复合抗氧化剂对滑板涂料性能的影响

复合抗氧化剂对滑板涂料性能的影响

张静星

天津利安隆新材料股份有限公司天津300480

摘要：滑板作为滑动水口中的滑动部件，在多次使用后，由于接触面的高温氧化及频繁摩擦，将不可避免地出现表面脱碳、拉伤、起毛等现象，滑板表面致密层的完整性被破坏，滑动摩擦力增大，滑动操作的灵活程度及钢水流量控制的准确性降低。

关键词：复合抗氧化剂；滑板涂料性能；影响；

日本曾经开发过具有高温自润滑性能的润滑剂，将其涂覆在滑板表面上，形成具有高温自润滑特性的涂层，大大减少了滑板的滑动阻力，有效地防止了钢水在滑板舌形区的粘附，延长了滑板的使用寿命。目前，国内也开展了滑板涂料的开发工作，其基本性能已经接近日本涂料，但其黏度受温度影响较大，这影响其施工性能。黏度受温度影响较大主要与使用的分散悬浮剂有关。

1创新点

与国外产品相比，采用以水为溶剂，通过超声混合、高压膨胀和微波处理等技术，添加特殊的分散剂和结合剂来制备润滑剂，大大降低了产品成本。改变原料，添加释硅和释氮物质，制备出高温条件下兼具抗氧化和修复双重作用的滑板润滑剂，生产工艺处于国内领先水平。与国外产品相比，所研制的润滑剂的主要性能如固含量、含碳量、pH值、粘度等符合标准，某些性能如抗氧化性、使用寿命方面优于日、美同类产品，另外还具备进口产品未涉及的修复性能。一是高温抗氧化性能。样块于1300℃加热，涂覆研制润滑剂的样块表面残存较多，其能在滑板表面形成一层保护膜，提高滑板在高温下的抗空气氧化性能，并且其抗氧化效果明显优于日本某公司的产品。二是实际工作性能。涂覆研制产品的滑板连滑4次后，表面较完整，损伤面小，使用效果优于进口产品。三是自修复性能。样块于1300℃加热2h，涂覆研制产品的样块表面致密度明显增加，孔洞部分消失，并有晶须生成，经能谱分析认为是SiC，改善滑板的显微结构。

2复合抗氧化剂对滑板涂料性能的影响

2.1试验。一是涂料制备。制备滑板涂料的原料有鳞片石墨（作表面改性处理）、纳米炭黑、结合剂、分散剂和去离子水等。先将去离子水和结合剂按一定配比倒入烧杯中搅拌均匀，再将表面改性后的鳞片石墨、分散剂和纳米炭黑按一定配比混合均匀，最后将以上两者混合均匀，即得试验所需的滑板涂料。二是抗氧化试验。取等静压成型的滑动水口制品（河南新乡伯马集团提供），切割成45mm的圆柱形试块。取3组试块，一组不涂涂料（作为空白试块），一组涂刷研制涂料，一组涂刷日本某公司的涂料。涂刷涂料的两组试块在室温下自然干燥24h后，与空白试块一起，放入GW-2007-2型高温电炉中，分别在600、700、800、900、1000、1100、1200和1300℃空气气氛中加热2h后，测其质量损失率，并对1300℃热处理后试块表面进行SEM分析。

