一种沉没辊的多元合金涂层及其制备和喷涂方法技术

技术编号:15784126 阅读:180 留言:0更新日期:2017-07-09 06:38
本发明专利技术公开了一种沉没辊多元合金涂层及其制备和喷涂方法,属于沉没辊的修复技术领域。本发明专利技术的一种沉没辊多元合金涂层,由内向外依次为沉没辊基层、过渡层和工作层,过渡层为NiCrAlY喷涂层,在沉没辊基层喷涂NiCrAlY作为金属粘结层即过渡层,能够消除耐磨耐热工作层与沉没辊基层之间材料热膨胀系数不匹配的问题;工作层为NiCr‑Cr

Multicomponent alloy coating for sinking roll and preparation and spraying method thereof

The invention discloses a sinking roll multi-element alloy coating and a preparation method and a spraying method thereof, belonging to the technical field of the repair of the sinking roller. A roll of multicomponent alloy coating of the invention, from inside to outside for the sinking roll base layer, transition layer and the working layer, transition layer of NiCrAlY coating, spraying NiCrAlY as base in the sinking roll metal bonding layer is a transition layer, can eliminate the wear resisting layer and the sinking roll base between thermal coefficient mismatch the problem of expansion; work layer is NiCr Cr

【技术实现步骤摘要】
一种沉没辊的多元合金涂层及其制备和喷涂方法
本专利技术涉及沉没辊的修复
,尤其涉及一种沉没辊多元合金涂层及其制备和喷涂方法。
技术介绍
连续热镀锌生产线上的沉没辊和稳定辊由于长期工作在500℃的熔融锌液中,受到锌金属溶液的强烈腐蚀和渗透,辊面容易产生点蚀、蚀坑而变得粗糙,严重影响辊面的平整度,进而影响镀锌板的表面质量;同时钢带由辊面带动的运动速度高达35~40m/s,因此引发摩擦磨损,辊子损耗十分明显,需要经常更换,增加生产成本,影响生产效率。为了改善和提高该类辊的表面性能和使用寿命,目前常用的方法是利用热喷涂技术,在其表面热喷一层结合牢、防腐蚀、耐磨的涂层。缺陷是:热喷涂层不可避免存在大量孔隙,导致致密性差,这些孔隙的存在为锌的扩散提供了扩散通道,涂层与基体间结合力差、易脱落;喷涂时喷涂材料氧化分解率高,粉末利用率低。除腐蚀和渗透失效外,具有涂层结构的沉没辊还面临因涂层与基体结合不良而引起的剥落等失效形式。当涂层与基体存在气泡、夹渣、分层,常会在正常磨损失效之前,引发表面裂纹或表面剥落等失效。由于沉没辊在自身残余拉应力以及循环热应力影响下,涂层结合强度以及涂层表面成分均匀性不足引起沉没辊涂层材料抗热冲击性能欠佳。有时,在实际制造沉没辊过程中,涂层材料与基体结合不良时往往出现微裂纹,微裂纹在循环热应力条件下发生蔓延扩展,以致发生剥落,甚至辊身断裂。因此,涂层材料选择以及制备工艺是非常重要的影响因素。美国Rutger大学的Sadangi等人利用“喷雾干燥→还原分解→气相碳化”工艺制备了粒度为0.6μm的Cr3C2粉末(参见R.K.Sadangi,L.E.McCandlish,B.H.Kear,P.Seegopaul.Synthesisandcharacterizationofsubmicronvanadiumandchromiumcarbidegraingrowthinhibitors.AdvancesinPowderMetallurgy&ParticularMaterials,1998:P9-P15)。其工艺过程为:首先制备含Cr的前驱体溶液,然后进行喷雾干燥,再将喷雾干燥的粉末进行热解,将热解后的产物用CH4/H2混合气体进行气相碳化。该方法存在的主要问题是工艺较复杂,并且制得的碳化铬粉末的粒度偏大,不能满足碳化铬粉末在现代工业中的应用。经检索,中国专利申请,公开号:CN103741090A,公开日:2014.04.23,公开了一种耐沉没辊和稳定辊表面涂层的喷涂方法,属于熔融态覆层材料喷镀
