CN101804509A - 一种轧辊表面的激光毛化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种轧辊表面的激光毛化工艺，其步骤包括：在轧辊表面喷涂一层由粒度在200-900nm之间的铁基合金微粉与陶瓷相混合后，均匀散入水基硅溶胶中得到的超微粉浆料，在轧辊表面形成一层喷涂层；然后在脉冲激光的作用下，使超微颗粒与基体熔合，在表面形成毛化凸台，所述凸台表面呈弧面。本发明利用超微粉浆料在脉冲激光作用下与基材熔融成新的合金材料，通过控制超微粉浆料中的固体超微颗粒的粒度和脉冲激光的功率等参数，使激光在毛化的时候，在轧辊的表面种植了较多的凸台合金化层，并且凸台的高度可以通过改变浆料的厚度来控制。合金材料均匀分布在熔池中，能显著提高轧辊的硬度和耐磨性，减小冷轧辊的磨损消耗。

Description

一种轧辊表面的激光毛化工艺
技术领域
本发明涉及轧辊表面的毛化工艺，具体是指一种轧辊表面的激光毛化工艺。
技术背景
钢板的表面需要经过毛化处理，而这种毛化处理的钢板是通过毛化轧辊压制成形的。激光毛化是近几年发展起来的一种综合性新技术，它利用高能、高频的脉冲激光作用在轧辊表面，使之加热、溶化并部分气化，形成的熔池中液面表面张力和辅助气体的作用下，部分熔融金属被推至熔池边缘，由于激光的快热快冷特性，该部分金属在熔池边缘迅速凝固，形成凸起，同时在熔池中间形成微坑结构。同时减小冷轧辊的磨损在工业上有重大意义，冷轧辊的磨损不仅会降低轧辊的运转率，导致固定费用增加，而且会造成轧制的材料形状变化差异很大，影响产品质量。而在轧辊表面毛化形成较多的凸台则可以很好的减小冷轧辊的磨损。
在公开号为CN101117712A的专利文件中，提供了一种通过在轧辊表面喷涂一层含合金微粉的薄膜，在脉冲激光束的作用下，薄膜与基材熔合形成毛化坑的方法。这种技术形成的毛化点形貌是中间凹坑，四周凸起。虽然通过该技术增加了毛化点坑的深度，提高了凸台高度和边缘清晰度，但是毛化点的强度有限，并且形成的凸台较少，因此并不能很好的减小冷轧辊的磨损。
发明内容
本发明的目的是针对上述背景技术存在的不足，提供一种可以在轧辊表面毛化种植较多凸台的轧辊表面激光毛化工艺。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种轧辊表面的激光毛化工艺，其步骤包括：将粒度在200-900nm之间的铁基合金微粉与陶瓷相均匀混合成超微颗粒后，散入水基硅溶胶中得到超微粉浆料；然后在轧辊表面喷涂一层超微粉浆料，使之在轧辊表面形成一层喷涂层；最后在脉冲激光的作用下，使超微颗粒与基体熔合，在表面形成毛化凸台，所述凸台表面呈弧面。
所述喷涂层的厚度为10-300μm。
所述脉冲激光是指从CO2激光器发射的功率为900-2500W的脉冲激光。
所述脉冲激光是指从Y AG激光器发射的电流为250-390A，脉宽为0.5ms的脉冲激光。
所述铁基合金微粉与陶瓷相的质量比为7-3∶3。
所述铁基合金微粉同陶瓷相混合物与溶胶的质量比为2-6∶1。
所述铁基合金微粉为Fe、C、Cr、W、Mo、V、Si多种元素组成的合金微粉，上述各元素的质量比依次为1∶0.5-1.5∶2-8∶10-18∶3-6∶1-2∶2-5。
