CN103572287A - 耐磨损、抗粘结工艺辊表面复合层的制备方法 - Google Patents

耐磨损、抗粘结工艺辊表面复合层的制备方法 Download PDF

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唐慧
谭兴海
陈雄伟
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Abstract

本发明公开了一种耐磨损、抗粘结工艺辊表面复合层的制备方法，即首先对工艺辊基体表面进行洁净及活化预处理；采用超音速等喷涂装置在工艺辊基体表面制备热喷涂金属陶瓷涂层，该涂层厚度为0.05-0.30mm；对金属陶瓷涂层进行洁净及活化预处理；随后采用化学镀制备Ni-P镀层，并控制镀层中镍含量为88-92％、磷含量为8-12％，Ni-P镀层厚度为0.01-0.03mm。本方法保留了工艺辊热喷涂涂层各项优良的综合性能，同时提高了抗粘结性能，提高了工艺辊的实际使用寿命，保证了带钢产品的质量。

Description

耐磨损、抗粘结工艺辊表面复合层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐磨损、抗粘结工艺辊表面复合层的制备方法。
背景技术
带钢冷轧连续生产线上的工艺辊直接与带钢接触，因此其表面的性能是确保产品质量的重要因素，一般多采用电镀硬铬的方法来提高其表面的耐磨性能，但电镀工艺存在高价铬废液环保处理问题，同时随着钢铁生产工艺向高速、高效方向的发展，镀铬工艺辊的实际使用寿命也满足不了实际使用需求。目前，随着技术的发展，采用热喷涂涂层替代电镀硬铬涂层不仅具有与电镀硬铬镀层相同甚至更高的性能，而且也没有其他替代电镀硬铬技术(物理气相沉积镀层PVD、化学气相沉积镀层CVD等)的高成本经济风险，其成本与电镀硬铬镀层相当，环保问题也能得到妥善解决。据此，在工艺辊表面推广使用热喷涂金属陶瓷涂层替代电镀硬铬镀层是一个发展趋势。热喷涂涂层的应用，使得工艺辊具有优良的耐磨性能、抗冲击性能，以及良好的粗糙度保持能力，从而具有较好的摩擦张力。但与此同时，也带来了一个缺点，由于连续使用寿命的延长，工艺辊表面粘附异物的累积增加，造成带钢表面形成辊印和异物压入，部分削弱了热喷涂涂层的优点，使得工艺辊使用寿命提高的幅度受到限制，并影响带钢产品的质量。
显而易见，热喷涂涂层替代电镀硬铬镀层应用于工艺辊表面的技术和方法，在抗粘附能力方面还需要作进一步的改进与提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种耐磨损、抗粘结工艺辊表面复合层的制备方法，利用本方法保留了工艺辊热喷涂涂层各项优良的综合性能，同时提高了抗粘结性能，提高了工艺辊的实际使用寿命，保证了带钢产品的质量。
为解决上述技术问题，本发明耐磨损、抗粘结工艺辊表面复合层的制备方法包括如下步骤：
步骤一、对工艺辊基体表面进行洁净及活化预处理，采用脱脂剂清洁干净基体表面，加热工艺辊清除基体表面残余油渍和水分，对基体表面进行喷砂毛化处理，达到表面粗糙度均匀，无反光；
步骤二、采用超音速喷涂装置、等离子喷涂装置或爆炸喷涂装置在工艺辊基体表面制备热喷涂金属陶瓷涂层，热喷涂金属陶瓷涂层厚度为0.05-0.30mm；
步骤三、对工艺辊基体表面的热喷涂金属陶瓷涂层表面洁净及活化预处理，采用脱脂剂清洁干净热喷涂金属陶瓷涂层表面，随后采用酸性敏化液进行活化处理，活化处理时间为5-10分钟；
步骤四、在工艺辊基体表面的热喷涂金属陶瓷涂层表面采用化学镀制备Ni-P镀层，并控制镀层中镍含量为88-92％、磷含量为8-12％，所述百分比为重量百分比，Ni-P镀层厚度为0.01-0.03mm。
进一步，工艺辊基体表面热喷涂金属陶瓷涂层的粉体材料为WC-M或Cr3C2-NiCr，粉体材料的粒度为15～53μm，其中M为Co、CoCr、NiCr或Ni中的一种，热喷涂的工艺参数为工艺辊喷涂在12rpm旋转状态下进行，喷枪扫描线速度为30m/min，热喷涂氧气流速为800-900升/分钟、煤油流速为0.23～0.28升/分钟、喷涂距离为300～400mm、供粉速度为58～98克/分钟。
进一步，工艺辊基体表面热喷涂金属陶瓷涂层活化处理的酸性敏化液为30% 的HCl+NiCl2和0.5%的胶体钯盐催化剂，上述为重量百分比。
进一步，化学镀制备Ni-P镀层的化学镀液组成为25～35g /l硫酸镍、20～30g/l次磷酸钠、5～15ppm氟碳型表面活化剂、2～5g/l丙酸类加速剂、10～15g/l乳酸和6～15g/l柠檬酸，化学镀时，镀液温度为80-98℃。
进一步，工艺辊在化学镀Ni-P镀层后进行热处理，热处理的工艺条件为工艺辊在250-450℃温度范围内保温0.5-5小时。    
