CN109943796A - 一种耐铝液浸蚀的热喷涂材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐铝液浸蚀的热喷涂材料，按重量份数计，包括以下组分：铝15‑90份，钒0.1‑10份，锆0.2‑15份，镁0.1‑8份，稀土0.01‑4份。所述稀土为镧系稀土。所述热喷涂材料还包括铁1‑10份，碳0.01‑0.3份。本发明制备的产品能从根本上防止铝液浸蚀零部件，如辊套，从而解决铝制品生产过程中零部件的表面开裂问题。提高零部件的使用寿命整体降低生产成本。

Description

一种耐铝液浸蚀的热喷涂材料及其制备方法

技术领域

本发明属于材料领域，特别涉及一种耐铝液浸蚀的热喷涂材料及其制备方法。

背景技术

随着铝加工业的迅速发展，今年来铝制品在各行各业都得到普遍的应用。例如铸造铝、铝带、铝板和铝箔等各种铝制品。在铝制品的制备过程中一般包括熔融、铸造、轧制过程，熔融的铝一般在600-750℃，因此对制备过程中的设备具有一定的损伤，例如铝液浸入设备表面，影响设备的使用寿命，也会影响制备出的产品的性能。

具体的，在铝板铸轧生产中，铸轧辊套是主要易损件。辊套在使用过程中，承受着弯曲应力、扭转应力、表面摩擦应力以及周期作用的热冲击应力，从而导致以热疲劳开裂为主的失效。当辊套表面出现龟裂时，一方面降低了辊套的使用寿命，另一方面降低了铸轧铝板的质量、铝箔的成品质量及生产的连续性。所以，研究铸轧辊套表面热疲劳开裂和防止措施有重要意义。现有技术中有文献介绍铸轧辊套解决表面热疲劳开裂的措施，例如铸轧辊表面裂纹的萌生及扩展机理[J](中国有色金属学报，2008,18(3):441-445)，铸轧辊套表面等离子喷焊技术[J](铝加工技术，1992,(l):43-48)，铸轧辊套材料及热处理[J](铸锻热1995,35(3):39-41)，铝板铸轧辊套表面热疲劳开裂及防止措施研究(作者：李福海，陈兴驰，佟鑫，马文有，单位：广东省工业技术研究院，新材料研究所)。但是这些现有技术都局限在辊套外在的弯曲应力、扭转应力、表面摩擦应力以及周期作用的热冲击应力的失效机理研究，并且实际应用证明这些现有技术均只能极有限的延缓辊套的失效速率，并不能根本解决现场辊套开裂的问题。

因此，从根本上解决铝液对加工生产过程中的零部件(如辊套)的开裂问题是十分有必要的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种耐铝液浸蚀的热喷涂材料，另外还提供了所述耐铝液浸蚀的热喷涂材料的制备方法。本发明所述的热喷涂材料能从根本上解决铝液对加工生产过程中的零部件(如辊套)的开裂问题。

通过对用铝液制备铝制品的生产现场调查分析，了解到生产过程中机械应力破坏并不严重，虽有冷热环境存在，但对接触铝液的零部件(如辊套)而言其实是相对稳定的环境。造成辊套表面开裂的原因主要是铝液的铝元素对辊套表面的渗透，不断把辊套表面材料合金化。材料合金化时使材料内部组织的硬度产生变化，由此产生晶间型应力，导致辊套表面出现裂纹，从而影响辊套的正常，缩短使用寿命。

因此，本发明从根本上去解决对接触铝液的零部件(如辊套)的表面开裂问题，提供一种耐铝液浸蚀的热喷涂材料及其制备方法。

一种耐铝液浸蚀的热喷涂材料，按重量份数计，包括以下组分：

优选的，一种耐铝液浸蚀的热喷涂材料，按重量份数计，包括以下组分：

进一步优选的，一种耐铝液浸蚀的热喷涂材料，按重量份数计，包括以下组分：

优选的，所述稀土为镧系稀土，进一步优选的所述稀土为镧、铈、镨、钕、钷、钐或铕中的一种或多种。

优选的，所述一种耐铝液浸蚀的热喷涂材料，按重量份数计，还包括0.01-5份的钙。

一种耐铝液浸蚀的热喷涂材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按配方量称取各组分，将铝、钒、锆、镁、稀土搅拌混合，然后放入烘干炉中，在180-210℃下干燥1.5-2小时，制得混合物A；

