高温纳米防渗碳材料、涂层及其应用

摘要

本发明披露了一种高温纳米防渗碳材料、涂层及其应用。此材料是一种经配方形成的浆料，浆料喷涂和/或涂刷在工件上形成涂层，涂层有如下特性：防高温渗碳、高热导率、与基体部件有良好的结合强度、与铁水浸润消除气隙。当此涂层应用在低碳钢部件表面时，使低碳钢部件在高温碳气氛中防止渗碳，如钢铁厂的铸铁冷却壁冷却水管等。此材料涂层的主要应用范围包括，高温纳米防渗碳材料配方的浆料喷涂和/或刷涂在设备/铸铁冷却壁冷却水管表面上，固化后形成致密的高效长寿防渗碳涂层；还包括喷涂和/或刷涂在大型钢铁零件/锻模表面上，固化后形成防脱碳涂层。

权利要求

1.一种高温纳米防渗碳材料，其配方经配料呈浆料，该配方包括：

（a）浆料中的第一部分材料成分具有防渗碳功能；该材料成分是选择来源于一组的一个或两个以上的化合物，化合物包括氧化铝、氧化铬、氧化锆、氧化硅、氧化钙、氧化钇、氧化铈、氧化钪、氧化镁；和/或金属的镍、铬、镍-铝合金、镍-铬合金、镍-铝-铬-铁合金；和/或上述二者的组合，该防渗碳功能的材料成分在浆料中的重量百分比是从15%至90﹪；

（b）浆料中的第二部分材料成分具有高热导率功能；该材料成分是选择来源于一种，但不限于一种的化合物，化合物包括碳化硅、氮化硅、氮化铝、氮化钛、氮化硼、氮化铬；和/或金属的铝、镍-铝合金、镍-铬合金；和/或上述二者的组合，该高热导率的材料成分在浆料中的重量百分比是从5%到70%；

（c）浆料中的辅助添加剂提供低温和高温粘结剂功能；该辅助添加剂成分是选择来源于一种，但不限于一种低温固化后和在使用期内具有粘结功能的高分子粘结剂，粘结剂包括PVA、PVP；和/或高温粘结剂包括偏硅酸钠、硼化物和硅酸钾盐; 和/或上述二者的组合，该粘结剂的材料成分在浆料中的重量百分比是从0.1%到20%；

（d）浆料中的第二种辅助添加剂材料成分具有与铁水浸润消除气隙的功能；所述与铁水浸润消除气隙功能的第二种辅助添加剂成分至少选择来源于一种或一种以上的釉料、镍-铝合金、镍-铬合金、铝、铜或铁，该与铁水浸润消除气隙的材料成分在浆料中按重量的百分比大于0小于50%。

2.一种高温纳米防渗碳涂层，是把权利要求1所述的高温纳米防渗碳材料配方的浆料喷涂/或刷涂在铸铁冷却壁冷却水钢管表面上，固化后形成防渗碳涂层。

3.按照权利要求2所述的高温纳米防渗碳涂层，其特征在于：所述高温纳米防渗碳涂层是纳米结构。

4.按照权利要求2所述的高温纳米防渗碳涂层，其特征在于：所述高温纳米防渗碳涂层具有防渗碳功能、高热导率功能和与铁水浸润消除气隙功能的材料成分和结构组织。

5.按照权利要求4所述的高温纳米防渗碳涂层，其特征在于：防渗碳成分是来源于至少一种，但不限于一种的化合物，化合物包括氧化铝、氧化铬、氧化锆、氧化硅、氧化钇、氧化铈、氧化钪、氧化镁；和/或金属的镍、铬、镍-铝合金、镍-铬合金、镍-铝-铬-铁合金；和/或上述二者的组合，此防渗碳成分在涂层中的重量百分比是从15%至90﹪。

6.按照权利要求4所述的高温纳米防渗碳涂层，其特征在于：高热导率成分是来源于至少一种，但不限于一种的化合物，化合物包括碳化硅、氮化硅、氮化铝、氮化钛、氮化硼、氮化铬；和/或金属的铝、镍-铝合金、镍-铬合金；和/或上述二者的组合，该高热导率成分在涂层中的重量百分比是从5%至70﹪。

