CN102128208B

CN102128208B - 一种高结合强度沉没辊轴套的制备方法

Info

Publication number: CN102128208B
Application number: CN 201110077765
Authority: CN
Inventors: 于月光; 任先京; 赵晓东; 高峰; 沈婕; 张鑫; 万伟伟; 国俊丰; 张乐
Original assignee: Bgrimm Advanced Materials Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Bgrimm Advanced Materials Science & Technology Co ltd
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: CN102128208A

Abstract

本发明涉及一种高结合强度沉没辊轴套的制备方法。通过陶瓷表面金属化及钎焊技术，对不锈钢和陶瓷基体进行连接。主要工序有：1、陶瓷表面金属化；2、采用Co基钎料钎焊连接陶瓷和不锈钢基体。Co基钎料中含有Co、Si、Cu、Cr、B、W、C和粘结剂，原料可以是单质粉末或合金或化合物，也可以是这几种材料的组合；粘结剂可以是无机物质，还有部分添加剂和助剂混合。本发明提供的高结合强度轴套的制备方法，其优点在于：陶瓷与金属的结合强度高、耐熔锌腐蚀层厚，可以达到2mm以上，大大地延长了耐高温锌液腐蚀寿命；而且本制造方法适应性强、操作简便、规范性强、生产成本较低，具有巨大的实用价值。

Description

一种高结合强度沉没辊轴套的制备方法

技术领域

本发明涉及一种高结合强度沉没辊轴套的制备技术。

背景技术

热镀锌技术是防止钢铁材料在自然环境中腐蚀的最经济有效的方法,经热镀锌处理的钢铁构件在大气、海水、土壤等腐蚀环境中都有着优良的耐蚀性而广泛用于建筑、家电、车船等行业, 在国民经济中占有很大的比重。我国各大钢厂拥有上千条热镀锌机组，以满足国内对热镀锌汽车、家电和建筑板的需求。在这些热镀锌机组中沉没辊轴套是关键技术之一，在约500℃的熔融金属锌液中，沉没辊轴套起着滑动轴承的作用，由于在受到锌液的强烈腐蚀的同时还经受着磨粒磨损，致使沉没辊轴套很快失效。热镀锌工艺温度为约500℃时，液态锌几乎对所有的金属都有强烈的腐蚀性。

陶瓷材料由于硬度高、耐磨性好、高温下化学性质稳定、基本不与酸、碱及熔融金属反应，具有很强的耐腐蚀等特点，它基本满足沉没辊轴套耐磨涂层材料的所有要求，因此，是一种较好的解决沉没辊轴套耐锌液腐蚀问题的途径。但是，陶瓷材料的韧性差、脆性大，延展性差、难切削加工等缺点，使得陶瓷材料的进一步应用受到限制。如能实现陶瓷材料与金属的连接，可以发挥各自的优点，弥补各自的不足。同时，热镀锌生产线也要求沉没辊轴套具有可焊性，因此，实现陶瓷材料与沉没辊轴套基体材料，即316L不锈钢的连接是一项关键技术。

据文献报道，钎焊技术是陶瓷与金属连接方法中一种常用的工艺。钎焊方法主要有直接钎焊法和间接钎焊法，直接钎焊法是指在金属与陶瓷对接面或对接点处加入钎焊膏和钎焊剂，进行钎焊而成。钎焊剂一般为Ag-Cu-Ti,该钎焊剂为活性钎料，易于液态锌反应，而钎焊膏为一般为有机聚合物，在钎焊过程中，它会随着钎焊温度的升高而挥发，从而留下许多孔隙，造成陶瓷表面层与基体316L之间的气密性很差。间接钎焊法又称为预金属化方法，它是自30年代发展起来的已成熟用于电子工业中的氧化铝陶瓷与金属的封接。间接钎焊法是在陶瓷表面先进行金属化处理，陶瓷材料表面金属化以后有利于实现陶瓷与金属的钎焊。陶瓷材料主要含有离子键和共价键，表现出非常稳定的电子配位，因而较难与金属键润湿，在钎焊时，经常对陶瓷表面进行预金属化处理，而使陶瓷材料的表面性质发生变化，而后与316L不锈钢轴套进行钎焊。

