本发明属于化学热处理过程的临时保护领域，具体涉及一种用于钢化学热处理过程的水性防渗涂料及其制备方法和应用。
背景技术：
1、化学热处理是利用化学反应、有时兼用物理方法改变钢件表层化学成分及组织结构，以便得到比均质材料更好的技术经济效益的金属热处理工艺，包括材料的渗碳、渗氮、渗铝等过程。由于机械零件的失效和破坏大多数都萌发在表面层，特别在可能引起磨损、疲劳、金属腐蚀、氧化等条件下工作的零件，表面层的性能尤为重要。经化学热处理后的钢件，实质上可以认为是一种特殊复合材料。心部为原始成分的钢，表层则是渗入了合金元素的材料。心部与表层之间是紧密的晶体型结合，它比电镀等表面保护技术所获得的心、表部的结合要强得多。
2、在齿轮、轴等零件的加工过程中，绝大多数斗艳经过渗碳、渗氮、碳氮共渗等工艺热处理。为了设计或工艺的需要，局部防渗技术在齿轮行业的应用很广。涂料保护是最简单可靠的办法。比起预留渗层余量，在切削后再加热淬火的工艺，使用防渗涂层保护渗碳后可以直接淬火，简化工序，节材节能，其效益明显。
3、早在上世纪七八十年代，美苏两国就已将热处理临时保护涂层用于各种金属的热处理过程，但这些配方对外一直严格保密。如今中国虽已自主研发一些涂层，但其高温服役时间短，一般不超过五个小时。而部分零件的氮化需要在1100℃保温十几至几十个小时，目前国内的防护涂层防护效果有限。所以，研制一种高温服役时间长，热处理完毕易于去除的保护涂层，对于提高零件性能，完善工艺，降低成本有着十分重要的意义。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种用于钢化学热处理过程的水性防渗涂料及其制备方法和应用，仅使用市场可直接采购的原料制作，制备工艺简单、成本低廉。根据原料配比不同可用于不同温度的热处理过程，且在热处理完毕后可以通过简单的喷砂工艺去除残余涂层。
2、本发明的技术方案是：
3、一种用于钢化学热处理过程的水性防渗涂料，该涂料为水性无机保护涂料，按照质量份数计，搪瓷釉粉一10～15份，搪瓷釉粉二10～15份，搪瓷釉粉三15～25份，石英粉20～30份，氧化铝粉15～25份，氧化铁粉1～10份，膨润土0.1～1份，去离子水35～50份，水玻璃10～20份；
4、按质量百分比计，搪瓷釉粉一的配方为：二氧化硅45～50％，三氧化二铝5～10％，氧化钠10～18％，氧化钾5～10％，氧化硼10～15％，氟化钙3～8％，氧化钴0.5～2％，氧化铁0.5～2％；
5、按质量百分比计，搪瓷釉粉二的配方为：二氧化硅50～55％，三氧化二铝3～8％，氧化钠5～10％，氧化钾5～10％，氧化硼10～15％，氧化钙3～8％，氧化锶5～10，氧化钴0.5～2％；
6、按质量百分比计，搪瓷釉粉三的配方为：二氧化硅50～55％，三氧化二铝1～5％，氧化钠5～10％，氧化钾1～5％，氧化硼5～10％，氧化钙3～8％，氧化钡10～20％，氧化钴0.5～2％，氧化铁0.5～2％。
7、所述的用于钢化学热处理过程的水性防渗涂料，石英粉的粒径范围为小于2000目。
8、所述的用于钢化学热处理过程的水性防渗涂料，氧化铝粉的粒径范围为1～10μm。
9、所述的用于钢化学热处理过程的水性防渗涂料，氧化铁粉的粒径范围为1～5μm。
10、所述的用于钢化学热处理过程的水性防渗涂料，水玻璃为模数＝3的硅酸钾水玻璃，膨润土为钠基膨润土，粒径范围小于1μm。
11、所述的用于钢化学热处理过程的水性防渗涂料的制备方法，包括如下步骤：(1)按质量份数将固体原料混合均匀获得原料a；(2)按质量份数将液体原料混合均匀获得原料b；(3)将原料a与原料b倒入玛瑙球磨罐中，在行星式球磨机中球磨混合1～2小时获得水性防渗涂料。
12、所述的用于钢化学热处理过程的水性防渗涂料的制备方法，搪瓷釉粉一、搪瓷釉粉二和搪瓷釉粉三的制备过程如下：(1)按配方配置原料粉体并在行星式球磨机中混合1～3小时；(2)混合后获得的粉体经1200～1550℃高温熔炼2～4小时后水淬呈玻璃釉块；(3)将玻璃釉块装入玛瑙罐中，在行星式球磨机中球磨100～200小时；(4)将球磨后获得的玻璃釉粉过200目筛获得搪瓷釉粉。
13、所述的用于钢化学热处理过程的水性防渗涂料的应用，水性防渗涂料用于金属化学热处理过程制备水性防渗涂层，涂层的制备工艺包括：(1)涂料的制备；(2)涂料的涂敷；(3)涂层的干燥；(4)涂层的去除；