7.按照权利要求6所述的高温纳米防渗碳涂层，其特征在于：铁水浸润消除气隙成分是来源于至少一种，但不限于一种的低熔点的釉料、镍-铝合金、镍-铬合金、铝、铜、铁，或它们的组合，该与铁水浸润消除气隙成分在涂层中按重量的百分比大于0小于50%。

8.按照权利要求2所述的高温纳米防渗碳涂层，其特征在于：所述涂层成分和结构组织是一种双层涂层，即:

在与工件基体接触的第一层涂层含有防渗碳成分及高热导率成分和第二层涂层含有高热导率成分和与铁水浸润消除气隙成分。

9.按照权利要求8所述的高温纳米防渗碳涂层，其特征在于：所述第一层涂层的防渗碳成分是来源于至少一种，但不限于一种的化合物，化合物包括氧化铝、氧化铬、氧化锆、氧化硅、氧化钇、氧化铈、氧化钪、氧化镁；和/或金属的镍、铬、镍-铝合金、镍-铬合金、镍-铝-铬-铁合金；和/或上述二者的组合，第一层涂层的防渗碳成分在涂层中的重量百分比是从15%至90﹪；

所述涂层的第一层涂层高热导率成分是来源于至少一种，但不限于一种的化合物，化合物包括碳化硅、氮化硅、氮化铝、氮化钛、氮化硼、氮化铬；和/或金属铝、镍-铝合金、镍-铬合金；和/或上述二者的组合，第一层涂层高热导率成分在涂层中的重量百分比是从

5%至70﹪。

10.按照权利要求8所述的高温纳米防渗碳涂层，其特征在于：所述第二层涂层的高热导率成分是来源于至少一种，但不限于一种的化合物，化合物包括碳化硅、氮化硅、氮化铝、氮化钛、氮化硼、氮化铬；和/或金属铝、镍-铝合金、镍-铬合金；和/或上述二者的组合，第二层涂层高热导率成分在涂层中的重量百分比是从5%至70﹪；

所述第二层涂层与铁水浸润消除气隙成分是来源于至少一种，但不限于一种低熔点的釉料、镍-铝合金、镍-铬合金、铝、铜、铁，或它们的组合，第二层涂层的与铁水浸润消除气隙成分在涂层中的重量百分比是从1%到50%。

11.按照权利要求6所述的高温纳米防渗碳涂层，其应用范围包括喷涂/或刷涂在大型钢铁零件/锻模表面上，固化后形成防脱碳涂层。

说明书

高温纳米防渗碳材料、涂层及其应用

技术领域

[0001] 本发明披露了一种高温纳米防渗碳材料、涂层及其应用，属于耐高温材料技术领域。

[0002] 背景技术

[0003] 高炉铸铁冷却壁属于高炉炉体冷却设备，其构造为预埋低碳无缝钢管的铸铁件，它担负冷却炉体以保护炉壳及钢结构、支撑耐火材料以及维护合理炉形的重要任务。高炉铸铁冷却壁的冷却原理是炉内热量依次传给耐火材料衬里、冷却壁铸铁基体、无缝钢管壁，最终由钢管中的循环冷却水把热量带出炉外。由此可见，高炉铸铁冷却壁的主要任务是起冷却散热作用。

[0004] 在铸铁冷却壁浇铸过程中，铸铁中的碳原子在高温下往往会通过扩散过程而进入冷却壁的冷却水钢管的管壁中，冷却水管一般是用低碳钢制作而成，当冷却水管渗碳后，珠光体含量增加，严重时会出现游离态碳化物，如图1所示，图1-a显示的为冷却壁冷却水管无渗碳的原始金相组织，图1-b是显示渗碳后的珠光体增加的金相照片。当冷却水管渗碳后，随着珠光体含量的逐步增加，韧性逐渐下降，导致冷却壁工作状态下抵抗热波动的能力变差，缩短其使用寿命。