本发明的目的在于提供一种强度高且耐熔融锌腐蚀的沉没辊轴套及其制造方法。

发明内容

本发明提供一种沉没辊轴套由不锈钢基体和陶瓷两部分组成。本发明还提供一种沉没辊轴套的制造方法的主要工序有：1、陶瓷表面金属化；2、陶瓷与加工不锈钢基体的钎焊连接两部分。本发明提供的沉没辊轴套及其制造方法，其优点在于：材料利用率高；耐熔锌腐蚀层厚，可以达到2mm以上；轴套强度高；而且本制造方法适应性强、操作简便、规范性强、生产成本较低，具有巨大的实用价值。

一种高结合强度沉没辊轴套的制备方法，其特征在于该方法的步骤包括以下几点：一、机械精加工不锈钢基体，加工后的不锈钢外径为100~120mm，内径为80~90mm，其外表面采用吹砂处理，处理后的粗糙度为Ra2.0~5.0；二、机械精加工陶瓷环, 加工后的陶瓷环外径为126~133mm，内径为120~130mm，其内表面采用吹砂处理，处理后的粗糙度为Ra2.0~5.0；三、陶瓷表面金属化层为50~400微米，含有金属和粘结剂以及助剂，原料可以是金属单质粉末，也可以是这几种材料的组合，其中，金属为Co、Si、Cu、Cr、B、和W中的几种，粘结剂为NaCl和SnCl₄按质量2：3混合，助剂为聚乙二醇和松香按质量1：1混合。并且Co的质量含量在40~60%之间，其他金属元素的质量含量均不超过10%。四、钎焊连接两部分，主要工艺条件为：真空度0.001~0.0001Pa，温度800~1300℃；五、机械加工至设计尺寸。

具体实施方式

下面结合实例对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式一：

本实施方案中，一种高结合强度沉没辊轴套的制备方法，其特征在于该方法的步骤包括以下几点：一、加工不锈钢316L基体，加工后的不锈钢外径为1120mm，内径为90mm，其外表面采用吹砂处理，处理后的粗糙度为Ra2.0~5.0；二、机械精加工氧化铝陶瓷环, 加工后的陶瓷环外径为126，内径为120mm，其内表面采用吹砂处理，处理后的粗糙度为Ra2.0~5.0；三、陶瓷表面金属化层100微米，主要金属为Co、Si、Cr、B、W粉末、粘结剂和助剂混合，其中Co的质量含量为46%，Si的质量含量为6%，Cr的质量含量为6% ，B的质量含量为6% ，W的质量含量为6%，余量为粘结剂和助剂混合按质量1：1混合均匀，并且，粘结剂为NaCl和SnCl₄按质量2：3混合，助剂为聚乙二醇和松香按质量1：1混合。四、钎焊连接两部分，主要工艺条件为：真空度0.0001Pa，温度1300℃；五、机械加工至设计尺寸。

具体实施方式二：

本实施方案中，一种高结合强度沉没辊轴套的制备方法，其特征在于该方法的步骤包括以下几点：一、加工不锈钢316L基体，加工后的不锈钢外径为110mm，内径为90mm，其外表面采用吹砂处理，处理后的粗糙度为Ra2.0~5.0；二、机械精加工氧化锆陶瓷环, 加工后的陶瓷环外径为116mm，内径为110mm，其内表面采用吹砂处理，处理后的粗糙度为Ra2.0~5.0；三、陶瓷表面金属化层200微米，主要金属为Co、Si、Cu、Cr、B、W粉末、粘结剂和助剂混合，其中Co的质量含量为56%，其中Cu的质量含量为4%，Si的质量含量为6%，Cr的质量含量为6% ，B的质量含量为6% ，W的质量含量为6%，余量为粘结剂和助剂混合按质量1：1混合均匀，并且，粘结剂为NaCl和SnCl₄按质量2：3混合，助剂为聚乙二醇和松香按质量1：1混合。四、钎焊连接两部分，主要工艺条件为：真空度0.001M Pa，温度1200℃；五、机械加工至设计尺寸。

