CN101613852A - 复合结构涂层及其喷涂方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合结构涂层，其特征在于，其包括在辊体表面包覆的stellite合金层，在stellite合金层表面包覆的MoB/CoCr金属陶瓷层，MoB/CoCr金属陶瓷层表面设置有封闭层。本发明通过采用热喷涂技术制备的功能性复合结构涂层，并采用特殊的涂层并进行封孔处理后，可以确保沉没辊、稳定辊单次使用时间和累计使有寿命比无涂层辊体提高1～3倍；从而提高了钢厂对高价值辊体使用效率、提高的生产效率和产品质量。

Description

复合结构涂层及其喷涂方法

技术领域

本发明涉及一种复合结构涂层及其喷涂方法。

背景技术

沉没辊、稳定辊工作在钢厂热镀锌线的锌锅熔融锌液或锌铝液中，是保证带钢镀锌质量的核心部件，从退火炉出来的带钢经过沉没辊实现热镀锌工艺，并通过稳定辊获得有效张力和导向，确保带钢连续稳定地通过气刀。因此镀锌板表面质量及生产效率在很大程度上取决于沉没辊和稳定辊的表面质量和耐磨性。

由于铝锌合金和纯锌物理性能的差别，金属铝是活泼金属，熔点为660℃，锌熔点为420℃，由此导致了锌锅内熔融金属温度在610～620℃(纯锌液450℃)，因此处在高温熔融金属溶液中的沉没辊、稳定辊，很容易遭到熔融锌铝合金的腐蚀，进而影响带钢质量。

目前，国内的55％Al-Zn线中的沉没辊和稳定辊基体材料为316L或同等材料，但由于没有涂层保护，辊体很容易受到熔融锌铝液的腐蚀并粘附锌铝渣，从而导致带钢表面形成缺陷；另外，辊体使用一个周期后，由于辊体受损严重，必须对辊体进行车削和磨削加工后才能再次使用。这种使用方式，既影响了钢厂的生产效率，又因频繁机加工而导致辊体实际使用寿命缩短。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种可对辊体提供保护、延长辊体使用寿命的复合结构涂层。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

复合结构涂层，其特征在于，其包括在辊体表面包覆的stellite合金层，在stellite合金层表面包覆的MoB/CoCr金属陶瓷层，MoB/CoCr金属陶瓷层表面设置有封闭层。

复合结构涂层就是采用多层涂层结构。采用复合结构涂层可实现功能涂层与保护基体之间良好的过渡，以满足在外部恶劣环境下对涂层材料性能要求。

其中，所述stellite合金层按照重量百分含量由25％～32％的铬；3.5％～5.5％的钨；0.9％～1.8％的碳；0.8％～1.8％的硅；余量为钴组成。

其中，所述的MoB/CoCr金属陶瓷按照重量百分含量由5％～10％的硼；20％～28％的钴；18％～24％的铬；余量为钼组成。

其中，所述封闭层材料选自氮化硼、三氧化二铬、三氧化二铝中的一种或几种。

本发明的另一个目的是提供一种复合结构涂层喷涂方法，其特征在于，使用超音速火焰喷涂方法依次在基体表面喷涂stellite合金层与MoB/CoCr金属陶瓷层，然后使用封孔剂在MoB/CoCr金属陶瓷层表面进行封孔处理形成封闭层。

其中，所述stellite合金层按照重量百分含量由25％～32％的铬；3.5％～5.5％的钨；0.9％～1.8％的碳；0.8％～1.8％的硅；余量为钴组成。

其中，所述的MoB/CoCr金属陶瓷按照重量百分含量由5％～10％的硼；20％～28％的钴；18％～24％的铬；余量为钼组成。

其中，所述封孔剂选自氮化硼、三氧化二铬、三氧化二铝中的一种或几种。

其中，在基体表面喷涂stellite合金层之前，首先将辊体在60～150℃范围内预热；再喷砂处理，喷料为14～60目刚玉砂，喷砂后辊体表面粗糙度Ra4～20μm。

其中，封孔处理之前，抛磨金属陶瓷层表面，再进行封孔处理，封孔处理后在200～390℃下保温1～4h，随炉冷却即可。

本发明提供的是一种涂层表面改性技术，通过为该镀锌生产线中的沉没辊、稳定辊表面制备功能性的复合结构涂层，并采用涂层封孔处理后，从而起到增强辊面抗锌铝腐蚀性能、抗高温磨损性能等作用，进而提高辊体使用寿命、提高连续热镀锌生产线及其产品质量稳定性。