[0005] 目前，解决此设备问题主要有如下几个方面：

[0006] （a） 把低碳钢管干脆换成高档不锈钢材料；

[0007] （b）通过热喷涂在冷却壁水管上喷涂一层合金材料或氧化物；

[0008] （c） 涂刷一层涂料以防止渗碳。

[0009] 在以上描述的三种解决方法中，当然（a）是最好的方法，也是最昂贵，其中（b）也是技术上可行的，但同样是造价昂贵,（c）的解决方法是最经济的，涂料需要满足如下条件：

[0010] 涂料固化后，变成涂层要能与冷却壁冷却水管有较好的结合力；

[0011] 涂层的表面同时还要能与铁水熔合浸润以能达到良好的导热效果；

[0012] 涂层有较好的热导率；

[0013] 涂层能有防渗碳效果。

[0014] 目前市面上能见到的产品有KC-202涂料和锆英粉为基体材料的涂料等。在这些商业涂料中，以KC-202涂料的应用效果为最好且最广泛，其它的防渗碳效果都较差。目前世林公司所使用的比较成功的涂料也是KC-202涂料。此涂料最早的应用是以抗氧化防脱碳为主而开发的，后来延伸到防渗碳应用。如其成分的氧化锆、氧化铝等都是热导率很差的材料，影响了冷却壁的冷却性能。除热导率不能满足应用要求外，此涂料当转化成涂层后与基体的结合力也很差，经常导致涂料脱落的现象。涂层的表面与铁水接触的部分也存在着较差的浸润性，这样造成了此涂料产品的使用质量差，导致冷却壁的机械性能差及应用寿命短等问题。

[0015] 在铸铁冷却壁铁水浇铸和铸铁冷却过程中，冷却壁铸铁基体与钢管由于热胀冷缩条件不同产生的间隙大于0.1mm，行业内称之为气隙。通过做冷却壁热态实验和传热学计算分析，0.1mm气隙产生的热阻大于1850mm厚的铸铁本体，因此，高炉内热量不能有效地通过冷却水传递出去，冷却壁热面长期工作在高温状态下，造成冷却壁机械性能大大下降，冷却壁铸铁基体破损，同时冷却水管在高温热交变应力作用下，开裂漏水，造成冷却壁设备失效，影响高炉24小时连续顺行生产。

[0016] 另外，大型钢铁零件/锻模的锻造加热、热处理加热，因其加热周期长，会引起钢铁零件/锻模氧化脱碳现象，影响性能, 氧化脱碳严重时会产生报废。目前有条件的工厂采取的措施是可控气氛加热，但加热成本较高；有采用商业KC-202涂料的，但如上所述其成分的氧化锆、氧化铝等都是热导率很差的材料，影响加热传热效率。

[0017] 基于上述现有防渗碳/防脱碳涂料产品的缺点，以及其他替代产品和工艺的价格昂贵成本高等问题，研究低成本新涂料及其应用的发明是很有必要的。

[0018] 发明内容

[0019] 本发明是一种高温纳米防渗碳材料、涂层及其应用，用来改善目前防渗碳技术的不足。为保护高炉铸铁冷却壁冷却水管不被渗碳、适应苛刻的工作环境、并增加其使用寿命，利用纳米技术研制成功了低成本的系列高温纳米防渗碳材料及其涂层，主要解决冷却壁冷却水管在冷却壁浇铸过程中所出现的渗碳、与铁水不浸润及产生气隙的主要问题。喷涂和/或刷涂高温纳米防渗碳涂料在钢管表面上固化后形成的涂层，在高温状况下，在钢管的表面形成致密的高效长寿防渗碳涂层。

[0020] 本发明体现在四个方面，包括：纳米防渗碳涂料的材料配方、利用此配方制成浆料用喷涂或涂刷的方法形成纳米防渗碳涂层、涂层的成分和结构组织也可以是一种含有双层涂层的梯度涂层以及该发明防渗碳涂层在设备/冷却壁的应用。

