一种具有熔合、热障、硬质三层结构的冶金辊表面涂层制造技术

本发明专利技术提供一种具有熔合、热障、硬质三层结构的冶金辊表面涂层，涉及冶金辊技术领域，冶金辊基体表面由内向外依次为熔合涂层、热障涂层和硬质涂层，熔合涂层原料为铁自熔合金粉末、铝自熔合金粉末、镍自熔合金粉末中的一种或几种混合，热障涂层原料为CrC、NiCr、Co微细碳化物特种合金粉末中的一种或几种混合，硬质涂层原料为微米级WC、CrC、NiC合金粉末中的一种或几种混合，熔合涂层与冶金辊基体相熔，增加涂层与基体粘合度，硬质涂层提高产品抗氧化、耐磨等关键理化特性，热障涂层隔绝外部高温的同时，确保熔合涂层与硬质涂层相对稳定。

A Metallurgical Roll Surface Coating with Fusion, Thermal Barrier and Hard Three Layer Structure

【技术实现步骤摘要】
一种具有熔合、热障、硬质三层结构的冶金辊表面涂层
本专利技术涉及冶金辊
，具体涉及一种具有熔合、热障、硬质三层结构的冶金辊表面涂层。
技术介绍
目前，冶金行业普遍使用的冶金辊是采用合金工具钢，通过“炼钢+浇铸+热处理”、“炼钢+铸锭+锻造+热处理”获得的铸辊和锻辊。这种传统冶金辊最大的问题是表面磨损或掉块后只能通过一次补焊来进行修复，补焊金属与基体结合强度大大降低，因此生命周期比较短。在连续生产的前提下，每支辊的一次生命周期(即没有修复前)只有3-6天时间，算上修复后的生命周期不超过10天。但是，这种整体合金工具钢制造的冶金辊的成本却比较高，使得企业生产的吨钢成本大幅度上升。以碳素结构钢锻棒作为基材，以微米级WC、CrC、NiC粉末作为涂层材料，采用喷涂技术在基材表面形成薄薄的硬质涂层。这样获得的新式冶金辊，破损的涂层可通过再次喷涂得以修复，从而确保了基材的多次利用。在连续生产的前提下，每支辊的一次生命周期不低于3天，按5次喷涂累加的生命周期可达15天。增加涂层厚度可以提高一次生命周期，但是增厚的涂层在基体热膨胀量大、高温冲击载荷、高温氧化等综合作用下，容易脱落。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种具有熔合、热障、硬质三层结构的冶金辊表面涂层，采用三层复合涂层技术，增加冶金辊的硬度、耐高温、耐磨、耐氧化腐蚀等性能，提高冶金辊的使用寿命。(二)技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种具有熔合、热障、硬质三层结构的冶金辊表面涂层，冶金辊基体表面由内向外依次为熔合涂层、热障涂层和硬质涂层，熔合涂层原料为铁自熔合金粉末、铝自熔合金粉末、镍自熔合金粉末中的一种或几种混合，热障涂层原料为CrC、NiCr、Co微细碳化物特种合金粉末中的一种或几种混合，硬质涂层原料为微米级WC、CrC、NiC合金粉末中的一种或几种混合。进一步的，铁自熔合金、铝自熔合金、镍自熔合金中均加入有硼、硅元素。进一步的，熔合涂层、热障涂层、硬质涂层原料用量质量比为1-3:3-6:2-4。进一步的，熔合涂层原料为镍自熔合金粉末，热障涂层原料为CrC、NiCr、Co微细碳化物特种合金粉末的混合物，硬质涂层原料为微米级CrC、NiC合金粉末的混合物。进一步的，熔合涂层、热障涂层、硬质涂层原料用量质量比为2:5:3。进一步的，硬质涂层原料为微米级WC合金粉末。进一步的，硬质涂层原料为微米级WC、NiC合金粉末的混合物。上述具有熔合、热障、硬质三层结构的冶金辊表面涂层，采用等离子激光喷涂技术将该涂层原料喷涂在基体表面，同时采用低功率激光束照射等离子喷射流中心点，喷涂完成后，加大激光器发射功率，利用高能量密度激光束对基体及涂层进行激光二次重熔，实现涂层与基体粘合。进一步的，等离子激光喷涂时，激光功率为2000W-2200W，喷涂距离为80-95mm，喷涂速度为250-260mm/s。(三)有益效果本专利技术提供了一种具有熔合、热障、硬质三层结构的冶金辊表面涂层，熔合涂层与冶金辊基体相熔，增加涂层与基体粘合度，硬质涂层提高产品抗氧化、耐磨等关键理化特性，热障涂层隔绝外部高温的同时，确保熔合涂层与硬质涂层相对稳定。硬质涂层以微米级WC、CrC、NiC粉末为主材，根据冶金辊用途，按不同组份配比固溶于涂层最外层，形成抗氧化、耐热耐磨损的超硬强化层，硬度可达62-75HRC，可显著提高冶金辊使用寿命，其中，承载压力大的起套辊主用镍铬基合金，高温耐磨要求高的裙板辊、变频辊主用碳化钨合金，冷热交变恶劣环境的活套辊主用镍钨基合金，通过调节合金粉末的配比，改变表面强化类型，应用范围广。熔合涂层以基体表面覆铁、铝、镍自熔合金为主材，加入B、Si元素可以降低合金熔点，利用其固溶强化、弥散强化特性，生成硼碳化合物，提高金属硬度和耐磨性，与基体形成牢固的冶金结合，有效解决涂层与基体粘联性差，易损坏脱落的顽疾。热障涂层以CrC、NiCr、Co微细碳化物特种合金粉末为原料，在硬质涂层与熔合涂层间起到承上启下的作用，可有效隔绝基体与熔合涂层，降低温度500℃以上。同时将以WC为主材的硬质涂层产生的压应力与熔合涂层产生的拉应力相互中和，解决三层涂层厚度增加带来的涂层内部应力过大，易发生开裂和剥离的问题，有效提高了涂层的整体稳定性。采用等离子激光喷涂技术，综合运用等离子喷涂速度快、对喷涂材料和基材限制少，激光喷涂可使粉末材料完全融合，不受粉粒形状和粒度限制的双重优势，利用激光预热结构钢基体表面，可以激活基体表面活性；利用低功率激光束照射等离子喷射流中心点，可以促进喷射颗粒的完全熔解，气体超微粒子流促进熔解粒子细化，提高涂层致密性，提升涂层与基体的密接性，并且利用低功率激光束照射易于控制，有效解决超声速等离子喷涂时对高熔点材料难以熔化的问题，在极短时间内可完成多层高速喷涂，最大喷涂厚度可达3mm以上，利用激光二次重熔，可以将合金粉末二次高温热熔于基体表面，使得多层涂层与基材表面发生微熔并产生冶金结合，获得枝晶细小均匀和偏析程度低的重熔层。激光二次重熔可达到提高涂层粉末中碳化钨含量，降低涂层裂纹敏感性的目的，经检测，生成碳化钨含量40％以上无裂纹Ni/WC复合涂层，涂层主要由WC和W2C硬质相、γ-Ni、M7C3和M23C6碳化物组成，WC颗粒表面与Ni基合金发生溶解扩散，在WC颗粒周围形成交互结晶组织，增加了WC颗粒与Ni基合金之间的结合强度，通过涂层与基体间原子扩散，涂层孔隙率可下降至0.2％以下，提高了组织致密性，降低裂纹倾向，延长冶金辊使用寿命。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1本专利技术涂层结构示意图。图中：1-基体、2-熔合涂层、3-热障涂层、4-硬质涂层。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：一种具有熔合、热障、硬质三层结构的冶金辊表面涂层，冶金辊基体表面由内向外依次为熔合涂层、热障涂层和硬质涂层，熔合涂层、热障涂层、硬质涂层原料用量质量比为2:5:3。熔合涂层原料为铁自熔合金粉末、铝自熔合金粉末、镍自熔合金粉末的混合物，铁自熔合金、铝自熔合金、镍自熔合金中均加入有硼、硅元素。热障涂层原料为CrC、NiCr、Co微细碳化物特种合金粉末的混合物，硬质涂层原料为微米级WC、CrC、NiC合金粉末的混合物。实施例2：一种具有熔合、热障、硬质三层结构的冶金辊表面涂层，冶金辊基体表面由内向外依次为熔合涂层、热障涂层和硬质涂层，熔合涂层、热障涂层、硬质涂层原料用量质量比为1:3:2。熔合涂层原料为镍自熔合金粉末，镍自熔合金中加入有硼、硅元素。热障涂层原料为CrC、NiCr、Co微细碳化物特种合金粉末的混合物，硬质涂层原料为微米级CrC、NiC合金粉末本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有熔合、热障、硬质三层结构的冶金辊表面涂层，其特征在于，冶金辊基体表面由内向外依次为熔合涂层、热障涂层和硬质涂层，所述熔合涂层原料为铁自熔合金粉末、铝自熔合金粉末、镍自熔合金粉末中的一种或几种混合，所述热障涂层原料为CrC、NiCr、Co微细碳化物特种合金粉末中的一种或几种混合，所述硬质涂层原料为微米级WC、CrC、NiC合金粉末中的一种或几种混合。

