CN104044304A

CN104044304A - 抗结瘤复合涂层

Info

Publication number: CN104044304A
Application number: CN201410281093.XA
Authority: CN
Inventors: 张幸; 王建康
Original assignee: SHANGHAI JUNSHAN SURFACE TECHNOLOGY ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI JUNSHAN SURFACE TECHNOLOGY ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2014-06-21
Filing date: 2014-06-21
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2034-06-21
Also published as: CN104044304B

Abstract

本发明公开了一种抗结瘤复合涂层，其特征在于，抗结瘤复合涂层包括至少三层子涂层，分别为包覆在基体表面的合金层、包覆在合金层表面的第一金属陶瓷层和包覆在第一金属陶瓷层表面的第二金属陶瓷层。本发明提供的抗结瘤复合涂层，具有耐磨损、抗高温、抗氧化、抗热震、抗结瘤等性能，大大提高采用喷涂有该涂层的炉辊制造的钢板的质量。

Description

抗结瘤复合涂层

技术领域

本发明涉及一种抗结瘤复合涂层。

背景技术

近年来，随着中国经济的快速发展，我们正面临着由高耗能、高成本、低附加值的产品，向着低耗能、低成本、高附加值产品的转型和升级。其中伴随生活水平的提高，中国的汽车需求量大幅度的增加，高中级轿车相继在华建立生产基地，对高端汽车板的需求也越来越大，使得高端冷轧钢板成为制造汽车板的主要原材料。这对钢板的生产设备提出了更高的要求。

炉辊作为钢板连续退火炉的核心部件，处于高温、高速、还原性气氛的严酷工作环境中，能否正常运转工作将直接决定钢板的性能和质量。炉辊在工作中高速旋转，带动钢板在炉内快速移动，这要求炉辊具有良好的摩擦系数，适当的粗糙度，为钢带提供充足的摩擦力。同时，由于钢带与辊体的不断接触，也要求辊体具有良好的耐磨损性能。在钢带加工过程中，要保持相当高的温度(最高温度可达1000℃以上)，这要求炉辊具备优良的抗高温、抗氧化的性能。炉辊由于在炉内长时间暴露，虽然有气体保护，但出现氧化的可能性还是比较大的，炉辊表面被氧化后，表面粗糙度也会随之发生变化，对制造出高品质钢板十分不利。由于工作中要充入适量的还原性气体，这会使钢带表面的氧化铁或氧化锰等被还原成铁、锰等金属，而铁、锰与炉辊材料(多为耐热不锈钢)具有很强的亲和性、互溶性，容易黏附在辊面上形成积瘤，难以手工去除，必须借助工具如锉刀，耗时耗力。而且随着炉辊工作温度升高，结瘤和磨损也随之加大，炉辊与钢板之间的滑动也会促进结瘤生成。结瘤会使钢板滑移过辊面时会在钢板上留下凹坑、拉伤、划痕等缺陷，从而影响钢板质量。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种抗结瘤复合涂层。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

抗结瘤复合涂层，其特征在于，包括至少三层涂层，分别为包覆在基体表面的合金层、包覆在合金层表面的第一金属陶瓷层和包覆在第一金属陶瓷层表面的第二金属陶瓷层；所述合金层按照重量百分比含量由50％～65％的Co、18％～28％的Cr、6％～12％的Al、0.2％～2％的Y、6％～12％的Ta组成；所述第一金属陶瓷层按照重量百分比含量由10％～15％的Y₂O₃、48％～60％的Co、14％～26％的Cr、4％～10％的Al、0.2％～2％的Y、4％～10％的Ta组成；所述第二金属陶瓷层按照重量百分比含量由15％～20％的CrB₂、10％～15％的Y₂O₃、35％～50％的Co、10％～18％的Cr、4％～8％的Al、0.2％～2％的Y、4％～8％的Ta组成。

优选地是，所述基体为退火炉炉辊。

本发明的另一个目的是提供一种抗结瘤复合涂层的喷涂方法。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

抗结瘤复合涂层的喷涂方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.采用喷涂设备，将按照重量百分比含量由50％～65％的Co、18％～28％的Cr、6％～12％的Al、0.2％～2％的Y、6％～12％的Ta组成的合金粉末喷涂至基体表面，形成1～20μm的合金层；

b.采用喷涂设备，将按照重量百分比含量由10％～15％的Y₂O₃、48％～60％的Co、14％～26％的Cr、4％～10％的Al、0.2％～2％的Y、4％～10％的Ta组成的第一金属陶瓷粉末喷涂至合金层表面，形成10～30μm的第一金属陶瓷层；

c.采用喷涂设备，将按照重量百分比含量由15％～20％的CrB₂、10％～15％的Y₂O₃、35％～50％的Co、10％～18％的Cr、4％～8％的Al、0.2％～2％的Y、4％～8％的Ta组成的第二金属陶瓷粉末喷涂至第一金属陶瓷层表面，形成10～30μm的第二金属陶瓷层。