所述陶瓷相为WC、TiB2、TiC的任意一种或两种或三种。
所述的超微粉浆料用水或者酒精稀释喷涂。
本发明利用超微粉浆料在脉冲激光作用下与基材熔融成新的合金材料，通过控制超微粉浆料中的固体超微颗粒的粒度和脉冲激光的功率等参数，使激光在毛化的时候，在轧辊的表面种植了较多的凸台合金化层，并且凸台的高度可以通过改变浆料的厚度来控制。合金材料均匀分布在熔池中，能显著提高轧辊的硬度和耐磨性，减小冷轧辊的磨损消耗。
附图说明
图1为本发明的毛化点凸台的横截面示意图；
图2为实施例5中毛化点凸台的硬度与合金化层内部至表面距离的关系；
图3为实施例8中毛化点凸台的硬度与合金化层内部至表面距离的关系；
图中：1.基体材料、2.合金化层、3.熔池、4.凸台、5.凹坑、6.淬火区、d.合金化层内部至表面距离、HV.毛化点凸台的硬度。
具体实施方式
以下结合具体实施例进一步说明本发明，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例：
实施例一
首先将铁基合金粉末和陶瓷相按照质量比7∶3混合得到固体超微颗粒，按照固体超微颗粒与水基硅溶胶质量比约2∶1均匀散到水基硅溶胶中，充分搅拌均匀得到超微粉浆料。所述铁基合金粉末为Fe、C、Cr、W、Mo、V、Si多种元素组成的合金微粉，上述各元素的质量比为1∶0.5∶2∶10∶3∶1∶2，所述陶瓷相为WC。所述固体超微颗粒的粒度为200nm。将超微粉浆料通过喷枪，雾状喷涂于经酒精或丙酮清洗的9Cr2Mo轧辊表面，使浆料与辊面紧密、均匀结合，其中喷涂层厚度为40μm。设置CO2激光器功率为1035W，毛化点点阵的密度为3×3/mm2。然后在喷涂层干燥后，利用来自所述CO2激光器的脉冲激光束对轧辊表面进行毛化处理。在毛化结束后，用酒精或丙酮清洗轧辊表面，可得到横截面如图1所示的毛化凸台。
如图1所示，凸台4呈椭圆形，凸台4的四周有微小的凹坑5。经过激光脉冲的作用后，超微颗粒与基体材料1熔合形成合金化层2，均匀的分布在熔池3中。凸台4的表层为合金化层2，里层为淬火区6。整个合金化层2内硬度分布非常均匀，凸台4的整体强度非常高，在受力时淬火区6可以有力的支撑表层的合金化层2，使得凸台4表面不易碎裂，且明显提高凸台4的耐磨性能及耐冲击性能。
经检测，轧辊表面的毛化粗糙度Ra平均为2.79μm，并且凸台的硬度平均可达HV1000。在相同工艺条件下，没有经过毛化的冷轧辊过钢量为1224吨，而用本发明的工艺进行轧辊表面毛化的冷轧辊的过钢量达2244吨，明显减小了冷轧辊的磨损，使冷轧辊的过钢量显著提高。
用本发明的工艺对轧辊进行毛化后，轧辊工作完后，辊面上还存在大量没有完全磨损的凸台。这说明在轧辊轧制过程中，对轧辊基材的磨损非常小，如此可有效减少后续磨加工过程中轧辊的磨削量，显著增加轧辊的使用寿命。另外，在轧辊使用过程中还发现，轧辊基材首先出现疲劳纹导致轧辊不能继续工作，而此时毛化点依然存在，这进一步说明毛化点的强度及耐磨性能非常理想。
实施例2