,尤其涉及一种应用于沉没辊和稳定辊表面的高送粉率抗高温腐蚀、耐磨损涂层的喷涂方法。该方法按以下步骤进行:工件的预处理、喷涂作业、涂层表面清理、粗糙度调整、封孔处理、动平衡试检验、检验包装。喷涂时粉末利用率高,送粉率达到45%;喷涂WC基涂层时,喷涂后的WC颗粒氧化分解少,同时粘结相Co也有益于涂层内颗粒间的结合,补充涂层韧性方面的不足,涂层硬度HV1≥1050,保证涂层具有较高硬度和良好的韧性;涂层喷涂后的封孔处理,进一步填充涂层内的孔隙,孔隙率低于0.5%,防止腐蚀介质通过涂层孔隙进入腐蚀工件。但该专利技术采用WC/Co结合,结合强度不高,很容易因应力变化而发生剥落而失效。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题针对现有技术中存在沉没辊辊面容易产生点蚀、蚀坑而变得粗糙以及膜层和基体结合度不高造成使用寿命短等问题,本专利技术提供了一种沉没辊多元合金涂层及其制备和喷涂方法。它通过优化多元合金涂层成分及分布,具有良好的耐锌液腐蚀、耐磨损性能,并达到了提高粘结底层与沉没辊基层的结合强度的目的。2.技术方案锌液腐蚀沉没辊的机理是:Fe与Zn在高温环境中发生溶解反应,生成FeZn化合物,变成渣料进入锌液中,进而在辊面产生磨料磨损。磨损的机理主要包括磨料磨损、塑性变形、脆性断裂及脱落。影响磨损失效的主要因素是磨料与沉没辊基体显微硬度的比值、材料的机械性能等。在锌液腐蚀以及磨损的双重作用下,沉没辊表面金属不断溶解,且微粒不断与辊身分离,工作层变薄,辊身直径变小,硬度和耐磨性同步下降,当辊身直径和硬度下降到最小允许值时,即达到失效。除磨蚀磨损失效外,具有涂层结构的沉没辊还面临因涂层与基体结合不良而引起的剥落以及因涂层结构缺陷而导致的锌液浸入、涂层开裂等失效形式。当涂层结构存在较大气孔,甚至微裂纹,且与基体热应力较大时,常会在正常腐蚀磨损失效之前,引发表面涂层开裂或表面剥落等失效。基于材料多元合金强化理论并充分考虑涂层与沉没辊基层物化性能(膨胀系数、弹性模量)匹配特征,结合沉没辊文献调研及基础数据分析,本专利技术对涂层材料选择与设计不仅要考虑涂层材料工作性能,如耐磨损、耐高温氧化以及耐腐蚀等性能,因沉没辊处于循环冷热交变应力作用,为防止因涂层剥落而引发的材料失效,结合强度以及涂层与沉没辊基层物化性质(膨胀系数等)相匹配是需要重点考量的因素。因此,沉没辊涂层材料制备的重点是控制涂层材料与锌液的接触,使其不互溶、不润湿,同时应严格控制涂层的孔隙率,避免锌液浸入,与基体材料发生反应,此外,涂层与基体材料应保证冶金结合,以避免因热震而引起的涂层剥落等失效形式。因此,对于沉没辊而言,涂层材料以及制备工艺的选择与优化至为重要。为达到上述目的,本专利技术提供的技术方案为:一种沉没辊多元合金涂层,由内向外依次为沉没辊基层、过渡层和工作层,所述过渡层为NiCrAlY喷涂层,在沉没辊基层喷涂NiCrAlY作为金属粘结层即过渡层,能够消除耐磨耐热工作层与沉没辊基层之间材料热膨胀系数不匹配的问题,以减小由工作层和沉没辊基层膨胀系数不匹配而引起的热应力,改善工作层与沉没辊基层间的力学匹配和物理相容性;所述工作层为NiCr-Cr3C2复合涂层,NiCr合金具有优异的耐热、耐腐蚀、抗高温氧化等性能,还起到粘结相的作用,Cr3C2具有较好的高温硬度和抗高温氧化性,起硬质相的作用,在涂层中还主要起到第二相粒子弥散强化的作用,与锌液不相溶、不润湿,能够解决沉没辊在高温复杂工况下极易损耗、使用寿命偏低的问题。而且,NiCr-Cr3C2具有与沉没辊相近的线膨胀系数,从而可大大降低因热冲击而造成的涂层剥落甚至失效,从而解决了本专利技术的技术问题。进一步的技术方案,所述NiCrAlY喷涂层厚度为50~100μm;所述NiCr-Cr3C2复合涂层厚度为200~500μm,根据不同配比和喷涂方法调节厚度。进一步的技术方案,NiCrAlY喷涂层中,Cr含量为10~30%,Al含量为0~7%;Y含量为1~3%,Al、Cr可以抑制合金层的氧化,但过高Al量会带来额外的脆性,Ni与Al发生反应,生成金属间化合物,并释放出大量热量,使粘结底层与沉没辊基层表面形成微冶金结合,从而提高粘结底层与沉没辊基层的结合强度,Y元素适当加入可有效降低材料氧化,进一步提高基体与涂层结合强度;所述NiCr-Cr3C2复合涂层中,Cr3C2含量为70~80%,NiCr为20~30%,这两个百分比范围的NiCr粘结层与NiCr-Cr3C2金属陶瓷具有较好的互熔性,其中Cr3C2含量多为80%,NiCr为20%,后续通过耐磨性等表征方法的检测,可以证明是最佳比例。一种沉没辊的多元合金涂层的制备方法,其中,本文档来自技高网
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一种沉没辊的多元合金涂层及其制备和喷涂方法

