金属部件表面热喷涂强化层的方法技术

一种金属部件表面强化处理方法，本方法涉及采用热喷涂手段，在金属表面涂复金属陶瓷，以提高金属部件在高温下的工作寿命，或对已磨损的高温工作金属部件表面进行修复处理。本发明专利技术已用于１１００－１２００热处理炉炉辊表面的修复，喷涂金属陶瓷与不喷涂炉辊经一年对比试用，未喷涂的报废和返修率高达７６％，而喷涂辊表面涂层损耗小于０．１毫米，表面形成一层釉黑色致密保护层。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种，本方法涉及采用热喷涂手段在金属部件表面涂复强化层以提高金属部件在高温下的工作寿命，或对已磨损的高温工作金属部件表面进行修复处理。众所周知，高温下工作的金属部件大多用价格昂贵的耐热材料，例如Ni-Cr等耐热钢制成，提高这些部件的高温工作寿命对降低工厂产品成本，节约原材料有很大意义。特别是钢厂用的连续加热炉炉辊，由于使用条件恶劣损坏尤为严重。本专利技术之前也有在金属部件表面喷涂高熔点，高高温强度合金层的表面强化处理方法，例如在加热炉炉辊表面喷涂Ni-Al合金层，但由于表面强化层与基体材料结合性能差，使用时强化层易于剥落，特开昭49-22343揭示了一种先在辊面基体喷涂一层与基体材料结合良好的Ni-Mo打底层，然后再喷涂Ni-Al合金层，最终喷涂纯Al强化层的方法，解决剥落问题，但这种工艺处理复杂，在喷涂打底层后要进行1000℃保温50小时的热处理，喷涂强化层后又要进行高温长期的扩散退火处理，因此工艺不能一气哈成，而且成本高、能耗大。本专利技术目的就是要提供一种工艺简便，成本低廉的，也即通过选择合适的强化层材料及涂复顺序，只要采用简单的热喷涂手段，就能在金属部件表面涂复与基体材料结合性能良好，又具有高温工作性能的强化层。所涂复的金属表面强化层之所以在高温工作下易于剥落，其主要原因是二种材料的热膨胀系数不同造成的。为此本专利技术除了在基体材料表面涂复一层与基体材料具有良好附着性能的打底层外，还根据基体材料与所选择的强化层之间的热膨胀系数差异大小，在打底层上喷涂一层以上的过渡层。基体材料与强化层之间的膨胀系数相差越大，则过渡层的层数要越多，所选用的过渡层材料的热膨胀系数要在基体材料与强化层之间，而各过渡层材料之间的热膨胀系数也是递增或递减的，在热喷涂过程中，各层之间还会产生扩散和渗透作用，因此，采取这种措施后，就能解决基体材料与强化层间结合性能差，高温工作下易于剥落的问题。本专利技术的特点是在金属部件表面喷涂一层与基体材料结合良好的金属、合金或复合金属打底层，然后喷涂至少一层以上的金属陶瓷过渡层，再喷涂金属陶瓷强化层，最后刷涂封孔剂进行封孔处理。工艺一气哈成，中间无需进行任何处理。对于基体材料为Ni-Cr系耐热钢而言，打底层可采用Ni、Cr、Ni-Cr、Ni-Cr-Al、Ni-Al、Ni-Mo等金属、合金、复合金属的喷涂线材或喷涂粉末，打底层的厚度一般控制在0.05～0.15毫米之间，过厚会降低涂层自身的结合强度，过薄起不到打底层的作用，过渡层可采用Ni、Mo、Al等金属粉末与Al、Si、Ti、Zr、Mg等氧化物陶瓷组成的复合金属陶瓷粉末喷涂，喷涂过渡层旨在于降低基体材料与金属陶瓷工作层之间悬殊的热膨胀系数，为此要喷涂一层以上的过渡层，所选用的各过渡层之间的热膨胀系数要依次递减，也即第一层过渡层其膨胀系数要接近打底层，而最后一层过渡层的膨胀系数要接近金属陶瓷工作层，过渡层的层数主要视基体材料与所选用的金属陶瓷工作层之间的热膨胀系数悬殊程度，相差大则层数要多些，各过渡层喷涂的厚度一般控制在0.05～0.10毫米之间，过薄、过厚均不理想。工作强化层可以采用Ni、Mo、Al等金属粉末与Si、Ci、Ti的氧化物或炭化物陶瓷粉末组成的复合金属陶瓷选择原则是耐热稳定性与高温耐磨性好的金属陶瓷材料，涂复厚度控制在0.07～0.20毫米范围，过薄使用效果差，过厚则涂层自身结合性能下降。由于金属陶瓷工作层中有孔隙存在，因此还需进行封孔处理，封孔材料选用各类耐高温的无机封孔材料。各涂层可采用等离子或火焰喷涂等各种喷涂方法在基体材料表面依次一次喷涂而成，冷却后再进行封孔处理。本专利技术也可应用于基体为普碳钢、不锈钢等部件。下面为本专利技术的实施例。在φ230毫米加热炉旧炉辊的表面进行表面强化喷涂处理，炉辊材料为Ni20Cr25Si2。