由于本发明耐磨损、抗粘结工艺辊表面复合层的制备方法采用了上述技术方案，即首先对工艺辊基体表面进行洁净及活化预处理；采用超音速等喷涂装置在工艺辊基体表面制备热喷涂金属陶瓷涂层，该涂层厚度为0.05-0.30mm；对金属陶瓷涂层进行洁净及活化预处理；随后采用化学镀制备Ni-P镀层，并控制镀层中镍含量为88-92％、磷含量为8-12％，Ni-P镀层厚度为0.01-0.03mm。本方法保留了工艺辊热喷涂涂层各项优良的综合性能，同时提高了抗粘结性能，提高了工艺辊的实际使用寿命，保证了带钢产品的质量。
具体实施方式
本发明耐磨损、抗粘结工艺辊表面复合层的制备方法包括如下步骤：
步骤一、对工艺辊基体表面进行洁净及活化预处理，采用脱脂剂清洁干净基体表面，加热工艺辊清除基体表面残余油渍和水分，对基体表面进行喷砂毛化处理，达到表面粗糙度均匀，无反光；
步骤二、采用超音速喷涂装置、等离子喷涂装置或爆炸喷涂装置在工艺辊基体表面制备热喷涂金属陶瓷涂层，热喷涂金属陶瓷涂层厚度为0.05-0.30mm；
步骤三、对工艺辊基体表面的热喷涂金属陶瓷涂层表面洁净及活化预处理，采用脱脂剂清洁干净热喷涂金属陶瓷涂层表面，随后采用酸性敏化液进行活化处理，活化处理时间都要尽可能短，一般为5-10分钟；
步骤四、在工艺辊基体表面的热喷涂金属陶瓷涂层表面采用化学镀制备Ni-P镀层，并控制镀层中镍含量为88-92％、磷含量为8-12％，所述百分比为重量百分比，Ni-P镀层厚度为0.01-0.03mm。
进一步，工艺辊基体表面热喷涂金属陶瓷涂层的粉体材料为WC-M或Cr3C2-NiCr，粉体材料的粒度为15～53μm，其中M为Co、CoCr、NiCr或Ni中的一种，热喷涂的工艺参数为工艺辊喷涂在12rpm旋转状态下进行，喷枪扫描线速度为30m/min，热喷涂氧气流速为800-900升/分钟、煤油流速为0.23-0.28升/分钟、喷涂距离为300-400mm、供粉速度为58-98克/分钟。
进一步，工艺辊基体表面热喷涂金属陶瓷涂层活化处理的酸性敏化液为30% 的HCl+NiCl2和0.5%的胶体钯盐催化剂，上述为重量百分比。
进一步，化学镀制备Ni-P镀层的化学镀液组成为25～35g /l硫酸镍、20～30g/l次磷酸钠、5～15ppm氟碳型表面活化剂、2～5g/l丙酸类加速剂、10～15g/l乳酸和6～15g/l柠檬酸，化学镀时，镀液温度为80-98℃。
进一步，工艺辊在化学镀Ni-P镀层后进行热处理，热处理的工艺条件为工艺辊在250-450℃温度范围内保温0.5-5小时。工艺辊热处理后进一步提高了镀层的硬度。
采用本方法获得的工艺辊具有复合结构，基材表面为热喷涂工作涂层，热喷涂涂层表面为薄薄的化学镀层。即本方法首先在工艺辊表面热喷涂一定厚度的热喷涂层，从而使得工艺辊具备优良的耐磨性能、抗冲击性能，以及粗糙度保持能力，从而具有较好的摩擦张力；然后，在热喷涂涂层的外表面薄薄的化学镀一层Ni-P镀层。化学镀又称无电解镀，是利用自催化的氧化还原反应在催化表面沉积一层硬度高、耐磨性能优异、自润滑性能好的镀层。由于化学镀Ni－P镀层具有优异的耐腐蚀性以及不受镀件形状限制的特性，可以在形状复杂，内孔较多的工件上施镀，并且可以使表面微观结构中波谷镀层厚度大于波峰镀层厚度，圆化工艺辊表面的粗糙度峰谷值，获得均匀的呈光亮的优良表面镀层，具有自润滑性能，Ni－P镀层可明显改变析晶污垢在试样表面的附着能力。同时，试验表明通过调整化学镀的工艺可以得到磷含量不同、结构形态不同的镀层，根据含磷量可以得到非晶、微晶以及两者混合晶态的Ni－P镀层；试验研究表明，镀层的微观结构也影响到污垢的附着能力，具有非晶结构的镀层表现为与污垢的亲和能力最弱，随镀层中微晶及纳米晶的增加，抗垢能力表现为下降的趋势。通过优化Ni－P化学镀的工艺参数，在P含量为8～11％的合金镀层中获得的非晶镀层微观结构表现出较佳的抗垢性能，可有效地防止异物粘附，此特点尤为电镀工艺所不及。化学镀Ni－P镀层不宜太厚，否则一方面不利于发挥热喷涂涂层的优异性能，另一方面还会提高制造成本。
本方法充分发挥了热喷涂涂层的耐磨损性能与化学镀层的自润滑性能及抗垢性能的各自优势，达到优势互补，使得工艺辊表面复合层兼具优良的耐磨性能、抗冲击性能，以及粗糙度保持能力，从而具有较好的摩擦张力，与此同时还可提高工艺辊表面的抗粘附能力。满足工艺辊实际使用的长寿命化及综合性能要求。
经对工艺辊表面复合层试样进行显微硬度测试、落球冲击试验、摩擦磨损等性能检验，其冲击性能和耐磨性能与单纯热喷涂涂层相当；同时，中试试验表明工艺辊表面复合层比单独热喷涂涂层具有更好的抗粘附能力。本方法不仅可用于改善工艺辊表面的综合性能，还可用于其他需要表面硬化处理工件。

