CN103911580A - 一种滑块及其钴基高温合金涂层的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种滑块钴基高温合金涂层的制备方法，包括如下步骤：将滑块安置在喷焊设备的工作台上；开启喷焊设备在喷头与滑块表面之间形成高温等离子火焰；把Co基高温合金粉末输送到喷头并喷射到滑块表面；所述粉末在等离子高温火焰作用下形成钴基合金涂层，并与镍基滑块表面融合形成牢固的金属结合。采用这种方法在较廉价的镍基合金滑块表面制备合适厚度（3～5mm）的钴基高温合金涂层，以较低的成本提高普通镍基合金滑块高温性能，解决滑块积瘤、高温烧损和使用寿命低的问题，同时喷焊效率高，易于实现工业生产。

Description

一种滑块及其钴基高温合金涂层的制备方法

技术领域

本发明涉及钢坯加热炉领域，具体涉及一种滑块及其钴基高温合金涂层的制备方法。

背景技术

目前，国内加热炉滑块普遍采用镍基高温合金或奥氏体耐热钢。在高温使用过程中，该类滑块存在着表面易积瘤问题，从而造成被加热钢坯下表面划伤，影响产品表面质量。同时，镍基高温合金滑块高温烧损严重，特别是加热炉边缘滑块因受热温度高，侧面坍塌严重，使用寿命低。

德国、日本等钢铁工业发达国家加热炉滑块采用Co基高温合金铸造。例如高温段滑块采用UMCo50合金，中温段采用KHR20合金。与Ni基高温合金或奥氏体耐热钢滑块相比，Co基高温合金滑块抗积瘤、耐烧损、高温强度大、耐磨性高，使用寿命长。但是，Co基高温合金滑块非常昂贵，一次性投资大。

目前已有专利（03112193.4）公开了“工作面熔覆60钴合金层的加热炉滑块及其激光熔覆工艺”：采用CO2激光器，在耐热钢2520制作的滑块工作面上熔覆60钴合金粉末，形成60钴合金层。主要技术概要：以2520耐热钢滑块为基体，清除工作面油污，涂刷磷化锌对表面进行黑化处理，对滑块进行预热处理，在由CO2激光器、机床、数控设备组成的处理设备中，在激光的作用下把60钴合金粉末熔覆在工作面上。该发明的效果是大幅度提高了耐热钢工作面的硬度和耐磨性能。但是其缺点是工艺较为繁琐，熔覆层较薄（1mm左右），熔覆效率低，成本较高，难于实现工业应用。等离子喷焊的基础及应用研究较多，但尚未见到与本发明内容一致的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滑块及其钴基高温合金涂层的制备方法，在较廉价的镍基合金滑块表面制备合适厚度（3～5mm）的钴基高温合金涂层，以较低的成本提高普通镍基合金滑块高温性能，解决滑块积瘤、高温烧损和使用寿命低的问题。

具体技术方案如下：

一种滑块钴基高温合金涂层的制备方法，包括如下步骤：

（1）将滑块安置在喷焊设备的工作台上；

（2）开启喷焊设备在喷头与滑块表面之间形成高温等离子火焰；

（3）把Co基高温合金粉末输送到喷头并喷射到滑块表面；

（4）所述粉末在等离子高温火焰作用下形成钴基合金涂层，并与镍基滑块表面融合形成牢固的金属结合。

进一步地，步骤（1）和（2）之间还包括如下步骤：选择钴基合金粉加入喷焊设备的储料盒；和/或，根据滑块的尺寸调整等离子喷头的摆幅、行程以及喷头与滑块表面的距离。

进一步地，步骤（3）中以惰性气体氩气为介质把储存盒中的Co基高温合金粉末输送到喷头并喷射到滑块表面。

进一步地，还包括步骤（5）打磨加工并制成滑块。

进一步地，所述喷焊设备为等离子喷焊机组。

进一步地，所述合金粉末为含Co量大于60%的钴基高温合金粉，和/或，其粒度为200～400目。

进一步地，步骤（3）中通过控制送粉量控制喷焊层厚度。

进一步地，喷焊层厚度为滑块上表面3～5mm，侧面1～2mm。

进一步地，喷焊前对基体进行预热处理，预热温度300～500℃，喷焊后进行退火、缓冷处理。

一种滑块，其为一种加热炉用镍基合金滑块，采用上述方法制备得到。

与目前现有技术相比，采用这种方法在较廉价的镍基合金滑块表面制备合适厚度（3～5mm）的钴基高温合金涂层，以较低的成本提高普通镍基合金滑块高温性能，解决滑块积瘤、高温烧损和使用寿命低的问题，同时喷焊效率高，易于实现工业生产。