首先将铁基合金粉末和陶瓷相按照质量比1∶1混合得到固体超微颗粒，按照固体超微颗粒与水基硅溶胶质量比约6∶1均匀散到水基硅溶胶中，充分搅拌均匀得到超微粉浆料，加少量水稀释至浆料适合喷涂。所述铁基合金粉末为Fe、C、Cr、W、Mo、V、Si多种元素组成的合金微粉，上述各元素的质量比为1∶1.5∶8∶18∶6∶2∶5，所述陶瓷相为TiB2。所述固体超微颗粒的粒度为900nm。将超微粉浆料通过喷枪，雾状喷涂于经酒精或丙酮清洗的9Cr2Mo轧辊表面，使浆料与辊面紧密、均匀结合，其中喷涂层厚度为10μm。设置CO2激光器功率为1035W，毛化点点阵的密度为3×3/mm2。然后在喷涂层干燥后，利用来自所述CO2激光器的脉冲激光束对轧辊表面进行毛化处理。在毛化结束后，用酒精或丙酮清洗轧辊表面，可得到表面呈弧面的毛化凸台。在此工艺条件下，轧辊表面的毛化粗糙度为Ra平均为2.60μm，毛化轧辊的过钢量为1736吨。
实施例3
首先将铁基合金粉末和陶瓷相按照质量比1∶1混合得到固体超微颗粒，按照固体超微颗粒与水基硅溶胶质量比约3∶1均匀散到水基硅溶胶中，充分搅拌均匀得到超微粉浆料，加少量酒精稀释至浆料适合喷涂。所述铁基合金粉末为Fe、C、Cr、W、Mo、V、Si多种元素组成的合金微粉，上述各元素的质量比为1∶1∶6∶15∶5∶1.5∶3，所述陶瓷相为TiC。所述固体超微颗粒的粒度为500nm。将超微粉浆料通过喷枪，雾状喷涂于经酒精或丙酮清洗的9Cr2Mo轧辊表面，使浆料与辊面紧密、均匀结合，其中喷涂层厚度为40μm。设置CO2激光器功率为900W，毛化点点阵的密度为6×5/mm2。然后在喷涂层干燥后，利用来自所述CO2激光器的脉冲激光束对轧辊表面进行毛化处理。在毛化结束后，用酒精或丙酮清洗轧辊表面，可得到表面呈弧面的毛化凸台。在此工艺条件下，轧辊表面的毛化粗糙度Ra平均为2.28μm，毛化轧辊的过钢量为1836吨。
实施例4
首先将铁基合金粉末和陶瓷相按照质量比1∶1混合得到固体超微颗粒，按照固体超微颗粒与水基硅溶胶质量比约5∶1均匀散到水基硅溶胶中，充分搅拌均匀得到超微粉浆料。所述铁基合金粉末为Fe、C、Cr、W、Mo、V、Si多种元素组成的合金微粉，上述各元素的质量比为1∶1∶5∶15∶5∶2∶4，所述陶瓷相为WC和TiB2的混合物。所述固体超微颗粒的粒度为400nm。将超微粉浆料通过喷枪，雾状喷涂于经酒精或丙酮清洗的9Cr2Mo轧辊表面，使浆料与辊面紧密、均匀结合，其中喷涂层厚度为38μm。设置CO2激光器功率为2500W，毛化点点阵的密度为3×3/mm2。然后在喷涂层干燥后，利用来自所述CO2激光器的脉冲激光束对轧辊表面进行毛化处理。在毛化结束后，用酒精或丙酮清洗轧辊表面，可得到表面呈弧面的毛化凸台。在此工艺条件下，轧辊表面的毛化粗糙度Ra平均为2.86μm，毛化轧辊的过钢量为2450吨。
实施例5
首先将铁基合金粉末和陶瓷相按照质量比7∶3混合得到固体超微颗粒，按照固体超微颗粒与水基硅溶胶质量比约2∶1均匀散到水基硅溶胶中，充分搅拌均匀得到超微粉浆料。所述铁基合金粉末为Fe、C、Cr、W、Mo、V、Si多种元素组成的合金微粉，上述各元素的质量比为1∶0.5∶2∶10∶3∶1∶2，所述陶瓷相为WC和TiC的混合物。所述固体超微颗粒的粒度为200nm。将超微粉浆料通过喷枪，雾状喷涂于经酒精或丙酮清洗的9Cr2轧辊表面，使浆料与辊面紧密、均匀结合，其中喷涂层厚度为300μm。设置设置YAG激光器发射的电流为330A，脉宽为0.5ms，频率为26Hz，脉冲激光束扫描速度为1200mm/min，毛化点点阵的密度为3×3/mm2。然后在喷涂层干燥后，利用来自所述YAG激光器的脉冲激光束对轧辊表面进行毛化处理。在此工艺条件下，毛化后的轧辊表面凸台高40μm，深0.22mm，直径0.4mm。