(2)通过成型机(该成型机为行业内制备焊丝所用的一般设备)将碳钢带轧制成凹槽，然后向凹槽中添加混合物A，再碾压闭合，拉拔成直径为1-4mm(优选2.6-3.0mm)的丝状物，即制得本发明所述的热喷涂材料。

优选的，所述铝、钒、锆、镁、稀土和钙以单质粉体的形式存在，所述单质粉体的目数为100-200目(优选120-150目)。

优选的，所述碳钢带为一种低碳钢带，进一步的，所述碳钢带中碳含量(按质量分数计)低于0.2％(优选0.01-0.15％)。

优选的，所述凹槽为U型槽。

优选的，步骤(2)中混合物A在凹槽中的填充率为10-50％(优选20-30％)。

将步骤(2)制备的热喷涂材料盘成圆盘，密封包装即可。

本发明所述热喷涂材料的应用过程为：将工件(如辊套)进行喷砂除去工件表面的油污等杂质，然后采用热喷涂的方法(如电弧喷涂或火焰喷涂)熔融本发明所述热喷涂材料，在工件表面制得保护涂层。所述热喷涂的过程为本领域常见过程，喷涂过程最高温度超过1500℃。

采用热喷涂的方法将所述热喷涂材料熔融，生成合金保护涂层，不仅有抗铝液浸蚀作用，还有抗锌液的浸蚀作用。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

本发明制备的产品能从根本上防止铝液浸蚀零部件(如辊套)，从而解决铝制品生产过程中零部件(如辊套)的表面开裂问题。提高零部件(如辊套)的使用寿命整体降低生产成本。

具体实施方式

为了进一步让本领域技术人员清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是以下实施例对本发明要求保护的范围不构成限制作用。

实施例1

一种耐铝液浸蚀的热喷涂材料，按重量份数计，包括以下组分：

一种耐铝液浸蚀的热喷涂材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按配方量称取各组分，将铝、钒、锆、镁、镧搅拌混合，然后放入烘干炉中，在180℃下干燥2小时，制得混合物A；

(2)通过成型机将碳钢带轧制成凹槽，然后向凹槽中添加混合物A，再碾压闭合，拉拔成直径为1-2mm的丝状物，即制得本发明所述的热喷涂材料。

所述铝、钒、锆、镁和镧以单质粉体的形式存在，所述单质粉体的目数为100-120目。

所述碳钢带为一种低碳钢带，所述碳钢带中碳含量(按质量分数计)为0.01-0.05％。

所述凹槽为U型槽。

步骤(2)中混合物A在凹槽中的填充率为20％。

实施例2

一种耐铝液浸蚀的热喷涂材料，按重量份数计，包括以下组分：

所述稀土为1份的铈和1份的镨。

一种耐铝液浸蚀的热喷涂材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按配方量称取各组分，将铝、钒、锆、镁、铁、碳和稀土搅拌混合，然后放入烘干炉中，在200℃下干燥2小时，制得混合物A；

(2)通过成型机将碳钢带轧制成凹槽，然后向凹槽中添加混合物A，再碾压闭合，拉拔成直径为3-3.5mm的丝状物，即制得本发明所述的热喷涂材料。

所述铝、钒、锆、镁、铁、碳和稀土以单质粉体的形式存在，所述单质粉体的目数为140-150目。

所述碳钢带中碳含量(按质量分数计)低于0.1％。

步骤(2)中混合物A在凹槽中的填充率为40％。

实施例3

一种耐铝液浸蚀的热喷涂材料，按重量份数计，包括以下组分：

所述稀土为1份的铈。

所述一种耐铝液浸蚀的热喷涂材料，按重量份数计，还包括1份的钙。

一种耐铝液浸蚀的热喷涂材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按配方量称取各组分，将铝、钒、锆、镁、稀土、铁、碳和钙搅拌混合，然后放入烘干炉中，在180-210℃下干燥1.5-2小时，制得混合物A；

(2)通过成型机将碳钢带轧制成凹槽，然后向凹槽中添加混合物A，再碾压闭合，拉拔成直径为1-4mm(优选2.6-3.0mm)的丝状物，即制得本发明所述的热喷涂材料。

