CN104060147B - 耐腐蚀涂层及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀涂层，其特征在于，由耐腐蚀喷涂用粉末经喷涂工艺制得，包覆在基体表面。本发明提供的耐腐蚀涂层，具有耐锌液、铝液及锌铝合金熔液腐蚀，尤其具有耐温度高达870℃的锌液、铝液及锌铝合金熔液腐蚀的优异性能。

Description

耐腐蚀涂层及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐腐蚀涂层及其制备方法。特别涉及耐锌液、铝液及锌铝液合金熔液腐蚀的涂层以及该种涂层的制备方法。

背景技术

目前世界上防腐蚀钢铁制品大多都要进行热镀锌或热镀铝。热镀锌或热镀铝已经成为钢铁防腐蚀方面应用最基本、最广泛的方法，被广泛应用于生产钢板、钢带、钢丝、钢管、钢网及五金零件。经热镀锌或热镀铝的工件，其寿命可以提高11～28倍。

在热镀锌或热镀铝生产线中,锌液、锌铝合金溶液的温度通常达到620℃，热镀铝锅中铝液的温度通常达到760℃。锌液或铝液对锌锅或铝锅中各部件(如轴承、沉没辊、导向辊、支撑辊)都具有强烈的腐蚀性。另外，由于锌液或铝液对部件的腐蚀，产品(如带钢)对部件的磨损，锌锅或铝锅中会产生坚硬的金属间化合物颗粒，降低了各部件的使用寿命，一般的钢带镀锌或铝线的维修周期平均为两个星期。同时由于腐蚀形成的产物(Fe₂Zn系金属间化合物)沉积在熔融的锌中，也会破坏镀层的表面，影响产品的质量。这种定期和不定期的停产维修造成的损失是非常严重的。若能抑制腐蚀的发生和减少腐蚀产物的形成，将会降低停产时间、提高镀层质量、降低维修和更换零件的成本、节约能源、改善生产环境。随着镀锌技术的发展，高铝锌合金镀层已成为国内镀锌技术发展的方向。而高铝锌液相对于传统的铝锌液而言，温度更高，具有更强的腐蚀性，传统使用的WC热喷涂涂层已经不能有效抵御高温锌铝溶液的侵蚀，涂层的使用寿命大大降低。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种耐腐蚀喷涂用粉末。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

耐腐蚀喷涂用粉末，其特征在于，包括碳化物和金属单质；所述碳化物包括TiC和WC，还包括TaC、NbC中的一种或两种；所述金属单质包括Co、Ni和Cr；所述碳化物的重量占所述耐腐蚀喷涂用粉末总重量的53％～74％，其余为金属单质。

优选地是，Cr的重量占所述耐腐蚀喷涂用粉末总重量的6％～12％；Co和Ni的总重量占所述耐腐蚀喷涂用粉末总重量的20％～35％；WC的重量占所述耐腐蚀喷涂用粉末总重量的6％～12％；TaC和NbC的总重量占喷涂粉总重量的5％～10％；其余为TiC。

优选地是，耐锌液、铝液及锌铝合金熔液的腐蚀。

本发明的另一个目的是提供一种耐腐蚀喷涂用粉末的制备方法。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

耐腐蚀喷涂用粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.向TiC和WC中加入TaC和NbC中的一种或两种，均匀混合后装入石墨容器密封；将石墨容器放入真空烧结炉内，调节压力至20～40MPa，以40～80℃/min的速率升温至1600～1800℃，保温1～4小时，制成陶瓷块；上述过程中，TiC和WC会生产WTiC₂复合相，该复合相具有高硬度、高抗氧化性能。TaC和NbC均能够加强TiC的抗氧化性和高温耐磨性。

b.将陶瓷块破碎、球磨，制得陶瓷颗粒；

c.将陶瓷颗粒与Co金属颗粒、Ni金属颗粒、Cr金属颗粒均匀混合，加入粘结剂制成浆料；粘结剂为行业内常用的粘接材料。通过喷雾法造粒后，烧结、等离子球化、分筛得到耐腐蚀喷涂用粉末。步骤a中生成的WTiC₂复合相，可改善Co、Ni对碳化物的润湿性，使碳化物和金属单质能过充分接触，紧密结合。

优选地是，所述步骤a中，TiC、WC、TaC或NbC的粒径为1～2μm。

优选地是，所述步骤b中，制得的陶瓷颗粒的粒径为1～3μm。

优选地是，所述步骤c中，Co金属颗粒、Ni金属颗粒或Cr金属颗粒的粒径为1～5μm。

优选地是，Cr的重量占所述耐腐蚀喷涂用粉末总重量的6％～12％；Co和Ni的总重量占所述耐腐蚀喷涂用粉末总重量的20％～35％；WC的重量占所述耐腐蚀喷涂用粉末总重量的6％～12％；TaC和NbC的总重量占喷涂粉总重量的5％～10％；其余为TiC。