[0021] 本发明第一个体现是形成了新的涂料配方，配方包括如下几种必要的成分： [0022] （a）浆料中的第一部分材料成分具有防渗碳功能；

[0023] （b）浆料中的第二部分材料成分具有高热导率功能；

[0024] （c）浆料中的辅助添加剂提供低温和高温粘结剂功能；

[0025] （d）浆料中的第二种辅助添加剂材料成分具有与铁水浸润消除气隙的功能。

[0026] 所述浆料中的第一部分材料成分是选择来源于一组的一个或两个以上的化合物，化合物包括氧化铝、氧化铬、氧化锆、氧化硅、氧化钙、氧化钇、氧化铈、氧化钪、氧化镁；和/或金属的镍、铬、镍-铝合金、镍-铬合金、镍-铝-铬-铁合金；和/或上述二者的组合，该防渗碳功能的材料成分在浆料中的重量百分比是从15%至90﹪；

[0027] 所述浆料中的第二部分材料成分是选择来源于一种，但不限于一种的化合物，化合物包括碳化硅、氮化硅、氮化铝、氮化钛、氮化硼、氮化铬；和/或金属的铝、镍-铝合金、镍-铬合金；和/或上述二者的组合，该高热导率的材料成分在浆料中的重量百分比是从5%到70%

[0028] 所述浆料中的辅助添加剂成分是选择来源于一种，但不限于一种低温固化后和在使用期内具有粘结功能的高分子粘结剂，粘结剂包括PVA、PVP；和/或高温粘结剂包括偏硅酸钠、硼化物和硅酸钾盐; 和/或上述二者的组合，该粘结剂的材料成分在浆料中的重量百分比是从0.1%到20%粘结功能添加剂成分是选择来源于一种，但不限于一种低温固化后和在使用期内具有粘结功能的高分子粘结剂，包括聚乙烯醇、PVA、PVP; 和/或高温粘结剂包括偏硅酸钠、硼化物和硅酸钾盐; 和/或上述二者的组合，该粘结剂的材料成分在浆料中的比例是从0.1%到20%重量比。

[0029] 所述与铁水浸润消除气隙功能的第二种辅助添加剂成分至少选择来源于一种的釉料、镍-铝合金、镍-铬合金、铝、铜或铁，但不限于一种，或上述两种以上的组合，该与铁水浸润消除气隙的材料成分在浆料中按重量的百分比大于0小于50%。

[0030] 基于上述要求，涂层包括了有效成分含有防渗碳成分及高导热率成分。其中此两种成分均能满足与基体/冷却壁冷却水管的高强度的结合力，同时也能满足其涂层表面与铁水之间有着较好的浸润消除气隙效果。

[0031] 防渗碳成分是来源于至少一种，但不限于一种的化合物，化合物包括氧化铝、氧化铬、氧化锆、氧化硅、氧化钇、氧化铈、氧化钪、氧化镁；和/或金属的镍、铬、镍-铝合金、镍-铬合金、镍-铝-铬-铁合金；和/或上述二者的组合，此防渗碳成分在涂层中的重量百分比是从15%至90﹪。

[0032] 高热导率成分是来源于至少一种，但不限于一种的化合物，化合物包括碳化硅、氮化硅、氮化铝、氮化钛、氮化硼、氮化铬；和/或金属的铝、镍-铝合金、镍-铬合金；和/或上述二者的组合，该高热导率成分在涂层中的重量百分比是从5%至70﹪。

[0033] 与铁水浸润消除气隙成分是来源于至少一种，但不限于一种的低熔点的釉料、镍-铝合金、镍-铬合金、铝、铜、铁，或它们的组合，该与铁水浸润消除气隙成分在涂层中按重量的百分比大于0小于50%。

[0034] 所述第一层涂层的防渗碳成分是来源于至少一种，但不限于一种的化合物，化合物包括氧化铝、氧化铬、氧化锆、氧化硅、氧化钇、氧化铈、氧化钪、氧化镁；和/或金属的镍、铬、镍-铝合金、镍-铬合金、镍-铝-铬-铁合金；和/或上述二者的组合，第一层涂层的防渗碳成分在涂层中的重量百分比是从15%至90﹪；

