CN106756742B - 一种用于金属轧辊表面强化涂层的电火花沉积方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于金属轧辊表面强化涂层的电火花沉积方法，方法为：对金属轧辊表面采用砂纸进行打磨，使用酒精清洗，并吹干；采用等离子涂覆设备将熔覆金属粉末熔覆在金属轧辊，使金属轧辊表面形成呈冶金结合状态的等离子熔覆涂层；对金属轧辊表面的等离子熔覆涂层进行磨削及抛光处理；在退火处理后的电极材料合金锭上切割得到圆柱形电极；对电极表面采用砂纸进行打磨，使用酒精清洗，并吹干；将电极安装在电火花沉积设备上，对金属轧辊进行沉积处理；将沉积后的金属轧辊投入电热炉中，在820‑850℃下保温8‑10h。本发明在金属轧辊表面形成了不会脱落的冶金结合状态的强化涂层，提高了金属轧辊的表面硬度及耐磨性能。

Description

一种用于金属轧辊表面强化涂层的电火花沉积方法
技术领域
本发明涉及电火花加工工艺技术领域，具体是一种用于金属轧辊表面强化涂层的电火花沉积方法。背景技术
在冶金钢铁行业，随着我国己成为世界上最大的制造业国家，而轧钢又是钢铁生产中的一个重要领域，轧辊是钢铁厂轧制钢板(钢带)或钢筋的重要工具，也是轧制生产中的主要消耗备件之一。轧辊的工作条件一般十分恶劣，它要承受十分复杂的交变载荷与冲击，以及急冷急热的工作条件，除要求它具有足够的强韧性外，还要求它具有较高的耐磨性、耐热性以及抗冲击性能。因此，提高轧辊表面的硬度，可以减少轧辊使用的磨损量，采用轧辊表面修复与强化技术来提高轧辊表面硬度，已成为延长轧辊寿命的一个主要发展方向和途径，这方面的研究应用已经取得了一些进展。
金属轧辊一般由球墨铸铁、高铬镍铸铁、优质碳素结构钢、合金结构钢经铸造或锻造而成，加工成型后直接安装使用或再经表面硬化处理后安装使用，用于轧辊表面强化的方法主要有激光表面淬火、表面中频淬火、电阻炉整体加热淬火、差温淬火、表面堆焊耐磨材料、表面热喷涂(包括火焰喷涂、等离子喷涂、电弧喷涂和超音速喷涂)耐磨耐热材料、激光熔覆合金层等。激光表面淬火硬化层且设备投资大、维护费用高；表面中频淬火、电阻炉整体加热淬火、差温淬火方法适用于碳素结构钢及合金结构钢，但淬火硬化层耐热性差，不能用于热轧；表面堆焊耐磨材料成本高，而且也存在表面加工困难的问题；表面热喷涂前处理一般采用喷砂，有环境污染，涂层加工困难，涂层与基体结合差，涂层易疲劳剥落；激光熔覆合金层所需要的大型激光器造价昂贵，激光熔覆束搭接处缺陷多，熔覆层后加工也较困难。因此，如何对金属轧辊表面进行处理，增强其耐磨性，防止脱落，延长使用寿命，是巫待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于金属轧辊表面强化涂层的电火花沉积方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于金属轧辊表面强化涂层的电火花沉积方法，步骤如下：
1）对金属轧辊表面依次采用220#、500#、1000#、1500#砂纸进行打磨；
2）使用酒精清洗打磨完毕后的金属轧辊的表面，并将清洗后的金属轧辊吹干；
3）配置熔覆合金粉末，该熔覆合金粉末由以下按照重量份的原料组成：Fe 65-70份、Ni 23-26份、Cr 18-22份、W 6-9份、Co 5-8份、Mo 1-3份、B 3.5-4.5份、Si 2.4-3.2份、C0.6-1.0份；
4）开启等离子涂覆设备，将等离子炬移动至金属轧辊上方，打开等离子炬保护气体氩气和电源起弧，对金属轧辊表面进行等离子束熔覆，在直流等离子束流的高温下，将熔覆金属粉末同步送入等离子炬的等离子束流中，使金属轧辊表面形成呈冶金结合状态的等离子熔覆涂层；
5）对金属轧辊表面的等离子熔覆涂层进行磨削及抛光处理；
6）制备电极材料合金锭，该电极材料合金锭由以下按照重量份的原料组成：W 32-35份、Ti 16-19份、Ni 6-9份、Nb 10-14份、Zr 2-4份；
7）对电极材料合金锭进行退火处理；
8）在退火处理后的电极材料合金锭上切割得到直径为6-8mm的圆柱形电极；
9）对电极表面依次采用220#、500#、1000#、1500#砂纸进行打磨；