【技术特征摘要】
1.一种具有熔合、热障、硬质三层结构的冶金辊表面涂层，其特征在于，冶金辊基体表面由内向外依次为熔合涂层、热障涂层和硬质涂层，所述熔合涂层原料为铁自熔合金粉末、铝自熔合金粉末、镍自熔合金粉末中的一种或几种混合，所述热障涂层原料为CrC、NiCr、Co微细碳化物特种合金粉末中的一种或几种混合，所述硬质涂层原料为微米级WC、CrC、NiC合金粉末中的一种或几种混合。2.如权利要求1所述的具有熔合、热障、硬质三层结构的冶金辊表面涂层，其特征在于，所述铁自熔合金、铝自熔合金、镍自熔合金中均加入有硼、硅元素。3.如权利要求1或2所述的具有熔合、热障、硬质三层结构的冶金辊表面涂层，其特征在于，所述熔合涂层、热障涂层、硬质涂层原料用量质量比为1-3:3-6:2-4。4.如权利要求1所述的具有熔合、热障、硬质三层结构的冶金辊表面涂层，其特征在于，所述熔合涂层原料为镍自熔合金粉末，所述热障涂层原料为CrC、NiCr、Co微细碳化物特种合金粉末的混合物，所述硬质涂层原料为微米级CrC、NiC合金粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈道龙，周骏立，
申请(专利权)人：马鞍山市恒泰重工机械有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34