[0035] 所述涂层的第一层涂层高热导率成分是来源于至少一种，但不限于一种的化合物，化合物包括碳化硅、氮化硅、氮化铝、氮化钛、氮化硼、氮化铬；和/或金属铝、镍-铝合金、镍-铬合金；和/或上述二者的组合，第一层涂层高热导率成分在涂层中的重量百分比是从5%至70﹪。

[0036] 所述第二层涂层的高热导率成分是来源于至少一种，但不限于一种的化合物，化合物包括碳化硅、氮化硅、氮化铝、氮化钛、氮化硼、氮化铬；和/或金属铝、镍-铝合金、镍-铬合金；和/或上述二者的组合，第二层涂层高热导率成分在涂层中的重量百分比是从5%至70﹪；

[0037] 所述第二层涂层与铁水浸润消除气隙成分是来源于至少一种，但不限于一种低熔点的釉料、镍-铝合金、镍-铬合金、铝、铜、铁，或它们的组合，第二层涂层的与铁水浸润消除气隙成分在涂层中的重量百分比是从1%到50%。

[0038] 本发明有益效果体现在防渗碳效果可靠稳定、高热导率、消除气隙热阻、施工简便、成本低等方面，冷却效果比传统防渗碳材料及其涂层提高2倍以上。

[0039] 附图说明

[0040] 图1是单层功能纳米防渗碳涂层与基体部件关系的示意图；

[0041] 图2是多层功能纳米防渗碳涂层与基体部件关系的示意图；

[0042] 图3是钢管渗碳试验后的金相照片；

[0043] 图4是钢管刷涂防脱碳涂料在电阻炉中高温加热后的金相照片。

具体实施方式

[0044] 本发明高温纳米防渗碳材料的形态是一种涂料（浆料），通过喷涂/刷涂到工件基体/钢管的表面，经过固化后而形成防渗碳涂层/防脱碳涂层。该涂层具有优越的防渗碳/防脱碳效果、很好的热导率、与基体有良好的结合力，作为防渗碳涂层能与铁水界面形成较好的浸润和消除气隙能力。

[0045] 高温纳米防渗碳材料主要技术指标见下表。

[0046] 高温纳米防渗碳材料主要技术指标项目名称 单位 技术指标
涂料容重 g/cm3 1.1～1.2
涂料不沉淀时间 d ≥60
涂料悬浮性 h ≥48
涂料pH值 pH 9～11
烘干密度 g/cm3 1.4～1.6
涂层粘结强度 MPa ≥1
最低成膜温度 ℃ -7
涂层抗铁水冲刷 满足铁水浇铸工艺要求
涂层耐火度 ℃ Max.1800
涂层防渗碳性能 钢管壁表面1mm深度范围内，相对钢管基体平均增碳量≤0.1%涂层线膨胀系数 1.0×10-6℃1350℃，6～10
涂层厚度 mm ≤0.3
冷却水管与铸铁冷却壁本体间隙（含涂层厚度）mm ≤0.2
冷却水管与铸铁冷却壁本体气隙 mm ≤0.02
总热阻 ℃/W ≤0.02

[0047] 按照本发明的宗旨，在本发明的第一种体现中，是把所需的成分制配成一种防渗碳涂料。在实际工艺过程中，防渗碳材料的涂料（浆料）是按以下步骤制作的： [0048] 1.按配方比例称量各主要材料成分重量；

[0049] 2.称量出各种添加剂的重量并将其混合；

[0050] 3.将添加剂与主要材料成分混合，首先机械混合，然后用一湿球磨碾磨一定时间。有时，球磨过程是可选的；

[0051] 4.从球磨中或混合物中得到的浆料可以储存起来，备用。

[0052] 防渗碳材料的配方成分设计应该有两种可能。其配方一是含有防渗碳成分（相）及高热导率成分（相），并且，此配方浆料固化后变成涂层后应与它所接触的铁水界面有较好的浸润和消除气隙能力。