优选地是，制得的耐腐蚀喷涂用粉末耐锌液、铝液及锌铝合金熔液的腐蚀。

本发明的另一个目的是提供一种耐腐蚀涂层。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

耐腐蚀涂层，其特征在于，由上述耐腐蚀喷涂用粉末经喷涂工艺制得，包覆在基体表面。

优选地是，耐锌液、铝液及锌铝合金熔液的腐蚀。

本发明的另一个目的是提供一种耐腐蚀涂层的制备方法。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

耐腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，采用喷涂设备将上述耐腐蚀喷涂用粉末熔解后喷射至基体表面，形成包覆在基体表面的耐腐蚀涂层。

优选地是，制得的耐腐蚀涂层耐锌液、铝液及锌铝合金熔液的腐蚀。

本发明的另一个目的是提供一种耐腐蚀辊。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

耐腐蚀辊，其特征在于，包括基体和包覆在基体表面的耐腐蚀涂层；所述耐腐蚀涂层由上述耐腐蚀喷涂用粉末经喷涂工艺制得。

优选地是，耐锌液、铝液及锌铝合金熔液的腐蚀。

本发明的另一个目的是提供一种耐腐蚀辊的制备方法。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

耐腐蚀辊的制备方法，其特征在于，采用喷涂设备将上述耐腐蚀喷涂用粉末熔融后喷射至辊面，形成耐腐蚀辊。

优选地是，制得的耐腐蚀辊耐锌液、铝液及锌铝合金熔液的腐蚀。

本发明提供的耐腐蚀喷涂用粉末，组分分布均匀，且具有很高的球形度。由该粉末经喷涂工艺制得的耐腐蚀涂层，具有耐锌液、铝液及锌铝合金熔液腐蚀，尤其具有耐温度高达870℃的锌液、铝液及锌铝合金熔液腐蚀的优异性能。有效避免锌、铝及其合金熔液腐蚀辊体，延长了辊体的使用寿命，降低停产时间、降低维修和更换零件的成本、节约能源。同时可减少或避免腐蚀产物-金属间化合物的产生，有效改善镀层的表面质量，提高钢板品质。由本发明提供的耐腐蚀喷涂用粉末制得的耐腐蚀涂层，还具有很好的耐锌液、铝液及锌铝合金熔液粘附，耐金属腐蚀，抗氧化，抗热冲击、耐高温等性能。

经试验证明，耐腐蚀喷涂用粉末的Co和Ni的总重量占耐腐蚀喷涂用粉末总重量的20％～35％，由其制得的耐腐蚀涂层的耐磨性，耐锌液、铝液及锌铝合金熔液腐蚀，耐锌液、铝液及锌铝合金熔液粘附，抗热冲击性能最优。且耐腐蚀涂层制备过程中，粉末沉积效率高。Co和Ni的重量百分比含量过高，会降低涂层的耐磨性，耐锌液、铝液及锌铝合金熔液腐蚀，耐锌液、铝液及锌铝合金熔液粘附性能。Co和Ni的重量百分比含量过低，会降低涂层的抗热冲击性能，减慢涂层制备过程中粉末沉积效率。

耐腐蚀喷涂用粉末的Cr的总重量占耐腐蚀喷涂用粉末总重量的6％～12％，由其制得的耐腐蚀涂层的耐金属腐蚀，耐锌液、铝液及锌铝合金熔液腐蚀，耐锌液、铝液及锌铝合金熔液粘附，抗氧化性能最优。Cr的重量百分比含量过高，会降低涂层的耐金属腐蚀，耐锌液、铝液及锌铝合金熔液腐蚀，耐锌液、铝液及锌铝合金熔液粘附性能。Cr的重量百分比含量过低，会降低涂层的抗氧化性能。

本发明提供的耐腐蚀喷涂用粉末的制备方法，工艺简单，制得的耐腐蚀喷涂用粉末组分分别均匀，球形度高。造粒后烧结、球化可大大提高粉末性能。

本发明提供的耐腐蚀涂层的制备方法，工艺简单。可在传统辊面完成喷涂，无需更换辊，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。

