润滑剂及其制备方法，系采用无机膨润土、水溶性石墨分散剂、硅溶胶、乙二醇、乙醇和水溶性催干剂、水溶性聚丙烯酸树脂或聚氨酯乳胶或两种复合乳胶构成有机结合剂和三乙醇胺，在胶体磨中混合，再加入天然鳞片石墨微粉进行搅拌，待其混合均匀后加入碳化硅微粉和氧化铝微粉进行混合，最终得到滑板润滑剂，该润滑剂的使用性能较好，比未用润滑剂的滑板寿命提高一次/套。但是由于所采用的天然鳞片石墨的抗氧化性能差，所以对于滑板的保护能力有限，同时，所采用的添加剂种类繁多，使润滑涂料的配制过程较为繁琐。
发明内容
本发明针对以上技术的不足，提供一种主要用于铝炭滑动水口滑板，以及回转水口、上水口及连铸结晶器等的润滑和保护涂料，提高滑动水口滑板等的抗氧化性和滑板间的高温润滑性，在滑板表面覆盖保护涂层，可以降低滑板内炭素材料的氧化速度，提高滑板的使用寿命，同时还可以降低滑板接触面的摩擦力，防止滑板面的拉伤和起毛现象的发生，从而改善滑板的使用性能。
本发明的目的是按照下述方法来实现的：一种主要用于铝炭滑动水口滑板的润滑和保护涂料，按照重量百分比，主要由以下组份和含量组成：水溶液50-80％、固体微粉20-50％。所述的水溶液，是若干种有机和无机添加剂溶解于水中得到的水溶液；所述的固体粉末，包括已经过表面化学处理的天然鳞片石墨和无机粉末添加剂。其中的水溶液，主要包括海藻酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、硅溶胶按照比例溶于水中而成，组成和含量为：水70-90％、海藻酸钠5-10％、聚乙烯吡咯烷酮1-2％，硅溶胶4-18％；所述的固体粉末，包括粒径为2.5-20μm的鳞片石墨80-98％，平均粒径为1μm的六方氮化硼粉末2-20％。通过控制润滑涂料中的水溶液和固体微粉的比例来调节粘度。润滑涂料可采用刷涂或喷涂的方式，涂覆在滑板表面形成润滑和保护涂层。以上单位为重量百分数。
本发明中所采用的鳞片石墨，是作为滑板保护涂料的润滑和保护的主要成分，具有优良的自润滑特性及对钢水及熔渣的不润湿性，可以有效降低滑板间的摩擦系数，且可有效地防止熔融钢水及熔渣向滑板面的渗透。但是石墨在空气中于400℃时就会发生明显的氧化，且石墨与水不浸润，因此本发明中所采用的鳞片石墨，须经过如下过程进行表面处理的：将鳞片石墨与浓度为5-30％的硝酸铝水溶液进行球磨混合，鳞片石墨的重量比为30-50％，硝酸铝水溶液的重量比50-70％，然后将浆料在烘箱中于100-150℃下烘干，硝酸铝在鳞片石墨表面结晶，最后将鳞片石墨在400-500℃下于空气中热处理1-5小时，硝酸铝分解出氧化铝，覆盖在鳞片石墨表面。采用该方法得到的鳞片石墨，具有良好的亲水性和抗氧化性。
本发明所采用六方氮化硼，是一种有类似鳞片石墨的层状结构，具有优良的自润滑性能和抗钢水及熔渣侵蚀的性能，同时，由于六方氮化硼在空气中的氧化温度大于900℃，所以其抗氧化性能远高于石墨，并且可以提供滑板在高温条件下的润滑性能，改善滑板间在高温条件下的热粘附性能。
本发明采用的海藻酸钠，是一种溶于水的高分子分散剂和粘结剂，对石墨在水中有良好的分散作用，并在室温条件下可以固化成膜；采用的聚乙烯吡咯烷酮，是一种溶于水的高分子添加剂，可改善润滑涂料的流平性能，使滑板涂层的外观平整；采用的硅溶胶，是一种无机粘接剂，可使润滑涂料在滑板上形成的润滑和保护涂层具有一定的高温结合强度。
本发明提供的上述滑板润滑剂的制备方法，其特征在于：(1)水溶液配制：按照重量百分比将海藻酸钠5-10％、聚乙烯吡咯烷酮1-2％，硅溶胶4-18％溶于水70-90％中，放置备用；(2)将粒径为2.5-20μm的鳞片石墨和浓度为5-30％的硝酸铝水溶液中，通过球磨混合1-5小时后，在烘箱中于100-150℃下烘干，再置于400-500℃的热处理炉中进行热处理1-5小时，使硝酸铝分解并在鳞片石墨形成氧化铝陶瓷层；(3)将进行了表面化学处理的鳞片石墨与六方氮化硼粉末按照一定的比例加入到上述步骤(1)中的水溶液中，球磨混合1-8小时，即得到滑板涂料。
本发明的滑板润滑涂料具有如下优点：