[0053] 其配方二是含有高热导率成分（相）及与铁水界面的浸润成分（相）。此配方浆料通常是作为第二层与铁水接近的涂层使用，固化后变成涂层应与它所接触的铁水界面有较好的浸润消除气隙能力。

[0054] 该发明的第二种体现是把涂料配方转化为防渗碳涂层。得到的涂层结构可以是纳米结构，也可是微米结构。在这里，纳米（nm，nanometer）结构的定义是指防渗碳材料的晶粒尺寸至少有一种成份（或相）它的尺寸至少有一个方向是小于100纳米。微米（µm, micrometer）结构的定义是指防渗碳材料的晶粒尺寸至少有一种成份（或相）它的尺寸至少有一个方向是大于 100 纳米。

[0055] 在制作涂层时，把准备好的涂料（料浆）喷涂/刷涂在工件的表面上。工件的表面应该做预先处理，最好是用打砂的方法把工件清理干净，并去油。然后把浆料喷涂/刷涂在工件的表面上，涂好的浆料固化后形成防渗碳涂层。

[0056] 基于上述要求，发明的材料及涂层有如图1中所示。涂层包括了有效成分含有防渗碳成分及高导热率成分。其中此两种成分均能满足与基体/冷却壁冷却水管的高强度的结合力，同时也能满足其涂层表面与铁水之间有着较好的浸润消除气隙效果。 [0057] 在本发明的第三种体现中，按照上述第二种体现的制作方法把涂料配方转化为一种梯度的双层涂层，如图2所示。这种梯度涂层是在与工件基体接触的第一层涂层含有防渗碳成分及高热导率成分和第二层涂层含有高热导率成分和与铁水浸润消除气隙成分。 [0058] 本发明的第四种体现是其应用范围广，包括喷涂/刷涂在大型钢铁零件/锻模表面上，固化后形成防脱碳涂层。

[0059] 本发明专利将由下面的实例进一步阐述说明。

[0060] 实施例1：高温纳米防渗碳材料（料浆）配方

[0061] 高温纳米防渗碳材料（料浆）配方1和2，分别见表1、表2。

[0062] 表1高温纳米防渗碳材料（料浆）配方1原料名称 规格（mm） 含量（%） 实际称重量（g） 备注
氧化铝 0.005 9.86 49.3
氧化铬 0.021 12.33 61.65
D01粉料 纳米级 27.85 139.25
钛白粉 纳米级 0.74 3.7
硅微粉 纳米级 12.33 61.65
液态水玻璃 工业级 20 129.6
三聚磷酸钠 工业级 0.75 3.7
醇酯-12 工业级 13.32 66.6
丙二醇 工业级 3.82 19.1
总量 100 500

[0063] 注：表中“D01粉料”是指由世林（漯河）冶金设备公司生产的系列产品“D00粉料”之一。“D00粉料”材料成分（相）是选择来源于至少一种，但不限于一种的化合物碳化硅、氮化硅、氮化铝、氮化钛、氮化硼或金属铝、铜、镍-铝合金、镍-铬合金等，或它们的组合；

[0064] 表中 “D01粉料”是重量比为1:1的650目碳化硅和800目的铝粉混合粉料，采用纳米/超细化处理，使晶粒达到纳米尺寸。

[0065] 表2高温纳米防渗碳材料（料浆）配方2原料名称 规格（mm） 含量（%） 实际称重量（g） 备注
釉料 0.019 2.45 12.25
氧化铁 0.013 3.68 18.4
氧化铬 0.021 6.87 34.35
D02粉料 纳米级 32.27 161.35
钛白粉 纳米级 0.74 3.7
硅微粉 纳米级 14.72 23.6
液态水玻璃 工业级 20 108.6
三聚磷酸钠 工业级 0.74 3.7
醇酯-12 工业级 13.13 65.65
丙二醇 工业级 5.4 27
总量 100 500