具体实施方式三：

本实施方案中，一种高结合强度沉没辊轴套的制备方法，其特征在于该方法的步骤包括以下几点：一、加工不锈钢316L基体，加工后的不锈钢外径为100mm，内径为90mm，其外表面采用吹砂处理，处理后的粗糙度为Ra2.0~5.0；二、机械精加工氧化锆陶瓷环, 加工后的陶瓷环外径为106mm，内径为100mm，其内表面采用吹砂处理，处理后的粗糙度为Ra2.0~5.0；三、陶瓷表面金属化层300微米，主要金属为Co、Si、Cu、Cr、W粉末、粘结剂和助剂混合，其中Co的质量含量为52%， Cu的质量含量为4%，Si的质量含量为6%，Cr的质量含量为6% ，W的质量含量为6%，余量为粘结剂和助剂混合按质量1：1混合均匀，并且，粘结剂为NaCl和SnCl₄按质量2：3混合，助剂为聚乙二醇和松香按质量1：1混合。四、钎焊连接两部分，主要工艺条件为：真空度0.001Pa，温度1100℃；五、机械加工至设计尺寸。

具体实施方式四：

本实施方案中，一种高结合强度沉没辊轴套的制备方法，其特征在于该方法的步骤包括以下几点：一、加工不锈钢316L基体，加工后的不锈钢外径为100mm，内径为80mm，其外表面采用吹砂处理，处理后的粗糙度为Ra2.0~5.0；二、机械精加工氧化锆陶瓷环, 加工后的陶瓷环外径为106mm，内径为100mm，其内表面采用吹砂处理，处理后的粗糙度为Ra2.0~5.0；三、陶瓷表面金属化层400微米，主要金属为Co、Si、Cu、Cr、B、W粉末、粘结剂和助剂混合，其中Co的质量含量为50%，Cu的质量含量为4%，Si的质量含量为6%，Cr的质量含量为6% ，B的质量含量为6% ，W的质量含量为6%，余量为粘结剂和助剂混合按质量1：1混合均匀，并且，粘结剂为NaCl和SnCl₄按质量2：3混合，助剂为聚乙二醇和松香按质量1：1混合。四、钎焊连接两部分，主要工艺条件为：真空度0.0001Pa，温度1000℃；五、机械加工至设计尺寸。

具体实施方式五：

本实施方案中，一种高结合强度沉没辊轴套的制备方法，其特征在于该方法的步骤包括以下几点：一、加工不锈钢316L基体，加工后的不锈钢外径为100mm，内径为85mm，其外表面采用吹砂处理，处理后的粗糙度为Ra2.0~5.0；二、机械精加工氧化铝陶瓷环, 加工后的陶瓷环外径为106mm，内径为100mm，其内表面采用吹砂处理，处理后的粗糙度为Ra2.0~5.0；三、陶瓷表面金属化层50~400微米，主要金属为Co、Si、Cu、Cr、B、W粉末、粘结剂和助剂混合，其中Co的质量含量在56%，Cu的质量含量为4%，Si的质量含量为6%，Cr的质量含量为6% ，B的质量含量为6% ，W的质量含量为6%，余量为粘结剂和助剂混合按质量1：1混合均匀，并且，粘结剂为NaCl和SnCl₄按质量2：3混合，助剂为聚乙二醇和松香按质量1：1混合。四、钎焊连接两部分，主要工艺条件为：真空度0.0001Pa，温度900℃；五、机械加工至设计尺寸。