包覆有本发明提供的耐腐蚀涂层的耐腐蚀辊，可广泛应用于热镀锌或热镀铝生产线中,作为沉没辊、导向辊或支撑辊使用，具有良好的腐蚀性。且辊面的耐腐蚀层具有良好的抗热震性能，不易开裂或脱离，使用寿命长，生产的镀锌、铝钢板等品质较高。

附图说明

图1为本发明中的耐腐蚀辊正视图；

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，为耐腐蚀辊1。耐腐蚀辊1包括基体11和包覆基体表面的耐腐蚀涂层12。基体11即为传统的沉没辊。采用热喷枪将耐腐蚀喷涂用粉末熔融后喷射至基体11的表面，形成耐腐蚀涂层12，制得包覆有耐腐蚀涂层12的耐腐蚀辊1。各实施例中耐腐蚀喷涂用粉末的组分重量百分比含量如表一所示：

表一

耐腐蚀喷涂用粉末的制备方法如下：

a.按照表二中的重量份配比，向TiC和WC中加入TaC和NbC中的一种或两种，均匀混合后装入石墨容器密封。TiC、WC、TaC或NbC的粒径为1～2μm。将石墨容器放入真空烧结炉内，调节压力至lMPa，以m℃/min的速率升温至n℃，保温p小时，制成陶瓷块。l、m、n、p的具体数值如表三所示。

b.将陶瓷块破碎、球磨，制得陶瓷颗粒。制得的陶瓷颗粒的粒径为1～3μm。

c.按表二中的重量份配比，向陶瓷颗粒中加入粒径为1～5μm的Co金属颗粒、Ni金属颗粒和Cr金属颗粒，并均匀混合，加入粘结剂制成浆料。通过喷雾法造粒后，烧结、等离子球化、分筛得到耐腐蚀喷涂用粉末。耐腐蚀喷涂用粉末的组分重量百分比含量如表一所示。

表二

表三

各实施例中的耐腐蚀辊的技术参数如表四所示：

表四

表格四中的数据采用如下方法得到：

断裂韧性：采用压痕法进行测试，测试加载力为10kg，加载时间为15s，在显微镜下观察并测量裂纹长度和Vickers(维氏)对角线，通过以下的Palmqvist几何公式进行计算断裂韧性(或断裂强度)K_IC，

$K_{\mathrm{IC}}=0.0193\left(H_{v}D\right){\left(\frac{E}{H_v}\right)}^{2/5}{\left(a\right)}^{-1/2},$

式中，Hv是维氏硬度，E是杨氏模量，D是维氏压痕的半对角线，a是压痕断裂长度。每个试样至少打了五个点，采用超声波技术测量涂层的杨氏模量。

显微硬度：使用显微硬度仪测量，加载力为300g，加载时间20s，测量涂层的显微硬度。

耐磨损率：使用摩擦磨损试验机，转速200rpm，实验压力30N，测试行程200m，称重后计算涂层单位压力单位行程的磨损体积，用于衡量涂层的耐磨损性能。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。

氧化增重：将四面均涂覆有耐腐蚀涂层的试块放入热处理炉中，加热至800℃下保温24h，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。

热冲击性能：将带涂层试片加热到900℃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。

耐铝液粘附性及耐铝液腐蚀性：取数支包裹耐腐蚀涂层的试验棒，分两组，其中一组整体浸入850℃的高温铝液中，搅动320小时后取出；另一组整体浸入870℃的高温铝液中，搅动320小时后取出。冷却后观察两组涂层表面铝薄膜的附着量。涂层表面铝薄膜附着量越少，涂层的耐铝液粘附性越强。涂层耐铝液粘附性能由高到低分为优、良、一般、差。涂层表面无铝薄膜附着为优。再将铝薄膜从试验棒上剥离，观察涂层的脱落情况。试验棒表面的涂层脱落的面积越小，涂层耐铝液腐蚀性越强。涂层耐铝液腐蚀性能由高到低分为优、良、一般、差。铝薄膜剥离后，涂层无脱落为优。

耐锌液粘附性及耐锌液腐蚀性：取数支包裹耐腐蚀涂层的试验棒，分两组，其中一组整体浸入850℃的高温锌液中，搅动320小时后取出；另一组整体浸入870℃的高温锌液中，搅动320小时后取出。冷却后观察两组涂层表面锌薄膜的附着量。涂层表面锌薄膜附着量越少，涂层的耐锌液粘附性越强。涂层耐锌液粘附性能由高到低分为优、良、一般、差。涂层表面无锌薄膜附着为优。再将锌薄膜从试验棒上剥离，观察涂层的脱落情况。试验棒表面的涂层脱落的面积越小，涂层耐锌液腐蚀性越强。涂层耐锌液腐蚀性能由高到低分为优、良、一般、差。锌薄膜剥离后，涂层无脱落为优。