10）使用酒精清洗打磨完毕后的电极的表面，并将清洗后的电极吹干；
11）将电极安装在DZS-4000型电火花沉积设备上，在氩气的保护氛围下，对金属轧辊进行沉积处理，首先在输出功率为3200W下，比沉积时间为4min/cm2，然后在输出功率为1500W下，比沉积时间为2min/cm2；
12）将沉积后的金属轧辊投入电热炉中，在820-850℃下保温8-10h，随炉冷却，即可。
作为本发明进一步的方案：所述熔覆合金粉末由以下按照重量份的原料组成：Fe68份、Ni 24份、Cr 20份、W 8份、Co 6份、Mo 2份、B 4份、Si 2.8份、C 0.8份。
作为本发明再进一步的方案：所述电极材料合金锭由以下按照重量份的原料组成：W 34份、Ti 17份、Ni 8份、Nb 12份、Zr 3份。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在金属轧辊表面形成了不会脱落的冶金结合状态的强化涂层，大大提高了金属轧辊的表面硬度及耐磨性能，延长了金属轧辊的使用寿命，具有广阔的市场前景。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种用于金属轧辊表面强化涂层的电火花沉积方法，步骤如下：
1）对金属轧辊表面依次采用220#、500#、1000#、1500#砂纸进行打磨；
2）使用酒精清洗打磨完毕后的金属轧辊的表面，并将清洗后的金属轧辊吹干；
3）配置熔覆合金粉末，该熔覆合金粉末由以下按照重量份的原料组成：Fe 65份、Ni 23份、Cr 18份、W 6份、Co 5份、Mo 1份、B 3.5份、Si 2.4份、C 0.6份；
4）开启等离子涂覆设备，将等离子炬移动至金属轧辊上方，打开等离子炬保护气体氩气和电源起弧，对金属轧辊表面进行等离子束熔覆，在直流等离子束流的高温下，将熔覆金属粉末同步送入等离子炬的等离子束流中，使金属轧辊表面形成呈冶金结合状态的等离子熔覆涂层；
5）对金属轧辊表面的等离子熔覆涂层进行磨削及抛光处理；
6）制备电极材料合金锭，该电极材料合金锭由以下按照重量份的原料组成：W 32份、Ti 16份、Ni 6份、Nb 10份、Zr 2份；
7）对电极材料合金锭进行退火处理；
8）在退火处理后的电极材料合金锭上切割得到直径为6mm的圆柱形电极；
9）对电极表面依次采用220#、500#、1000#、1500#砂纸进行打磨；
10）使用酒精清洗打磨完毕后的电极的表面，并将清洗后的电极吹干；
11）将电极安装在DZS-4000型电火花沉积设备上，在氩气的保护氛围下，对金属轧辊进行沉积处理，首先在输出功率为3200W下，比沉积时间为4min/cm2，然后在输出功率为1500W下，比沉积时间为2min/cm2；
12）将沉积后的金属轧辊投入电热炉中，在820℃下保温8h，随炉冷却，即可。
实施例2
一种用于金属轧辊表面强化涂层的电火花沉积方法，步骤如下：
1）对金属轧辊表面依次采用220#、500#、1000#、1500#砂纸进行打磨；
2）使用酒精清洗打磨完毕后的金属轧辊的表面，并将清洗后的金属轧辊吹干；
3）配置熔覆合金粉末，该熔覆合金粉末由以下按照重量份的原料组成：Fe 68份、Ni 26份、Cr 18份、W 9份、Co 6份、Mo 3份、B 3.8份、Si 3.2份、C 0.6份；
4）开启等离子涂覆设备，将等离子炬移动至金属轧辊上方，打开等离子炬保护气体氩气和电源起弧，对金属轧辊表面进行等离子束熔覆，在直流等离子束流的高温下，将熔覆金属粉末同步送入等离子炬的等离子束流中，使金属轧辊表面形成呈冶金结合状态的等离子熔覆涂层；
5）对金属轧辊表面的等离子熔覆涂层进行磨削及抛光处理；
6）制备电极材料合金锭，该电极材料合金锭由以下按照重量份的原料组成：W 34份、Ti 19份、Ni 6份、Nb 11份、Zr 2份；
7）对电极材料合金锭进行退火处理；
8）在退火处理后的电极材料合金锭上切割得到直径为7mm的圆柱形电极；
9）对电极表面依次采用220#、500#、1000#、1500#砂纸进行打磨；
10）使用酒精清洗打磨完毕后的电极的表面，并将清洗后的电极吹干；