所述铝、钒、锆、镁、稀土和钙以单质粉体的形式存在，所述单质粉体的目数为160-180目。

所述碳钢带为一种低碳钢带，进一步的，所述碳钢带中碳含量(按质量分数计)低于0.05％。

步骤(2)中混合物A在凹槽中的填充率为25％。

实施例4

一种耐铝液浸蚀的热喷涂材料，按重量份数计，包括以下组分：

所述稀土为1份的铈和2份的镨。

所述一种耐铝液浸蚀的热喷涂材料，按重量份数计，还包括1.5份的钙。

一种耐铝液浸蚀的热喷涂材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按配方量称取各组分，将铝、钒、锆、镁、稀土、铁、碳和钙搅拌混合，然后放入烘干炉中，在180-210℃下干燥1.5-2小时，制得混合物A；

(2)通过成型机将碳钢带轧制成凹槽，然后向凹槽中添加混合物A，再碾压闭合，拉拔成直径为2.6-3.0mm的丝状物，即制得本发明所述的热喷涂材料。

所述铝、钒、锆、镁、稀土、铁、碳和钙以单质粉体的形式存在，所述单质粉体的目数为130-150目。

所述碳钢带中碳含量(按质量分数计)为0.1-0.15％。

步骤(2)中混合物A在凹槽中的填充率为30％。

对比例1

与实施例1相比，对比例1中不含镧，其余组分和制备过程与实施例1相同。

对比例2

与实施例2相比，对比例2中不含钒，其余组分和制备过程与实施例2相同。

产品效果测试

先用常规的热喷涂方法将本发明实施例1和对比例1制备的产品的喷涂辊套，然后按照GB/T10124-1998《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》，对实施例1和对比例1制备的产品的喷涂辊套、市售的高铬铸铁件(牌号为Cr26)、合金钢(牌号为(32Cr3Mo1V))(以下称这些试样为样品)分别用铝液浸蚀12小时，然后从铝液中取出样品冷却，然后将样品浸入氢氧化钠中至表面铝覆层完全溶解，从试样表面边缘位置至内部50μm处均匀取12个点进行点扫面能谱分析，得到铝的含量，从而得知从浸铝的表面至样品内部的成分变化，从而得知铝液从试样表面往试样里面浸入的深度，并分别与各自未浸铝的样品进行对比，结果如表1所示。

表1：

从表1数据可以看出，未浸蚀处理的高铬铸铁件和合金钢(为辊套常用材料)其成分中含铝量极低甚至不含铝，但经过浸蚀试验后，铝发生了明显的浸蚀。实施例1的喷涂辊套试样本身含铝，但是对比浸蚀和未浸蚀的实验结果可见，所选取的12个位点的含铝量并未增加。对比例1的喷涂辊套虽然本身也含铝，但是浸蚀后的含铝量明显高于浸蚀前的含铝量，可见，铝发生了明显的浸蚀。

综上所述，本发明所示热喷涂材料喷涂在辊套上，能明显起到阻止铝液浸蚀零部件如辊套的作用，比现有技术中所用的高铬铸铁件和合金钢材料有明显的阻止铝液浸蚀零部件的作用。

Claims (10)

1.一种耐铝液浸蚀的热喷涂材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：

2.根据权利要求1所述的热喷涂材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：

3.根据权利要求1所述的热喷涂材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：

4.根据权利要求1所述的热喷涂材料，其特征在于，所述稀土为镧系稀土。

5.根据权利要求4所述的热喷涂材料，其特征在于，所述镧系稀土为镧、铈、镨、钕、钷、钐或铕中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的热喷涂材料，其特征在于，所述的热喷涂材料，按重量份数计，还包括0.01-5份的钙。

7.根据权利要求6所述的热喷涂材料，其特征在于，所述铝、钒、锆、镁、稀土、铁、碳和钙以单质粉体的形式存在，所述单质粉体的目数为100-200目。

8.一种根据权利要求1-7中任一项所述的热喷涂材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按配方量称取各组分，将铝、钒、锆、镁、稀土搅拌混合，然后在180-210℃下干燥1.5-2小时，制得混合物A；

(2)通过成型机将碳钢带轧制成凹槽，然后向凹槽中添加混合物A，再碾压闭合，拉拔成丝状物，即制得本发明所述的热喷涂材料。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，按质量分数计，所述碳钢带中碳含量低于0.2％，所述丝状物的直径为1-4mm。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中混合物A在凹槽中的填充率为10-50％。