Claims (5)

1.一种耐磨损、抗粘结工艺辊表面复合层的制备方法，其特征在于本方法包括如下步骤：
步骤一、对工艺辊基体表面进行洁净及活化预处理，采用脱脂剂清洁干净基体表面，加热工艺辊清除基体表面残余油渍和水分，对基体表面进行喷砂毛化处理，达到表面粗糙度均匀，无反光；
步骤二、采用超音速喷涂装置、等离子喷涂装置或爆炸喷涂装置在工艺辊基体表面制备热喷涂金属陶瓷涂层，热喷涂金属陶瓷涂层厚度为0.05-0.30mm；
步骤三、对工艺辊基体表面的热喷涂金属陶瓷涂层表面洁净及活化预处理，采用脱脂剂清洁干净热喷涂金属陶瓷涂层表面，随后采用酸性敏化液进行活化处理，活化处理时间为5～10分钟；
步骤四、在工艺辊基体表面的热喷涂金属陶瓷涂层表面采用化学镀制备Ni-P镀层，并控制镀层中镍含量为88-92％、磷含量为8-12％，所述百分比为重量百分比，Ni-P镀层厚度为0.01-0.03mm。
2.根据权利要求1所述的耐磨损、抗粘结工艺辊表面复合层的制备方法，其特征在于：工艺辊基体表面热喷涂金属陶瓷涂层的粉体材料为WC-M或Cr3C2-NiCr，粉体材料的粒度为15～53μm，其中M为Co、CoCr、NiCr或Ni中的一种，热喷涂的工艺参数为工艺辊喷涂在12rpm旋转状态下进行，喷枪扫描线速度为30m/min，热喷涂氧气流速为800-900升/分钟、煤油流速为0.23-0.28升/分钟、喷涂距离为300-400mm、供粉速度为58-98克/分钟。
3.根据权利要求1或2所述的耐磨损、抗粘结工艺辊表面复合层的制备方法，其特征在于：工艺辊基体表面热喷涂金属陶瓷涂层活化处理的酸性敏化液为30%的HCl+NiCl2和0.5%的胶体钯盐催化剂，上述为重量百分比。
4.根据权利要求1或2所述的耐磨损、抗粘结工艺辊表面复合层的制备方法，其特征在于：化学镀制备Ni-P镀层的化学镀液组成为25～35g /l硫酸镍、20～30g/l次磷酸钠、5～15ppm氟碳型表面活化剂、2～5g/l丙酸类加速剂、10～15g/l乳酸和6～15g/l柠檬酸，化学镀时，镀液温度为80-98℃。
5.根据权利要求1所述的耐磨损、抗粘结工艺辊表面复合层的制备方法，其特征在于：工艺辊在化学镀Ni-P镀层后进行热处理，热处理的工艺条件为工艺辊在250-450℃温度范围内保温0.5-5小时。
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