11）将电极安装在DZS-4000型电火花沉积设备上，在氩气的保护氛围下，对金属轧辊进行沉积处理，首先在输出功率为3200W下，比沉积时间为4min/cm2，然后在输出功率为1500W下，比沉积时间为2min/cm2；
12）将沉积后的金属轧辊投入电热炉中，在840℃下保温9h，随炉冷却，即可。
实施例3
一种用于金属轧辊表面强化涂层的电火花沉积方法，步骤如下：
1）对金属轧辊表面依次采用220#、500#、1000#、1500#砂纸进行打磨；
2）使用酒精清洗打磨完毕后的金属轧辊的表面，并将清洗后的金属轧辊吹干；
3）配置熔覆合金粉末，该熔覆合金粉末由以下按照重量份的原料组成：Fe 68份、Ni 24份、Cr 20份、W 8份、Co 6份、Mo 2份、B 4份、Si 2.8份、C 0.8份；
4）开启等离子涂覆设备，将等离子炬移动至金属轧辊上方，打开等离子炬保护气体氩气和电源起弧，对金属轧辊表面进行等离子束熔覆，在直流等离子束流的高温下，将熔覆金属粉末同步送入等离子炬的等离子束流中，使金属轧辊表面形成呈冶金结合状态的等离子熔覆涂层；
5）对金属轧辊表面的等离子熔覆涂层进行磨削及抛光处理；
6）制备电极材料合金锭，该电极材料合金锭由以下按照重量份的原料组成：W 34份、Ti 17份、Ni 8份、Nb 12份、Zr 3份；
7）对电极材料合金锭进行退火处理；
8）在退火处理后的电极材料合金锭上切割得到直径为7mm的圆柱形电极；
9）对电极表面依次采用220#、500#、1000#、1500#砂纸进行打磨；
10）使用酒精清洗打磨完毕后的电极的表面，并将清洗后的电极吹干；
11）将电极安装在DZS-4000型电火花沉积设备上，在氩气的保护氛围下，对金属轧辊进行沉积处理，首先在输出功率为3200W下，比沉积时间为4min/cm2，然后在输出功率为1500W下，比沉积时间为2min/cm2；
12）将沉积后的金属轧辊投入电热炉中，在835℃下保温9h，随炉冷却，即可。
实施例4
一种用于金属轧辊表面强化涂层的电火花沉积方法，步骤如下：
1）对金属轧辊表面依次采用220#、500#、1000#、1500#砂纸进行打磨；
2）使用酒精清洗打磨完毕后的金属轧辊的表面，并将清洗后的金属轧辊吹干；
3）配置熔覆合金粉末，该熔覆合金粉末由以下按照重量份的原料组成：Fe 66份、Ni 24份、Cr 22份、W 6份、Co 7份、Mo 1份、B 3.9份、Si 2.5份、C 0.9份；
4）开启等离子涂覆设备，将等离子炬移动至金属轧辊上方，打开等离子炬保护气体氩气和电源起弧，对金属轧辊表面进行等离子束熔覆，在直流等离子束流的高温下，将熔覆金属粉末同步送入等离子炬的等离子束流中，使金属轧辊表面形成呈冶金结合状态的等离子熔覆涂层；
5）对金属轧辊表面的等离子熔覆涂层进行磨削及抛光处理；
6）制备电极材料合金锭，该电极材料合金锭由以下按照重量份的原料组成：W 33份、Ti 18份、Ni 7份、Nb 13份、Zr 4份；
7）对电极材料合金锭进行退火处理；
8）在退火处理后的电极材料合金锭上切割得到直径为8mm的圆柱形电极；
9）对电极表面依次采用220#、500#、1000#、1500#砂纸进行打磨；
10）使用酒精清洗打磨完毕后的电极的表面，并将清洗后的电极吹干；
11）将电极安装在DZS-4000型电火花沉积设备上，在氩气的保护氛围下，对金属轧辊进行沉积处理，首先在输出功率为3200W下，比沉积时间为4min/cm2，然后在输出功率为1500W下，比沉积时间为2min/cm2；
12）将沉积后的金属轧辊投入电热炉中，在845℃下保温9.5h，随炉冷却，即可。
实施例5
一种用于金属轧辊表面强化涂层的电火花沉积方法，步骤如下：
1）对金属轧辊表面依次采用220#、500#、1000#、1500#砂纸进行打磨；
2）使用酒精清洗打磨完毕后的金属轧辊的表面，并将清洗后的金属轧辊吹干；
3）配置熔覆合金粉末，该熔覆合金粉末由以下按照重量份的原料组成：Fe 70份、Ni 26份、Cr 22份、W 9份、Co 8份、Mo 3份、B 4.5份、Si 3.2份、C 1.0份；