【技术保护点】
一种沉没辊的多元合金涂层,其特征在于,由内向外依次为沉没辊基层、过渡层和工作层,所述过渡层为NiCrAlY喷涂层;所述工作层为NiCr‑Cr

【技术特征摘要】
1.一种沉没辊的多元合金涂层,其特征在于,由内向外依次为沉没辊基层、过渡层和工作层,所述过渡层为NiCrAlY喷涂层;所述工作层为NiCr-Cr3C2复合涂层。2.根据权利要求1所述的沉没辊多元合金涂层,其特征在于:所述NiCrAlY喷涂层厚度为50~100μm;所述NiCr-Cr3C2复合涂层厚度为200~500μm。3.根据权利要求2所述的沉没辊的多元合金涂层,其特征在于:所述NiCrAlY喷涂层中,Cr含量为10~30%,Al含量为0~7%;Y含量为1~3%;所述NiCr-Cr3C2复合涂层中,Cr3C2含量为70~80%,NiCr为20~30%。4.一种根据权利要求1至3任一所述的沉没辊的多元合金涂层的制备方法,其特征在于:合金涂层中Cr3C2的粉基为纳米粉,所述Cr3C2纳米粉的制备方法为:步骤一:混合:将重铬酸铵粉体和纳米碳黑粉体置于蒸馏水或去离子水中,混合搅拌均匀呈流体状,加入模具中压制成型呈前驱体;步骤二:急冻:将前驱体快速转入急冻空间中进行急冻;步骤三:冻干:将急冻好的前驱体快速转入真空冷冻干燥仓中进行冻干;步骤四:碳化:关闭真空冷冻干燥仓冷阱,升温进行碳化还原反应制得纳米Cr3C2粉。5.根据权利要求4所述的沉没辊的多元合金涂层的制备方法,其特征在于:所述步骤一中,重铬酸铵和纳米碳黑粉体的配比为1:(0.17~0.21);蒸馏水或去离子水用量为:粉体总重的55%~60%;步骤二中急冻温度为-100~-140℃,时间为30~150min;步骤四中,升温至900~1200℃进行碳化还原。6.根据权利要求4所述的沉没辊的多元合金涂层的制备方法,其特征在于:步骤三中,冻干工艺曲线为:A、初期:板温0℃~100℃,升温斜率2℃/min,100℃保持30~40分钟,抽真空至60Pa以...

【专利技术属性】
技术研发人员:凤国保李志忠
申请(专利权)人:安徽威龙再制造科技股份有限公司
类型:发明
国别省市:安徽,34

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