耐锌铝合金熔液粘附性及耐锌铝合金熔液腐蚀性：取数支包裹耐腐蚀涂层的试验棒，分两组，其中一组整体浸入850℃的高温锌铝合金熔液中，搅动320小时后取出；另一组整体浸入870℃的高温锌铝合金熔液中，搅动320小时后取出。冷却后观察两组涂层表面锌铝合金薄膜的附着量。涂层表面锌铝合金薄膜附着量越少，涂层的耐锌铝合金熔液粘附性越强。涂层耐锌铝合金熔液粘附性能由高到低分为优、良、一般、差。涂层表面无锌铝合金薄膜附着为优。再将锌铝合金薄膜从试验棒上剥离，观察涂层的脱落情况。试验棒表面的涂层脱落的面积越小，涂层耐锌铝合金熔液腐蚀性越强。涂层耐锌铝合金熔液腐蚀性能由高到低分为优、良、一般、差。锌铝合金薄膜剥离后，涂层无脱落为优。

结合强度：将耐腐蚀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。

由表四可知，涂覆有耐腐蚀涂层的耐腐蚀辊，较无涂层包覆的辊轮和包覆WC涂层的辊轮，耐铝液、锌液、锌铝合金熔液的粘接性、耐铝液、锌液、锌铝合金熔液的腐蚀性、大大提高。同时，较包覆WC涂层的辊轮，断裂韧性、显微硬度、耐磨损率、抗氧化性能、热冲击性能、与基体的结合强度都大大提高。

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 (5)

1.耐腐蚀涂层，其特征在于，由耐腐蚀喷涂用粉末经喷涂工艺制得，包覆在基体表面；所述耐腐蚀喷涂用粉末包括碳化物和金属单质；所述碳化物包括TiC和WC，还包括TaC、NbC中的一种或两种；所述金属单质包括Co、Ni和Cr；所述碳化物的重量占所述耐腐蚀喷涂用粉末总重量的53％～74％，其余为金属单质；Cr的重量占所述耐腐蚀喷涂用粉末总重量的6％～12％；Co和Ni的总重量占所述耐腐蚀喷涂用粉末总重量的20％～35％；WC的重量占所述耐腐蚀喷涂用粉末总重量的6％～12％；TaC和NbC的总重量占喷涂粉总重量的5％～10％；其余为TiC。

2.根据权利要求1所述的耐腐蚀涂层，其特征在于，耐锌液、铝液及锌铝合金熔液的腐蚀。

3.耐腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，采用喷涂设备将耐腐蚀喷涂用粉末熔解后喷射至基体表面，形成包覆在基体表面的耐腐蚀涂层；所述耐腐蚀喷涂用粉末包括碳化物和金属单质；所述碳化物包括TiC和WC，还包括TaC、NbC中的一种或两种；所述金属单质包括Co、Ni和Cr；所述碳化物的重量占所述耐腐蚀喷涂用粉末总重量的53％～74％，其余为金属单质；Cr的重量占所述耐腐蚀喷涂用粉末总重量的6％～12％；Co和Ni的总重量占所述耐腐蚀喷涂用粉末总重量的20％～35％；WC的重量占所述耐腐蚀喷涂用粉末总重量的6％～12％；TaC和NbC的总重量占喷涂粉总重量的5％～10％；其余为TiC。

4.根据权利要求3所述的耐腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，所述耐腐蚀喷涂用粉末的制备方法包括以下步骤：

a.向TiC和WC中加入TaC和NbC中的一种或两种，TiC、WC、TaC或NbC的粒径为1～2μm；均匀混合后装入石墨容器密封；将石墨容器放入真空烧结炉内，调节压力至20～40MPa，以40～80℃/min的速率升温至1600～1800℃，保温1～4小时，制成陶瓷块；

b.将陶瓷块破碎、球磨，制得陶瓷颗粒；陶瓷颗粒的粒径为1～3μm；

c.将陶瓷颗粒与Co金属颗粒、Ni金属颗粒、Cr金属颗粒均匀混合，Co金属颗粒、Ni金属颗粒或Cr金属颗粒的粒径为1～5μm；加入粘结剂制成浆料；通过喷雾法造粒后，烧结、等离子球化、分筛得到耐腐蚀喷涂用粉末。

5.根据权利要求3所述的耐腐蚀涂层的制备方法，其特征在于，制得的耐腐蚀涂层耐锌液、铝液及锌铝合金熔液的腐蚀。