优选地是，所述基体为退火炉炉辊。

本发明的另一个目的是提供一种抗结瘤的复合结构辊。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

复合结构辊，其特征在于，包括基体及包覆在基体表面的抗结瘤复合涂层；抗结瘤复合涂层包括至少三层子涂层，分别为包覆在基体表面的合金层、包覆在合金层表面的第一金属陶瓷层和包覆在第一金属陶瓷层表面的第二金属陶瓷层；所述合金层按照重量百分比含量由50％～65％的Co、18％～28％的Cr、6％～12％的Al、0.2％～2％的Y、6％～12％的Ta组成；所述第一金属陶瓷层按照重量百分比含量由10％～15％的Y₂O₃、48％～60％的Co、14％～26％的Cr、4％～10％的Al、0.2％～2％的Y、4％～10％的Ta组成；所述第二金属陶瓷层按照重量百分比含量由15％～20％的CrB₂、10％～15％的Y₂O₃、35％～50％的Co、10％～18％的Cr、4％～8％的Al、0.2％～2％的Y、4％～8％的Ta组成。

优选地是，所述基体为退火炉炉辊。

本发明提供的抗结瘤复合涂层，具有耐磨损、抗高温、抗氧化、抗热震、抗结瘤等性能，大大提高采用喷涂有该涂层的炉辊制造的钢板的质量。另一方面，炉辊的使用寿命也有所延长，延长时间不低于原有寿命的1/3，从而降低了炉辊的使用成本。

本发明提供的抗结瘤复合涂层包括三层涂层，分别为包覆在基体表面的合金层、包覆在合金层表面的第一金属陶瓷层和包覆在金属陶瓷层表面的第二金属陶瓷层。较采用陶瓷材料直接包覆基体表面，大大提高了涂层与炉辊的结合力，有效避免涂层脱落，延长炉辊的使用寿命。

将合金层作为包覆基体表面的打底层，由于合金层与基体材料在热传导、热膨胀等性能上相匹配，使得涂层与基体之间具有良好的结合强度，确保基体(如炉辊)长时间的使用后涂层也无脱落，延长了炉辊的使用寿命，降低了炉辊的维护频率。

将第二金属陶瓷层作为面层，在合金内添加陶瓷材料，即保留了合金抗高温、抗氧化、抗热震、耐磨损、适当的粗糙度等优异性能，同时具有陶瓷材料起到的抗结瘤作用。特别地，B、Y元素的加入，使涂层表面形成完整致密的氧化膜，进一步提高涂层的抗高温、抗氧化、耐磨损性能，延长了炉辊的使用寿命，降低了炉辊的维护频率。更重要的是，陶瓷材料的加入，降低了涂层对金属的亲和性，延缓或阻止结瘤现象的发生，使涂层具有抗结瘤的优异性能，避免因炉辊表面结瘤导致钢板滑移过辊面时在钢板上留下凹坑、拉伤、划痕，大大提高喷涂有该涂层的炉辊制造的钢板的质量。

在第二金属陶瓷层和合金层之间设置一过度层，第一金属陶瓷层。第一金属陶瓷层中陶瓷材料含量低于第二金属陶瓷层中陶瓷材料含量。该过度层兼具合金层和第二金属层的性能，确保第二金属陶瓷层与合金层的粘接强度，防止第二金属陶瓷层脱落，延长了炉辊的使用寿命，降低了炉辊的维护频率，节约人力成本。

本发明提供的抗结瘤复合涂层的喷涂方法，工艺简单。可在传统炉辊表面完成喷涂，无需更换炉辊，降低了钢厂的加工制造成本。喷涂材料为粉末状，使涂层具有良好的厚度均匀性。

附图说明

图1为本发明中的复合结构辊正视图；

图2为图1的A-A剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的描述：

如图1和2所示，为复合结构辊1。复合结构辊1包括基体11和包覆基体表面的抗结瘤复合涂层12。基体11即为传统的退火炉炉辊。抗结瘤复合涂层12包括三层子涂层，分别为包覆在基体表面的合金层121、包覆在合金层121表面的第一金属陶瓷层122和包覆在第一金属陶瓷层122表面的第二金属陶瓷层123。各实施例中抗结瘤复合涂层12的合金层121的组分重量百分比含量如表一所示：