本技术采用了stellite合金粉末和MoB/CoCr金属陶瓷粉末，并采用超音速火焰喷涂技术，在沉没辊、稳定辊表面喷涂了功能性复合结构涂层，再采用涂层封孔技术对涂层进行封孔处理后，辊体可有效防治熔融Zn-Al液对辊面的腐蚀和带钢的磨损，提高了辊体的连续生产时间，从而降低了辊体的更换频率；同时辊体使用一个周期后，可采用磷酸或硫酸等酸性溶液作为退锌溶液，将辊体浸泡在该溶液中进行退锌处理，将辊面退锌后，可再次直接使用1～2次，因此降低了辊体的机加工次数，从而提高了辊体的使用寿命。

本发明通过采用热喷涂技术制备的功能性复合结构涂层，并采用特殊的涂层并进行封孔处理后，可以确保沉没辊、稳定辊单次使用时间和累计使有寿命比无涂层辊体提高1～3倍；从而提高了钢厂对高价值辊体使用效率、提高的生产效率和产品质量。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的描述：

复合结构涂层，其包括在辊体表面包覆的stellite合金层，stellite合金层按照重量百分含量由25％～32％的铬；3.5％～5.5％的钨；0.9％～1.8％的碳；0.8％～1.8％的硅；余量为钴组成。

在stellite合金层表面包覆的MoB/CoCr金属陶瓷层，MoB/CoCr金属陶瓷按照重量百分含量由5％～10％的硼；20％～28％的钴；18％～24％的铬；余量为钼组成。

MoB/CoCr金属陶瓷层表面设置有封闭层，封闭层材料选自氮化硼、三氧化二铬、三氧化二铝中的一种或几种。

沉没辊、稳定辊，该辊体基体材质为316L或同等材料，辊面尺寸为Φ200～900×1000～2400mm。复合结构涂层喷涂方法，使用超音速火焰喷涂方法依次在基体表面喷涂stellite合金层与MoB/CoCr金属陶瓷层，然后使用封孔剂在MoB/CoCr金属陶瓷层表面进行封孔处理形成封闭层。

其加工步骤如下：

A清洁辊面；

B预热，预热温度为60～150℃；

C喷砂，喷料为14～60目刚玉砂，喷砂后辊体表面粗糙度Ra4～20μm。

D依次喷涂stellite合金层与MoB/CoCr金属陶瓷层，喷涂参数如表一

E抛磨；

F封孔处理，采用涂刷或喷涂方法将封孔剂黏附在金属陶瓷层外表面；

G热处理，在200～390℃下保温1～4h，随炉冷却即可。

其中stellite合金层厚度0.05～0.1mm，MoB/CoCr涂层厚度0.08～0.14mm。

表一：喷涂工艺参数

	stellite合金	MoB/CoCr金属陶瓷
			喷涂距离	300～400mm	300～400mm
氧气流量、压力	1600～2200scfh，180～230psi	1600～2200scfh，180～
			燃油流量、压力	4～8gph，140～190psi	4～8gph，140～190psi
辅气流量、压力	14～30scfh，40～70psi	14～30scfh，40～70psi
			送粉速率	30～90g/min	30～90g/min
枪管尺寸	4寸或6寸或8寸	4寸或6寸或8寸

各项参数可在上表所列范围内选择，不影响本发明目的的实现。

该方法的特点在于：

(1)超音速火焰喷涂的火焰焰流速度和粒子速度高，焰流速度可达到1500～2000m/s，在其加热和加速作用下，粉末颗粒速度可达到400～600m/s；

(2)由于颗粒速度高，由此减少了粉末颗粒中元素的氧化，涂层中的氧化物含量少；同时，喷涂金属陶瓷时可获得非常高的结合强度(＞70MPa)；形成的涂层具有压应力，涂层致密，气孔率低(＜1％)；

(3)焰流直径小，能量密集，粉末颗粒在枪管中受热均匀，且80％的粒子能被有效的加速到高速。

各实施例中的stellite合金各组分重量百分含量如表二所示：

表二：

实施例	铬	钨	碳	硅	钴
						1	25％	3.5％	0.9％	0.8％	69.8％
2	32％	5.5％	1.8％	1.8％	58.9％
						3	28％	4.5％	1.4％	1.4％	64.7％
4	27％	5％	1.6％	1.7％	64.7％
						5	30％	4％	1.2％	1.1％	63.7％
6	26％	3.8％	1.5％	0.9％	67.8％
						7	29％	4.7％	1.2％	1.3％	63.8％
8	31％	5.2％	1.4％	1.5％	60.9％
						9	28％	3.8％	1.5％	0.9％	65.8％
10	26％	5％	1.7％	0.9％	66.4％