毛化后毛化点凸台的硬度与合金化层内部至表面距离的关系如图2所示。可见凸台硬度较基材硬度有显著提高，且凸台的硬度在纵深方向呈较明显的梯度分布。这种凸台形貌和硬度分布有利于提高凸台的耐磨性和耐冲击性能。
实施例6
首先将铁基合金粉末和陶瓷相按照质量比2∶1混合得到固体超微颗粒，按照固体超微颗粒与水基硅溶胶质量比约6∶1均匀散到水基硅溶胶中，充分搅拌均匀得到超微粉浆料，加少量水稀释至浆料适合喷涂。所述铁基合金粉末为Fe、C、Cr、W、Mo、V、Si多种元素组成的合金微粉，上述各元素的质量比为1∶1.5∶8∶18∶6∶2∶5，所述陶瓷相为WC、TiB2和TiC的混合物。所述固体超微颗粒的粒度为900nm。将超微粉浆料通过喷枪，雾状喷涂于经酒精或丙酮清洗的9Cr2轧辊表面，使浆料与辊面紧密、均匀结合，其中喷涂层厚度为300μm。设置YAG激光器发射的电流为390A，脉宽为0.5ms，频率为26Hz，脉冲激光束扫描速度为1200mm/min，毛化点点阵的密度为3×3/mm2。然后在喷涂层干燥后，利用来自所述YAG激光器的脉冲激光束对轧辊表面进行毛化处理。在毛化结束后，用酒精或丙酮清洗轧辊表面，可得到表面呈弧面的毛化凸台。在此工艺条件下，毛化后的轧辊表面凸台高40μm，深0.18mm，直径0.4mm，毛化后凸台平均硬度HV为980。
实施例7
首先将铁基合金粉末和陶瓷相按照质量比1∶1混合得到固体超微颗粒，按照固体超微颗粒与水基硅溶胶质量比约3∶1均匀散到水基硅溶胶中，充分搅拌均匀得到超微粉浆料，加少量酒精稀释至浆料适合喷涂。所述铁基合金粉末为Fe、C、Cr、W、Mo、V、Si多种元素组成的合金微粉，上述各元素的质量比为1∶1∶6∶15∶4∶1.5∶3，所述陶瓷相为WC、TiB2和TiC的混合物。所述固体超微颗粒的粒度为600nm。将超微粉浆料通过喷枪，雾状喷涂于经酒精或丙酮清洗的9Cr2轧辊表面，使浆料与辊面紧密、均匀结合，其中喷涂层厚度为300μm。设置YAG激光器发射的电流为250A，脉宽为0.5ms，频率为26Hz，脉冲激光束扫描速度为1200mm/min，毛化点点阵的密度为3×3/mm2。然后在喷涂层干燥后，利用来自所述YAG激光器的脉冲激光束对轧辊表面进行毛化处理。在毛化结束后，用酒精或丙酮清洗轧辊表面，可得到表面呈弧面的毛化凸台。在此工艺条件下，毛化后的轧辊表面凸台高20μm，深0.15mm，直径0.4mm，毛化后凸台平均硬度HV为960。
实施例8
首先将铁基合金粉末和陶瓷相按照质量比2∶1混合得到固体超微颗粒，按照固体超微颗粒与水基硅溶胶质量比约4∶1均匀散到水基硅溶胶中，充分搅拌均匀得到超微粉浆料。所述铁基合金粉末为Fe、C、Cr、W、Mo、V、Si多种元素组成的合金微粉，上述各元素的质量比为1∶1∶5∶15∶4∶1∶4，所述陶瓷相为WC、TiB2和TiC的混合物。所述固体超微颗粒的粒度为600nm。将超微粉浆料通过喷枪，雾状喷涂于经酒精或丙酮清洗的45钢轧辊表面，使浆料与辊面紧密、均匀结合，其中喷涂层厚度为300μm。设置YAG激光器发射的电流为310A，脉宽为0.5ms，频率为50Hz，脉冲激光束扫描速度为600mm/min，毛化点点阵的密度为3×3/mm2。然后在喷涂层干燥后，利用来自所述YAG激光器的脉冲激光束对轧辊表面进行毛化处理。在毛化结束后，用酒精或丙酮清洗轧辊表面，可得到表面呈弧面的毛化凸台。在此工艺条件下，毛化后的轧辊表面凸台高35μm，深0.4mm，直径0.3mm。毛化后毛化点凸台的硬度与合金化层内部至表面距离的关系如图3所示。