在炉辊表面先喷涂一层NiCrAl打底层，然后再喷涂三层NiMoAl2O3金属陶瓷的过渡层，第一层过渡层NiMo金属粉末为70%，Al2O3为30%、第二层过渡层NiMo金属粉末为50%，Al2O3为50%，第三层过渡层NiMo金属粉末为30%，Al2O3为70%，最后再喷涂一层AlMo金属粉末为10%，Cr2O3为90%的金属陶瓷工作层，各喷涂层厚度均控制在0.1毫米左右，并采用火焰喷涂，依次一次喷涂而成，喷涂总厚度约为0.5毫米，表面再刷涂本所的GY-1封孔剂进行封孔处理。将经过上述喷涂修复后的旧炉辊与21支表面无强化层的新炉辊同时安装在炉温为1100～1200℃的不锈钢钢管固溶处理连续加热炉中使用，经过一年对比试用，新炉辊先后有5支爆裂，中途更换，报废率为23.81%，试验结束，经检查又有11支需更换检修，报废和返修率高达76%，而三支经表面涂复强化层的旧辊其表面金属陶瓷涂复层一年使用后，表面形成了一层结合十分牢固的釉黑色致密保护层。经检测，原始涂层厚度约为0.5毫米(涂复总厚度)，使用后涂层厚度为0.40～0.45毫米，涂层金属向基材料扩散深度约0.6毫米，一年使用后涂层损耗小于0.1毫米，大大提高了炉辊的高温工作寿命。权利要求1.一种，采用热喷涂手段在金属基体材料上涂复强化层，包括先涂一层与基体材料结合良好的打底层，其特征在于，依次再涂复一层以上的金属陶瓷过渡层。所选用的金属陶瓷过渡层其热膨胀系数要在打底层和强化工作层之间，各过渡层材料的热膨胀系数值需递减，然后再涂复一层金属陶瓷工作层，最后再刷涂封孔剂封孔。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对基体材料为Ni-Cr系耐热钢而言，所说的打底层可采用，Ni、Cr、Ni-Cr、Ni-Cr-Al、Ni-Al、Ni-Mo等金属、合金、复合金属的喷涂线材或喷涂粉末，所说的过渡层可采用Ni、Mo、Al等金属粉末与Al、Si、Ti、Zr、Mg等氧化物陶瓷组成的复合金属陶瓷粉末，所说的工作层可采用Ni、Mo、Al等金属粉末与Si、Ti、Cr的氧化物或炭化物陶瓷组成的复合金属陶瓷，所说的封孔剂可采用各类耐高温的无机封孔材料。3.如权利要求2所说的方法，其特征在于，当基体材料为Ni20Cr25Si2时，打底层选用NiCrAl，过渡层选用三层NiMo-Al2O3金属陶瓷，第一层NiMo金属粉末为70%，Al2O3为30%，第二层NiMo金属粉末为50%，Al2O350%，第三层NiMo金属粉末为30%，Al2O3为70%，工作层选用AlMo金属粉末为10%，Cr2O3为90%的金属陶瓷，封孔材料选用Gy-1封孔剂。4.如权利要求1，2所述的方法，其特征在于，打底层厚度控制在0.05～0.15毫米，各过渡层控制在0.05～0.10毫米，工作层控制在0.07～0.20毫米。5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，喷涂总厚度约为0.5毫米，打底层，三层过渡层，工作层，各层厚度控制在0.1毫米左右。全文摘要一种，本方法涉及采用热喷涂手段，在金属表面涂复金属陶瓷，以提高金属部件在高温下的工作寿命，或对已磨损的高温工作金属部件表面进行修复处理。本专利技术已用于1100-1200热处理炉炉辊表面的修复，喷涂金属陶瓷与不喷涂炉辊经一年对比试用，未喷涂的报废和返修率高达76％，而喷涂辊表面涂层损耗小于0.1毫米，表面形成一层釉黑色致密保护层。文档编号C23C4/10GK1047113SQ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属部件表面强化处理方法，采用热喷涂手段在金属基体材料上涂复强化层，包括先涂一层与基体材料结合良好的打底层，其特征在于，依次再涂复一层以上的金属陶瓷过渡层。所选用的金属陶瓷过渡层其热膨胀系数要在打底层和强化工作层之间，各过渡层材料的热膨胀系数值需递减，然后再涂复一层金属陶瓷工作层，最后再刷涂封孔剂封孔。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张扬正，朱家华，孙文英，
申请(专利权)人：上海钢铁工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]