2.2结果。一是复合抗氧化剂呈乳液状，有一定的黏性。在一定范围内，黏度越大，其抗氧化性越强。在实际应用中，黏度的大小决定着产品的粘附量，其黏度过大会影响产品表面的光滑。复合抗氧化剂加入量对滑板涂料黏度的影响随着复合抗氧化剂加入量的增加，滑板涂料黏度大致呈先减小后增大的趋势。黏度的突然增大，可能是由于复合抗氧化剂增加到一定量时，表面张力到达临界点造成的黏性突然增大。在不同温度的空气气氛中加热2h后铝锆碳滑板试块的质量损失率。随着氧化温度从600℃升高到1300℃，空白试块的质量损失率逐渐增大；涂刷日本某公司涂料的试块在1000℃前质量损失率几乎不变，1000℃后快速增大；而涂刷研制涂料的试块的质量损失率则一直保持在较小的水平。这表明，涂料对铝锆碳滑板具有一定的保护作用，并且研制涂料对铝锆碳滑板的高温防氧化作用好于日本某公司的涂料。观察涂刷了研制涂料和日本涂料的铝锆碳滑板试块在1300℃空气气氛中加热2h后的外观发现，涂刷研制涂料的试块残余涂层直径为30mm，而涂刷日本涂料的只有27mm。这也直观地表明了研制涂料的高温防氧化效果优于日本某公司的涂料。未涂刷涂料和涂刷了研制涂料的铝锆碳滑板试块在1300℃空气气氛中加热2h后，其表面的SEM未涂刷涂料的铝锆碳滑板表面粗糙不平，有较多的开口气孔，这是由于滑板表层中的碳在1300℃空气气氛中加热2h过程中被氧化；涂刷研制涂料的铝锆碳滑板表面光滑、致密，气孔明显减少，并且气孔边缘处出现长度约为2~5μm的针状物质，经能谱分析认为是SiC。涂刷的涂料在滑板表面形成一层保护膜，可以阻隔空气，减缓高温条件下O2对滑板的氧化，延长滑板的使用寿命。分析可能是高温下生成的玻璃相物质存在于滑板表面。选用厂家现用的涂有涂敷在滑板表面进行比较，滑板基体表面有大量的涂料剩余，但是很明显涂料呈疏松状，与基体结合性能不好，有明显的剥落现象，涂料在高温下与基体结合性能比较差，容易产生熔渣和挂渣现象。随着温度的升高，两种涂料的黏度均逐渐减小，但涂料减小幅度远小于同类其他涂料的，表明能提高滑板涂料黏度对使用温度的稳定性。固液平衡值涂料具有完全弹性，涂料主要具有弹性，更具有固态特性；涂料主要具有黏性，更具有液态特性。此外，由于涂料中所含的纳米炭黑具有乱层堆积结构，颗粒极细，吸附性强，具有大量表面自由基及自由团，有极大的反应活性，更易与滑板中的单质硅反应生成碳化硅，从而改善滑板的显微结构，提高滑板的性能。二是涂料抗氧化机理分析。未涂涂料滑板800℃氧化处理后，在XRD的检测范围内，没有观测到相应的C峰，说明滑板表面的C由于氧化作用而消失；涂有本实验涂料的滑板800℃氧化处理后的XRD曲线，可以发现其表面仍有少量C的存在，说明涂料的存在在一定程度抑制了滑板的氧化，起到了抗氧化的作用，分析原因是因为800℃以下涂料中的鳞片石墨在氧化性气氛下被氧化，生成CO2、CO气体，降低了与基体接触的氧化性气氛的浓度，对基体有保护作用，能防止基体的氧化。氧化温度对单位面积的滑板氧化失重率的影响，同时选用河南新乡伯马集团现用的涂料作为参比。涂有本实验制得涂料的滑板单位面积失重率，涂有厂家现用涂料的滑板的单位面积失重率。当氧化温度超过850℃时，涂有本实验制备的涂料的滑板单位面积氧化失重率均低于涂有厂家提供涂料的，表明本实验制得的涂料高温抗氧化效果较好，优于厂家现用涂料。随着温度的增加，涂料的氧化失重率先降低再升高。在1000℃时，失重率达到最低值，为0.5%。这可能是由于hBN在900℃发生氧化，生成B2O3等高温下呈玻璃相的硼化物，覆盖于滑板表面，在一定程度上降低了氧化性气氛与滑板基体的接触程度，减少了滑板表面碳的氧化，从而起到抗氧化的作用。然而，当氧化温度高于1000℃时，涂料的失重率随温度的升高而升高，这是由于滑板表面的硼化物高温下挥发，导致滑板基体表面的C暴露于氧化性气氛中，在高温条件下生成CO或CO2。

本实验制得的涂料采用低温抗氧化剂与高温抗氧化剂相结合，能够实现抑制铝碳质滑板基体表面的氧化，起到抗氧化的作用。产品具备较好的稳定性、高温抗氧化性、粘附性等性能，且兼备修复功能，实现了生产过程及产品的绿色化。

参考文献：

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