1.本发明的滑板润滑涂料因采用了表面覆盖氧化铝陶瓷层的鳞片石墨，所以具有良好的亲水性，使鳞片石墨在高分子分散剂的作用下，稳定悬浮于润滑涂料中，保证了润滑涂料可以长期存放而不沉淀；同时，表面覆盖氧化铝陶瓷层的鳞片石墨，与普通的鳞片石墨相比，具有更高的抗氧化性能。
2.本发明的滑板润滑涂料，在常温下干燥速度快，润滑涂层致密均匀，外观平整光滑，而且在高温条件下，依然保持良好的润滑性能，尤其是防止滑板中焦油渗出的性能优良，抗氧化效果极佳。
3.本发明采用的原料，均为国内采购，原料价格低廉，因此与国外产品相比，成本低廉，与国外进口产品相比，成本仅为其20-30％左右。
4.本发明的滑板润滑涂料可以在滑板连滑3-4次时，依然与滑板表面紧密结合，保持其润滑和防护性能，满足了国产滑板目前对使用寿命的要求。
具体实施方式
实施例1：
称取海藻酸钠5公斤，聚乙烯吡咯烷酮1公斤，硅溶胶4公斤，加入到90公斤水中，充分搅拌溶解后，得到100公斤水溶液(1)，备用。称取工业纯硝酸铝5公斤，溶于95公斤水中，得到硝酸铝质量浓度为5％的水溶液(2)100公斤备用。将30公斤的平均粒度为2.5μm的鳞片石墨与上述硝酸铝水溶液(2)70公斤进行球磨共混1小时，然后在烘箱中于100℃下烘干，然后在400℃下热处理5小时，得到表面覆盖氧化铝陶瓷层的鳞片石墨，备用。
称取水溶液(1)80公斤，在其中加入表面覆盖氧化铝陶瓷层的鳞片石墨16公斤和平均粒径为1μm的六方氮化硼4公斤，球磨混合1小时，即得到本发明的润滑涂料。本发明的滑板润滑涂料经2个月的静置后，未发现明显的沉淀，涂料的涂四杯值为60秒。经过在炼钢厂大包水口的滑板工作面上进行了50套的工业试验，滑板的平均寿命为2.6次/套，试验后，滑板表面保留有致密的润滑涂层，涂层表面光滑，未发现有划伤痕迹，滑板断面接近涂层的地方，没有发生炭素材料的氧化现象。与国外进口产品相比，本发明的润滑涂料的成本约为其20％左右。
实施例2：
称取海藻酸钠7.5公斤，聚乙烯吡咯烷酮1.5公斤，硅溶胶11公斤，加入到80公斤水中，充分搅拌溶解后，得到100公斤水溶液(1)，备用。称取工业纯硝酸铝15公斤，溶于85公斤水中，得到硝酸铝质量浓度为15％的水溶液(2)100公斤备用。将40公斤的平均粒度为10μm的鳞片石墨与上述硝酸铝水溶液(2)60公斤进行球磨共混3小时，，然后在烘箱中于120℃下烘干，然后在450℃下热处理3小时，得到表面覆盖氧化铝陶瓷层的鳞片石墨，备用。
称取水溶液(1)65公斤，在其中加入表面覆盖氧化铝陶瓷层的鳞片石墨31.5公斤和平均粒径为1μm的六方氮化硼3.5公斤，球磨混合5小时，即得到本发明的润滑涂料。本发明的滑板润滑涂料经2个月的静置后，未发现明显的沉淀，涂料的涂四杯值为70秒。经过在炼钢厂大包水口的滑板工作面上进行了50套的工业试验，滑板的平均寿命为4次/套，试验后，滑板表面保留有致密的润滑涂层，涂层表面光滑，未发现有划伤痕迹，滑板断面接近涂层的地方，没有发生炭素的氧化材料现象。与国外进口产品相比，本发明的润滑涂料的成本约为其25％左右。
实施例3：
称取海藻酸钠10公斤，聚乙烯吡咯烷酮2公斤，硅溶胶18公斤，加入到70公斤水中，充分搅拌溶解后，得到100公斤水溶液(1)，备用。称取工业纯硝酸铝30公斤，溶于70公斤水中，得到硝酸铝质量浓度为30％的水溶液(2)100公斤备用。将50公斤的平均粒度为20μm的鳞片石墨与上述硝酸铝水溶液(2)50公斤进行球磨共混5小时，，然后在烘箱中于150℃下烘干，然后在500℃下热处理1小时，得到表面覆盖氧化铝陶瓷层的鳞片石墨，备用。
称取水溶液(1)50公斤，在其中加入表面覆盖氧化铝陶瓷层的鳞片石墨49公斤和平均粒径为1μm的六方氮化硼1公斤，球磨混合8小时，即得到本发明的润滑涂料。本发明的滑板润滑涂料经2个月的静置后，未发现明显的沉淀，涂料的涂四杯值为90秒。经过在炼钢厂大包水口的滑板工作面上进行了50套的工业试验，滑板的平均寿命为3.8次/套，试验后，滑板表面保留有致密的润滑涂层，涂层表面光滑，未发现有划伤痕迹，滑板断面接近涂层的地方，没有发生炭素的氧化现象。与国外进口产品相比，本发明的润滑涂料的成本约为其28％左右。