4）开启等离子涂覆设备，将等离子炬移动至金属轧辊上方，打开等离子炬保护气体氩气和电源起弧，对金属轧辊表面进行等离子束熔覆，在直流等离子束流的高温下，将熔覆金属粉末同步送入等离子炬的等离子束流中，使金属轧辊表面形成呈冶金结合状态的等离子熔覆涂层；
5）对金属轧辊表面的等离子熔覆涂层进行磨削及抛光处理；
6）制备电极材料合金锭，该电极材料合金锭由以下按照重量份的原料组成：W 35份、Ti 19份、Ni 9份、Nb 14份、Zr 4份；
7）对电极材料合金锭进行退火处理；
8）在退火处理后的电极材料合金锭上切割得到直径为6-8mm的圆柱形电极；
9）对电极表面依次采用220#、500#、1000#、1500#砂纸进行打磨；
10）使用酒精清洗打磨完毕后的电极的表面，并将清洗后的电极吹干；
11）将电极安装在DZS-4000型电火花沉积设备上，在氩气的保护氛围下，对金属轧辊进行沉积处理，首先在输出功率为3200W下，比沉积时间为4min/cm2，然后在输出功率为1500W下，比沉积时间为2min/cm2；
12）将沉积后的金属轧辊投入电热炉中，在850℃下保温10h，随炉冷却，即可。
经过本发明处理后的金属轧辊，在金属轧辊表面形成了不会脱落的冶金结合状态的强化涂层，涂层的表面硬度达到了1950-2150HV，远远大于金属轧辊的基体材质硬度，大大提高了金属轧辊的耐磨性能。
本发明在金属轧辊表面形成了不会脱落的冶金结合状态的强化涂层，大大提高了金属轧辊的表面硬度及耐磨性能，延长了金属轧辊的使用寿命，具有广阔的市场前景。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (3)

1.一种用于金属轧辊表面强化涂层的电火花沉积方法，其特征在于，步骤如下：
1）对金属轧辊表面依次采用220#、500#、1000#、1500#砂纸进行打磨；
2）使用酒精清洗打磨完毕后的金属轧辊的表面，并将清洗后的金属轧辊吹干；
3）配置熔覆合金粉末，该熔覆合金粉末由以下按照重量份的原料组成：Fe 65-70份、Ni23-26份、Cr 18-22份、W 6-9份、Co 5-8份、Mo 1-3份、B 3.5-4.5份、Si 2.4-3.2份、C 0.6-1.0份；
4）开启等离子涂覆设备，将等离子炬移动至金属轧辊上方，打开等离子炬保护气体氩气和电源起弧，对金属轧辊表面进行等离子束熔覆，在直流等离子束流的高温下，将熔覆金属粉末同步送入等离子炬的等离子束流中，使金属轧辊表面形成呈冶金结合状态的等离子熔覆涂层；
5）对金属轧辊表面的等离子熔覆涂层进行磨削及抛光处理；
6）制备电极材料合金锭，该电极材料合金锭由以下按照重量份的原料组成：W 32-35份、Ti 16-19份、Ni 6-9份、Nb 10-14份、Zr 2-4份；
7）对电极材料合金锭进行退火处理；
8）在退火处理后的电极材料合金锭上切割得到直径为6-8mm的圆柱形电极；
9）对电极表面依次采用220#、500#、1000#、1500#砂纸进行打磨；
10）使用酒精清洗打磨完毕后的电极的表面，并将清洗后的电极吹干；
11）将电极安装在DZS-4000型电火花沉积设备上，在氩气的保护氛围下，对金属轧辊进行沉积处理，首先在输出功率为3200W下，比沉积时间为4min/cm2，然后在输出功率为1500W下，比沉积时间为2min/cm2；
12）将沉积后的金属轧辊投入电热炉中，在820-850℃下保温8-10h，随炉冷却，即可；
处理后的金属轧辊，在金属轧辊表面形成了不会脱落的冶金结合状态的强化涂层，涂层的表面硬度达到了1950-2150HV。
2.根据权利要求1所述的用于金属轧辊表面强化涂层的电火花沉积方法，其特征在于，所述熔覆合金粉末由以下按照重量份的原料组成：Fe 68份、Ni 24份、Cr 20份、W 8份、Co 6份、Mo 2份、B 4份、Si 2.8份、C 0.8份。
3.根据权利要求1或2所述的用于金属轧辊表面强化涂层的电火花沉积方法，其特征在于，所述电极材料合金锭由以下按照重量份的原料组成：W 34份、Ti 17份、Ni 8份、Nb 12份、Zr 3份。
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