[0066] 注：表中 “D02粉料” 是指由世林（漯河）冶金设备公司生产的系列产品“D00粉料”之一，是重量比为1:1的800目氮化硼和1100目的铜粉混合粉料，采用纳米/超细化处理，使晶粒达到纳米尺寸。

[0067] 通过调整高温纳米防渗碳材料（料浆）组分，得配方3、4、5、6和7，见表3。 [0068] 表3高温纳米防渗碳材料（料浆）配方（Wt. %）

[0069]

[0070] 配方1到配方7，经过模拟渗碳箱和冷却壁实体浇注解剖后验证，防渗碳能力均满足冶标要求，管壁外缘处1mm范围内增碳量小于0.1%。

[0071] 实施例2：纳米防渗碳涂料制作工艺步骤

[0072] 纳米防渗碳涂料制作工艺步骤如下：

[0073] 按500g剂量，根据上述实施例1配方表配比1~配比7实际称重量称取各种原料中的粉料部分；

[0074] 加入至试验型细磨机中，然后再加入直径为20mm的氧化锆球，通电球磨8小时后出料，其混合好的粉料规格为≥600目；

[0075] 把已混粉料和按比例称取液态水玻璃、三聚磷酸钠、醇酯-12和丙二醇，分别放入搅拌桶中中，利用可调搅拌器搅拌混合30分钟，即成纳米防渗碳涂料, 然后装入储藏容器即可使用。

[0076] 实施例3：纳米防渗碳涂层的制作

[0077] 1、单涂层制作

[0078] 涂料制作：按上述实施例1配方表配比1和实施例2涂料制作工艺，制作涂料500g；

[0079] 刷涂流程：钢管下料—喷砂—刷涂涂料0.1mm厚—110℃×2h烘干即成，该试件为纳米1#。

[0080] 2、双涂层制作

[0081] 涂料制作：分别按上述实施例1配方表配比1、配比2和实施例2涂料制作工艺，制作涂料各500g；

[0082] 刷涂流程：钢管下料—喷砂—刷涂配比1涂料—3~5h自然晾干—刷涂配比2涂料—110℃×2h烘干即成, 该试件为纳米2#。

[0083] 3、防渗碳实验

[0084] 装渗碳箱—入电炉加热渗碳—试块解剖—金相观察。

[0085] 4、金相实验结果

[0086] 防渗碳试验结果见图3：3-a为无涂层钢管高温后金相；3-b为采用商业涂料KC-202高温金相；3-c为纳米1#试件高温后金相，防渗碳效果与KC-202相当；3-d为纳米2#试件高温后金相，防渗碳效果优于KC-202。

[0087] 实施例4：纳米防脱碳涂层的制作及实验

[0088] 1、涂层制作

[0089] 涂料制作：按上述实施例1配方表配比1和实施例2涂料制作工艺，制作涂料500g；

[0090] 刷涂流程：钢管下料—喷砂—刷涂涂料0.1mm厚—110℃×2h烘干，一组3个试件1#、2#、3#。

[0091] 2、防脱碳实验

[0092] 装入电炉加热900℃×5h—试块解剖—金相观察。

[0093] 4、金相实验结果

[0094] 防脱碳实验结果见图4，3个试块表面均无脱碳现象，表面和心部珠光体量无差别。

[0095] 实施例5：纳米防渗碳涂层热导率试验

[0096] 采用热态试验，测定试块热导率：

[0097] 1、冷却壁试块准备

[0098] 浇铸3块冷却壁试块，冷却水管表面分别为1#纳米涂料（表1配比）、2#KC-202涂料和3#无涂层；钻热电偶孔，放置热电偶。

[0099] 2、试验装置

[0100] 试验中可以测量在不同炉温、不同水速下冷却壁的冷却效果，整个试验系统主要划分为三大部分：冷却壁热态试验炉、供水系统和测试仪表系统。焦炭可以为试验全程提供稳定均匀的热源；供水系统为冷却壁提供充足的水源；测试系统主要是测量仪表，主要有热电偶，补偿导线，流量计等。