14、其中，涂料的涂敷过程如下：根据工件的形状和尺寸选择使用刷涂、浸涂或者是常温大气喷涂，获得涂层厚度不超过300微米；涂层的干燥过程如下：在60～80℃干燥1～2小时。
15、所述的用于钢化学热处理过程的水性防渗涂料的应用，优选的，涂层厚度为150～250微米。
16、所述的用于钢化学热处理过程的水性防渗涂料的应用，涂层的去除过程如下：使用80～200目刚玉砂在0.4～0.6mpa压力下喷砂去除。
17、本发明的设计思想是：
18、本发明以熔点显著低于服役温度的搪瓷粉作为粘结剂，熔点显著高于工作温度的陶瓷粉作为填充物和骨架来构建高温防护涂层。本发明中各个搪瓷釉的网络形成剂于助熔剂和密着剂的组员和成分设计合理，在保证涂层在升温至目标温度之前已经部分软化流动，隔绝气氛和合金的接触。同时，合理的密着剂种类和含量的选择，能够使软化的玻璃相在钢表面有足够的润湿性，防止“跑釉”。三种搪瓷釉的不同配比可以调节涂层的工作温度和膨胀系数，使涂层和合金之间有合理的热膨胀系数配比，从而在安全温度以下才开始剥落。采用石英和氧化铝作为填充物，利用两者和液态玻璃相的缓慢的原位反应提高涂层的服役温度最高至1100℃。使用膨润土结合水玻璃可以调节涂料的粘度和悬浮性能，同时使涂层在干燥后有一定的强度，增加使工件在运输过程中的安全性。氧化铁的添加为涂层提供了弱氧化剂，增加了涂层在高温下的稳定性。
19、本发明的优点及有益效果是：
20、1、本发明研制的防渗涂层致密，能够完全隔绝高温炉气与金属基体之间的高温反应。
21、2、本发明研制的防渗涂层，由三种搪瓷釉以及石英、氧化铝、氧化铁、膨润土等填充物共同组成，具有非常宽的工作温度和时间范围，通过调节搪瓷釉的比例可以适用于不同的加热温度和时间。
22、3、本发明的防渗涂层与钢件润湿性好，在还原性气氛中仍能铺展，能够完整的保护涂敷区域。
23、4、本发明的防渗涂层与钢架有合适的热膨胀系数差异，热处理后可以通过简单的喷砂处理完全清除。
24、5、本发明的防渗涂层为水性无机涂层，属于环境友好型，同时不会污染喷砂机等设备。
25、6、本发明适用于钢在950～1100℃的渗碳、渗铝、渗氮、碳氮共渗等过程的局部保护。
1.一种用于钢化学热处理过程的水性防渗涂料，其特征在于，该涂料为水性无机保护涂料，按照质量份数计，搪瓷釉粉一10～15份，搪瓷釉粉二10～15份，搪瓷釉粉三15～25份，石英粉20～30份，氧化铝粉15～25份，氧化铁粉1～10份，膨润土0.1～1份，去离子水35～50份，水玻璃10～20份；
2.按照权利要求1所述的用于钢化学热处理过程的水性防渗涂料，其特征在于，石英粉的粒径范围为小于2000目。
3.按照权利要求1所述的用于钢化学热处理过程的水性防渗涂料，其特征在于，氧化铝粉的粒径范围为1～10μm。
4.按照权利要求1所述的用于钢化学热处理过程的水性防渗涂料，其特征在于，氧化铁粉的粒径范围为1～5μm。
5.按照权利要求1所述的用于钢化学热处理过程的水性防渗涂料，其特征在于，水玻璃为模数＝3的硅酸钾水玻璃，膨润土为钠基膨润土，粒径范围小于1μm。
6.一种权利要求1至5之一所述的用于钢化学热处理过程的水性防渗涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)按质量份数将固体原料混合均匀获得原料a；(2)按质量份数将液体原料混合均匀获得原料b；(3)将原料a与原料b倒入玛瑙球磨罐中，在行星式球磨机中球磨混合1～2小时获得水性防渗涂料。
7.按照权利要求6所述的用于钢化学热处理过程的水性防渗涂料的制备方法，其特征在于，搪瓷釉粉一、搪瓷釉粉二和搪瓷釉粉三的制备过程如下：(1)按配方配置原料粉体并在行星式球磨机中混合1～3小时；(2)混合后获得的粉体经1200～1550℃高温熔炼2～4小时后水淬呈玻璃釉块；(3)将玻璃釉块装入玛瑙罐中，在行星式球磨机中球磨100～200小时；(4)将球磨后获得的玻璃釉粉过200目筛获得搪瓷釉粉。
8.一种权利要求7所述的用于钢化学热处理过程的水性防渗涂料的应用，其特征在于，水性防渗涂料用于金属化学热处理过程制备水性防渗涂层，涂层的制备工艺包括：(1)涂料的制备；(2)涂料的涂敷；(3)涂层的干燥；(4)涂层的去除；
9.按照权利要求8所述的用于钢化学热处理过程的水性防渗涂料的应用，其特征在于，优选的，涂层厚度为150～250微米。
10.按照权利要求8所述的用于钢化学热处理过程的水性防渗涂料的应用，其特征在于，涂层的去除过程如下：使用80～200目刚玉砂在0.4～0.6mpa压力下喷砂去除。