各实施例中的MoB/CoCr金属陶瓷各组分重量百分含量如表三所示。

表三：

实施例	硼	钴	铬	钼
					1	5％	20％	18％	57％
2	10％	28％	24％	38％

3	7％	24％	21％	48％
					4	6％	27％	18％	49％
5	6％	27％	22％	45％
					6	7％	22％	19％	52％
7	8％	21％	20％	51％
					8	9％	23％	19％	49％
9	8％	26％	18％	48％
					10	6％	22％	24％	48％

各实施例中使用的封孔剂分别为：

实施例	1	2	3	4	5
						封孔剂	氮化硼	三氧化二铬	三氧化二铝	按重量百分含量10％氮化硼与90％三氧化二铝	按重量百分含量40％氮化硼与60％三氧化二铝

实施例	6	7	8	9	10
						封孔剂	按重量百分含量15％三氧化二铝与85％三氧化二铬	按重量百分含量10％氮化硼，30％三氧化二铝与60％三氧化二铬	按重量百分含量65％三氧化二铝与35％三氧化二铬	按重量百分含量20％氮化硼与80％三氧化二铬	按重量百分含量70％氮化硼与30％三氧化二铬

喷涂方法中，各步骤工艺参数为：

实施例	步骤B，预热温度为60～150℃；	步骤G，热处理温度，时间在200～390℃下，保温1～4h
			1	60℃	200℃，保温1小时。
2	65℃	250℃，保温4小时。
			3	80℃	300℃，保温2小时。
4	90℃	240℃，保温2小时。
			5	120℃	350℃，保温1小时。
6	110℃	240℃，保温3小时。
			7	120℃	280℃，保温1小时。
8	130℃	320℃，保温3小时。
			9	140℃	360℃，保温3小时。
10	70℃	370℃，保温4小时。

本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。

Claims (10)

1.复合结构涂层，其特征在于，其包括在辊体表面包覆的stellite合金层，在stellite合金层表面包覆的MoB/CoCr金属陶瓷层，MoB/CoCr金属陶瓷层外设置有封闭层。

2.根据权利要求1所述的辊体涂层，其特征在于，所述stellite合金层按照重量百分含量由25％～32％的铬；3.5％～5.5％的钨；0.9％～1.8％的碳；0.8％～1.8％的硅；余量为钴组成；

3.根据权利要求1所述的辊体涂层，其特征在于，所述的MoB/CoCr金属陶瓷按照重量百分含量由5％～10％的硼；20％～28％的钴；18％～24％的铬；余量为钼组成。

4.根据权利要求1所述的辊体涂层，其特征在于，所述封闭层材料选自氮化硼、三氧化二铬、三氧化二铝中的一种或几种。

5.复合结构涂层喷涂方法，其特征在于，使用超音速火焰喷涂方法依次在基体表面喷涂stellite合金层与MoB/CoCr金属陶瓷层，然后使用封孔剂在MoB/CoCr金属陶瓷层表面进行封孔处理形成封闭层。

6.根据权利要求5所述的复合结构涂层喷涂方法，其特征在于，所述stellite合金层按照重量百分含量由25％～32％的铬；3.5％～5.5％的钨；0.9％～1.8％的碳；0.8％～1.8％的硅；余量为钴组成；

7.根据权利要求5所述的复合结构涂层喷涂方法，其特征在于，所述的MoB/CoCr金属陶瓷按照重量百分含量由5％～10％的硼；20％～28％的钴；18％～24％的铬；余量为钼组成。

8.根据权利要求5所述的复合结构涂层喷涂方法，其特征在于，所述封孔剂选自氮化硼、三氧化二铬、三氧化二铝中的一种或几种。

9.根据权利要求5-8任一权利要求所述的复合结构涂层喷涂方法，其特征在于，在基体表面喷涂stellite合金层之前，首先将辊体在60～150℃范围内预热；再喷砂处理，喷料为14～60目刚玉砂，喷砂后辊体表面粗糙度Ra4～20μm。

10.根据权利要求9所述的复合结构涂层喷涂方法，其特征在于，封孔处理之前，抛磨金属陶瓷层表面，再进行封孔处理，封孔处理后在200～390℃下保温1～4h，随炉冷却即可。