[0101] 3、试验开始前要进行水路系统检查，仪器仪表检查，然后按照以下步骤进行试验：

[0102] （1）接通设备的总电源；

[0103] （2）打开进水阀门和出水阀门，接通水泵电源，对水管供水；

[0104] （3）调节进水阀门，使冷却水流速稳定达到3.5m/s ；

[0105] （4）打开测温模块的数据显示程序，观察炉温；

[0106] （5）分配工作人员专职记录时间、冷却水进出口水温，分别在900℃左右、1100℃左右、1200℃左右的条件下，测试三种不同水速下冷却壁的传热性能，水速分别为3.5 m/s、2.0 m/s、1.0 m/s，并记录相应的数据；

[0107] （6）测试完毕后，使炉温自然冷却至300℃后，关闭冷却水。

[0108] 4、实验结果分析

[0109] 通过本次热态试验，来分析不同防渗碳涂层的导热性以及熔合性能的差异，主要从以下三个方面：

[0110] （1）炉温和热电偶温度变化曲线；通过分析炉温和热电偶温度，冷却壁水管与铸铁熔合性能越差，则铸铁温度越高，得出试块1、2、3的防渗碳涂层的关系，由好到差依次为：试块 3、试块1、试块2；

[0111] （2）计算热流密度。在试块规格以及实验条件相同的条件下，对不同试块的热流密度进行对比，热流密度越大导热性越好；在试块1、2、3设计参数和实验条件完全相同情况下，试验计算得出热流密度见表4；

[0112] 表4 试块热流密度试块 1# 2# 3#
炉温(℃) 1150 1224 1219
热流密度(kW/m2) 63 57 97

[0113] （3）计算热阻。通过热阻分析来判断冷却水管与基体之间是否存在气隙，从而判断不同防渗碳涂层在导热性和熔合性能方面的优劣，热阻大、气隙厚，导热性差。热阻、气隙厚见表5。

[0114] 表5试块热阻和气隙试块 1# 2# 3#
总热阻R(℃/W) 0.01783 0.0495 0.0091
气隙厚度(mm) 0.02 0.104 0.003

[0115] （4）通过分析热电偶温度曲线、热流密度、以及冷却水管与铸铁间的热阻，得出不同防渗碳涂层导热性和熔合性能的差异，三种分析方法所得结果一致，从不同角度说明了结论的可靠性。

[0116] 高温纳米防渗碳材料性能指标实测值见表5。

[0117] 表5高温纳米防渗碳材料实测技术性能指标

[0118] 实施例6：工业化试验应用一

[0119] 按实施例1的表1中配比称取各种原料中的粉料部分，加入至细磨机中，然后再加入直径为20mm的氧化锆球，通电球磨24小时后出料，其混合好的粉料规格为≥600目。

[0120] 根据工业使用量需要，把已混粉料和按比例称取液态水玻璃、三聚磷酸钠、醇酯-12和丙二醇，分别放入搅拌桶中，利用可调搅拌器搅拌混合30分钟，即成纳米防渗碳涂料, 然后装入储藏容器即可使用。此涂料适用于冷却壁冷却水管外表面上。 [0121] 实施例7：工业化试验应用二

[0122] 按实施例1表2中配比称取各种原料中的粉料部分后，加入至细磨机中，然后再加入直径为20mm的氧化锆球。通电球磨24小时后出料，其混合好的粉料规格为≥600目。

[0123] 根据工业使用量需要，把已混粉料和按比例称取液态水玻璃、三聚磷酸钠、醇酯-12和丙二醇，分别放入搅拌桶中，利用可调搅拌器搅拌混合30分钟，即成纳米防渗碳涂料, 然后装入储藏容器即可使用。此涂料适用于热锻模外表面上，在淬火加热时防止脱碳。

[0124] 具体应用流程是：锻模化学除油——机械除锈——预热110℃×2h——涂刷纳米防渗碳涂料——2h后即可入炉加热，淬火时涂层自剥。