具体来说：采用本发明在镍基滑块表面制备钴基高温合金涂层，工艺较简单，效率高，涂层与基体融为一体、结合力强，涂层致密，涂层厚度可调，涂层成分、性能可调。与激光熔覆工艺相比涂层制备速度提高十倍以上，因此涂层制备成本大幅度降低，涂层最大厚度增加3-5倍，达到3-5毫米，单道宽度达40mm，更适应加热炉滑块的工况要求。按照本发明在镍基滑块表面喷焊钴基合金制成的复合滑块具有与Co基高温合金铸造滑块一样优良的高温使用性能：高温强度大、耐磨性好、耐烧损、抗积瘤，而制造成本不到Co基高温合金铸造滑块的一半。与目前加热炉普遍使用的镍基滑块相比，使用寿命成倍提高，可达到2年以上。并且滑块表面不积瘤，因而不会造成钢坯下表面划伤，提高了产品表面质量。

附图说明

图1为本发明涂层示意图

具体实施方式

下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。

采用等离子粉末喷焊技术，在镍基合金滑块表面制备钴基高温合金涂层，使滑块表面拥有与Co基高温合金铸造滑块一样优良的高温性能。其技术要点是：1)喷焊设备采用等离子喷焊机组。2)喷焊所用合金粉末为含Co量大于60%的钴基高温合金粉，其粒度为200～400目。3）为了防止喷焊过程氧化，采用惰性气体氩气作为合金粉输送和喷焊保护气体。4)通过控制送粉量控制喷焊层厚度。喷焊层厚度控制：滑块上表面（钢坯支撑面）3～5mm；侧面1～2mm。具体制备工艺是：将镍基合金滑块安置在等离子喷焊机的工作台上，选择钴基合金粉加入等离子喷焊机的储料盒，根据滑块的尺寸调整等离子喷头的摆幅、行程以及喷头与滑块表面的距离，开启等离子喷焊机在喷头与滑块表面之间形成高温等离子火焰，同时，以惰性气体氩气为介质把储存盒中的Co基高温合金粉末输送到喷头并喷射到滑块表面，在等离子高温火焰作用下形成钴基合金涂层，并与镍基滑块表面融合形成牢固的金属结合。再经过打磨加工即制成了高性能的滑块。

所选用的Co基合金粉末材料见表1。

表1试验材料的化学成分（质量分数，%）

C

Cr

Si

Fe

Mo

Ni

Co

0.20～1.0

25～29

0.8～1.2

1.0～1.5

4～6

1～5

余量（60）

由于滑块的使用温度很高（约1300℃），国内生产的Co基合金粉末通常含有较多的硼（B）元素，虽提高其造渣性能，但B元素却大幅度降低合金的熔点，故选用国外不含硼元素的Co基合金合金粉末。

采用PTA400E型等离子堆焊机进行等离子喷焊，喷焊工艺参数如表2所示。

表2等离子堆焊工艺参数

为避免裂纹的出现，喷焊前对基体进行预热处理，预热温度300～500℃，喷焊后进行退火、缓冷处理。表面喷焊层厚度约3.5mm，侧面喷焊层厚度约1.5mm，单道宽度约30mm；多道搭接，表面与侧面采用圆弧过渡；

采用上述方法制备钴基合金涂层，制做速度快，表面平整，高温强度高，耐磨性能好，抗高温烧损，抗高温积瘤，使用寿命长。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种滑块钴基高温合金涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将滑块安置在喷焊设备的工作台上；

（2）开启喷焊设备在喷头与滑块表面之间形成高温等离子火焰；

（3）把Co基高温合金粉末输送到喷头并喷射到滑块表面；

（4）所述粉末在等离子高温火焰作用下形成钴基合金涂层，并与镍基滑块表面融合形成牢固的金属结合。

2.如权利要求1所述的滑块钴基高温合金涂层的制备方法，其特征在于，步骤（1）和（2）之间还包括如下步骤：

选择钴基合金粉加入喷焊设备的储料盒；

和/或，

根据滑块的尺寸调整等离子喷头的摆幅、行程以及喷头与滑块表面的距离。

3.如权利要求1或2所述的滑块钴基高温合金涂层的制备方法，其特征在于，步骤（3）中以惰性气体氩气为介质把储存盒中的Co基高温合金粉末输送到喷头并喷射到滑块表面。

4.如权利要求1-3中任一项所述的滑块钴基高温合金涂层的制备方法，其特征在于，还包括步骤（5）打磨加工并制成滑块。

5.如权利要求1-4中任一项所述的滑块钴基高温合金涂层的制备方法，其特征在于，所述喷焊设备为等离子喷焊机组。

6.如权利要求1-5中任一项所述的滑块钴基高温合金涂层的制备方法，其特征在于，所述合金粉末为含Co量大于60%的钴基高温合金粉，和/或，其粒度为200～400目。

7.如权利要求1-6中任一项所述的滑块钴基高温合金涂层的制备方法，其特征在于，步骤（3）中通过控制送粉量控制喷焊层厚度。

8.如权利要求1-7中任一项所述的滑块钴基高温合金涂层的制备方法，其特征在于，喷焊层厚度为滑块上表面3～5mm，侧面1～2mm。

9.如权利要求1-8中任一项所述的滑块钴基高温合金涂层的制备方法，其特征在于，喷焊前对基体进行预热处理，预热温度300～500℃，喷焊后进行退火、缓冷处理。

10.一种滑块，其特征在于，其为一种加热炉用镍基合金滑块，采用权利要求1-9所述方法制备得到。