Claims

1.一种高结合强度沉没辊轴套的制备方法，其特征在于该方法的步骤包括以下几点：一、加工不锈钢基体；二、机械精加工陶瓷环；三、陶瓷表面金属化，陶瓷表面金属化层为50~400微米，含有金属或非金属，及粘结剂和助剂，原料或是单质粉末，或是这几种单质粉末的组合，其中，单质粉末为Co、Si、Cu、Cr、B、和W中的几种，粘结剂为NaCl和SnCl₄按质量2：3混合，助剂为聚乙二醇和松香按质量1：1混合，并且Co的质量含量在40~60%之间，其他金属元素的质量含量均不超过10%；四、钎焊连接不锈钢基体和陶瓷环两部分；五、机械加工至设计尺寸。

2.根据权利要求1所述的一种高结合强度沉没辊轴套的制备方法，其特征在于步骤一中机械精加工不锈钢基体，加工后的不锈钢外径为100~120mm，内径为80~90mm，其外表面采用吹砂处理，处理后的粗糙度为Ra2.0~5.0。

3.根据权利要求1所述的一种高结合强度沉没辊轴套的制备方法，其特征在于步骤二中加工后的陶瓷环外径为126~133mm，内径为120~130mm，其内表面采用吹砂处理，处理后的粗糙度为Ra2.0~5.0。

4.根据权利要求1所述的一种高结合强度沉没辊轴套的制备方法，其特征在于步骤一中的不锈钢基体为316L不锈钢。

5.根据权利要求1所述的一种高结合强度沉没辊轴套的制备方法，其特征在于步骤二中的陶瓷为氧化铝或氧化锆。

6.根据权利要求1所述的一种高结合强度沉没辊轴套的制备方法，其特征在于步骤四中的钎焊连接又称为真空熔接，工艺条件为：真空度0.001~0.0001Pa，温度800~1300℃。

7.根据权利要求1-6中任一所述的一种高结合强度沉没辊轴套的制备方法，其特征在于：陶瓷表面金属化层的厚度为100微米，由Co、Si、Cr、B、W粉末、粘结剂和助剂混合而成，其中Co的质量含量为46%，Si的质量含量为6%，Cr的质量含量为6% ，B的质量含量为6% ，W的质量含量为6%，余量为粘结剂和助剂按质量1：1混合均匀。

8.根据权利要求1-6中任一所述的一种高结合强度沉没辊轴套的制备方法，其特征在于：陶瓷表面金属化层的厚度为200微米，由Co、Si、Cu、Cr、B、W粉末、粘结剂和助剂混合而成，其中Co的质量含量为56%， Cu的质量含量为4%，Si的质量含量为6%，Cr的质量含量为6% ，B的质量含量为6% ，W的质量含量为6%，余量为粘结剂和助剂按质量1：1混合均匀。

9.根据权利要求1-6中任一所述的一种高结合强度沉没辊轴套的制备方法，其特征在于：陶瓷表面金属化层的厚度为300微米，由Co、Si、Cu、Cr、W粉末、粘结剂和助剂混合而成，其中Co的质量含量为52%， Cu的质量含量为4%，Si的质量含量为6%，Cr的质量含量为6% ，W的质量含量为6%，余量为粘结剂和助剂按质量1：1混合均匀。

10.根据权利要求1-6中任一所述的一种高结合强度沉没辊轴套的制备方法，其特征在于：陶瓷表面金属化层的厚度为400微米，由Co、Si、Cu、Cr、B、W粉末、粘结剂和助剂混合而成，其中Co的质量含量为50%，Cu的质量含量为4%，Si的质量含量为6%，Cr的质量含量为6% ，B的质量含量为6% ，W的质量含量为6%，余量为粘结剂和助剂按质量1：1混合均匀。

11.根据权利要求1-6中任一所述的一种高结合强度沉没辊轴套的制备方法，其特征在于：陶瓷表面金属化层由Co、Si、Cu、Cr、B、W粉末、粘结剂和助剂混合而成，其中Co的质量含量在56%，Cu的质量含量为4%，Si的质量含量为6%，Cr的质量含量为6% ，B的质量含量为6% ，W的质量含量为6%，余量为粘结剂和助剂按质量1：1混合均匀。