实施例9
首先将铁基合金粉末和陶瓷相按照质量比2∶1混合得到固体超微颗粒，按照固体超微颗粒与水基硅溶胶质量比约4∶1均匀散到水基硅溶胶中，充分搅拌均匀得到超微粉浆料。所述铁基合金粉末为Fe、C、Cr、W、Mo、V、Si多种元素组成的合金微粉，上述各元素的质量比为1∶1∶5∶15∶4∶1∶4，所述陶瓷相为WC、TiB2和TiC的混合物。所述固体超微颗粒的粒度为600nm。将超微粉浆料通过喷枪，雾状喷涂于经酒精或丙酮清洗的45钢轧辊表面，使浆料与辊面紧密、均匀结合，其中喷涂层厚度为300m。设置YAG激光器发射的电流为270A，脉宽为0.5ms，频率为50Hz，脉冲激光束扫描速度为600mm/min，毛化点点阵的密度为3×3/mm2。然后在喷涂层干燥后，利用来自所述YAG激光器的脉冲激光束对轧辊表面进行毛化处理。在毛化结束后，用酒精或丙酮清洗轧辊表面，可得到表面呈弧面的毛化凸台。在此工艺条件下，毛化后的轧辊表面凸台高35μm，深0.25mm，直径0.3mm，毛化后凸台平均硬度HV为795。

Claims (9)

1.一种轧辊表面的激光毛化工艺，其步骤包括：将粒度在200-900nm之间的铁基合金微粉与陶瓷相均匀混合成超微颗粒后，散入水基硅溶胶中得到超微粉浆料；然后在轧辊表面喷涂一层超微粉浆料，使之在轧辊表面形成一层喷涂层；最后在脉冲激光的作用下，使超微颗粒与基体熔合，在表面形成毛化凸台，所述凸台表面呈弧面。
2.根据权利要求1所述的轧辊表面的激光毛化工艺，其特征在于：所述喷涂层的厚度为10-300μm。
3.根据权利要求1所述的轧辊表面的激光毛化工艺，其特征在于：所述脉冲激光是指从CO2激光器发射的功率为900-2500W的脉冲激光。
4.根据权利要求1所述的轧辊表面的激光毛化工艺，其特征在于：所述脉冲激光是指从YAG激光器发射的电流为250-390A，脉宽为0.5ms的脉冲激光。
5.根据权利要求1所述的轧辊表面的激光毛化工艺，其特征在于：所述铁基合金微粉与陶瓷相的质量比为7-3∶3。
6.根据权利要求5所述的轧辊表面的激光毛化工艺，其特征在于：所述铁基合金微粉同陶瓷相混合物与溶胶的质量比为2-6∶1。
7.根据权利要求1所述的轧辊表面的激光毛化工艺，其特征在于：所述铁基合金微粉为Fe、C、Cr、W、Mo、V、Si多种元素组成的合金微粉，上述各元素的质量比依次为1∶0.5-1.5∶2-8∶10-18∶3-6∶1-2∶2-5。
8.根据权利要求1所述的轧辊表面的激光毛化工艺，其特征在于：所述陶瓷相为WC、TiB2、TiC的任意一种或两种或三种。
9.根据权利要求1所述的轧辊表面的激光毛化工艺，其特征在于：所述的超微粉浆料用水或者酒精稀释喷涂。
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