表一

各实施例中抗结瘤复合涂层12的第一金属陶瓷层122的组分重量百分比含量如表二所示：

表二

实施例

Y₂O₃

Co

Cr

Al

Y

Ta

1

15％

52％

18.4％

8.6％

0.5％

5.5％

2

10％

52％

20％

9.3％

0.7％

8％

3

11％

49.5％

18％

10％

1.5％

10％

4

14％

56％

16％

6％

1％

7％

5

12％

60％

14％

4％

0.2％

9.8％

6

13％

48％

26％

7％

2％

4％

7

12.3％

50％

24％

8％

1.2％

4.5％

8

14.5％

51.5％

22％

5.5％

0.5％

6％

9

11.8％

57％

15％

8％

1.2％

7％

10

10.6％

56.5％

18％

5.6％

0.8％

8.5％

各实施例中抗结瘤复合涂层12的第二金属陶瓷层122的组分重量百分比含量如表三所示：

表三

抗结瘤复合涂层12的喷涂方法如下：

a.采用喷涂设备，将合金粉末喷涂至基体表面，形成1～20μm的合金层；合金层各组分的重量百分比含量如表一所示。

b.采用喷涂设备，将第一金属陶瓷粉末喷涂至合金层表面，形成10～30μm的第一金属陶瓷层；第一金属陶瓷层各组分的重量百分比含量如表二所示。

c.采用喷涂设备，将第二金属陶瓷粉末喷涂至第一金属陶瓷层表面，形成10～30μm的第二金属陶瓷层；第二金属陶瓷层各组分的重量百分比含量如表三所示。完成对基体11的抗结瘤复合涂层的喷涂，制得复合结构辊1。

各实施例中的复合结构辊的技术参数如表四所示：

表四

表四中的数据采用如下方法得到：

1050℃、48小时氧化增重：将四面均涂覆有抗结瘤复合涂层的试块放入热处理炉中，加热到1050℃下保温48小时，取出冷却并称重，计算单位时间单位面积涂层的增重，用于衡量涂层的抗氧化性能。单位时间单位面积涂层的增重越少，抗氧化性能越强，反之越弱。

800℃高温耐磨损率：使用高温摩擦磨损试验机对抗结瘤复合涂层进行耐磨损试验，试验温度800℃，转速100rpm，试验压力15N，测试行程200m，称重后计算单位压力单位行程内涂层的磨损体积，用于衡量涂层的耐高温磨损性能。单位压力单位行程内涂层的磨损体积越少，耐高温磨损性能越高，反之越差。

室温至1200℃热冲击性能：将涂覆有抗结瘤复合涂层试片加热到1200℃保温20min，取出水淬处理后观察涂层剥落情况。重复加热水淬，直至涂层剥落面积超过涂层总面积的2％。通过使涂层剥落面积超过涂层总面积2％的加热水淬次数，衡量涂层的热冲击性能。加热水淬次数越多，热冲击性能越好，反之越差。

结合强度：将抗结瘤涂层喷涂在对偶件端面，端面面积为S。通过粘结剂粘接形成拉伸试样。采用万能力学试验机对上述对偶件进行拉伸试验，记录涂层脱落时的最大载荷F。取五次拉伸试验最大载荷的平均值F′，涂层结合强度即为F′/S。

抗结瘤性能：在高温1000℃环境下，在抗结瘤涂层表面放置锰铁粉，保温480小时后，观察涂层表面是否有积瘤产生。根据积瘤的数量、大小衡量涂层的抗结瘤性能。抗结瘤性能由高到低分为优、良、一般、差。积瘤数量为零为优。

由表四可知，涂覆有抗结瘤复合涂层的复合结构辊，较无涂层包覆的炉辊和直接包覆陶瓷材料的炉辊，抗结瘤性能大大提高。同时，较直接包覆陶瓷材料的炉辊，抗氧化性能、高温耐磨损率、热冲击性能、与基体的结合强度也大大提高。

实施例1-10制备的复合结构辊在冷轧厂的带钢连续退火炉内的使用寿命超过4年半，长于无抗结瘤复合涂层涂覆的炉辊不超过3年的使用寿命，且使用效果良好，无结瘤，生产的钢板合格率高。

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

1.抗结瘤复合涂层，其特征在于，包括至少三层子涂层，分别为包覆在基体表面的合金层、包覆在合金层表面的第一金属陶瓷层和包覆在第一金属陶瓷层表面的第二金属陶瓷层；所述合金层按照重量百分比含量由50％～65％的Co、18％～28％的Cr、6％～12％的Al、0.2％～2％的Y、6％～12％的Ta组成；所述第一金属陶瓷层按照重量百分比含量由10％～15％的Y₂O₃、48％～60％的Co、14％～26％的Cr、4％～10％的Al、0.2％～2％的Y、4％～10％的Ta组成；所述第二金属陶瓷层按照重量百分比含量由15％～20％的CrB₂、10％～15％的Y₂O₃、35％～50％的Co、10％～18％的Cr、4％～8％的Al、0.2％～2％的Y、4％～8％的Ta组成。

2.根据权利要求1所述的抗结瘤复合涂层，其特征在于，所述基体为退火炉炉辊。