CN110241371A - 抗氧化耐磨炉辊 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗氧化耐磨炉辊，其特征在于，包括基体和涂覆在所述基体表面的抗氧化耐磨复合涂层，所述抗氧化耐磨复合涂层包括至少三层涂层，其中，第一涂层为由按照重量百分比含量40％～60％的Ni、20％～30％的Co、10％～20％的Cr、3％～12％的Al、0.5％～5％的Y组成的合金层，第二涂层为由按照重量百分比含量10％～40％的Al2O3、60％～90％的NiCo23Cr17Al12Y0.5组成的金属陶瓷层，第三涂层为由按照重量百分比含量50％～85％的Al2O3、15％～50％的NiCo23Cr17Al12Y0.5组成的金属陶瓷层。本发明提供的炉辊能够制造出较高质量的钢板，降低了维护成本。

Description

抗氧化耐磨炉辊
技术领域
本发明涉及一种抗氧化耐磨炉辊。
背景技术
随着国民经济的高速发展，家用汽车的普及率越来越高，中国的汽车需求量大幅度增加，对汽车板材的需求也越来越大，对板材表面质量的要求也越来越高，而板材表面质量的好坏取决于生产板材的核心部件——炉辊。
在生产钢板的过程中，需要炉辊长时间处于高温、高速的工作环境中，炉辊表面会发生氧化，辊面光洁度会随着氧化的发生而发生恶化，影响钢板的表面质量。另外，炉辊依靠与钢板之间的摩擦力带动钢板移动，辊面很容易发生磨损，磨损后辊面会出现凹坑、划痕等缺陷，从而在带动钢板移动的过程中会在钢板表面留下凹坑、拉伤、划痕等缺陷，难以生产出高品质的钢板。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种抗氧化耐磨复合涂层。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
抗氧化耐磨复合涂层，其特征在于，包括涂覆在基体表面的至少三层涂层，第一涂层为由按照重量百分比含量40％～60％的Ni、20％～30％的Co、10％～20％的Cr、3％～12％的Al、0.5％～5％的Y组成的合金层，第二涂层为由按照重量百分比含量10％～40％的Al2O3、60％～90％的NiCo23Cr17Al12Y0.5组成的金属陶瓷层，第三涂层为由按照重量百分比含量50％～85％的Al2O3、15％～50％的NiCo23Cr17Al12Y0.5组成的金属陶瓷层。
优选地是，所述第一涂层为由按照重量百分比含量45％～55％的Ni、20％～28％的Co、15％～20％的Cr、3％～10％的Al、2％～5％的Y组成的合金层，所述第二涂层为由按照重量百分比含量25％～40％的Al2O3、60％～75％的NiCo23Cr17Al12Y0.5组成的金属陶瓷层，第三涂层为由按照重量百分比含量70％～85％的Al2O3、15％～30％的NiCo23Cr17Al12Y0.5组成的金属陶瓷层。
优选地是，所述第一涂层涂覆在所述基体表面，形成1～20μm的厚度。
优选地是，所述第二涂层涂覆在所述第一涂层上，形成10～30μm的厚度。
优选地是，所述第三涂层涂覆在所述第二涂层上，形成10～30μm的厚度。
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氧化耐磨复合涂层的制备方法。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
抗氧化耐磨复合涂层的制备方法，其特征在于，采用喷涂设备，依次将至少三层涂层的粉末材料涂覆在基体上，包括以下步骤：
将按照重量百分比含量40％～60％的Ni、20％～30％的Co、10％～20％的Cr、6％～12％的Al、0.5％～5％的Y组成的合金粉末喷涂到所述基体表面形成厚度为1～20μm的第一涂层；
将按照重量百分比含量10％～40％的Al2O3、60％～90％的NiCo23Cr17Al12Y0.5组成的金属陶瓷粉末喷涂到所述第一涂层上形成厚度为10～30μm的第二涂层；
将按照重量百分比含量50％～85％的Al2O3、15％～50％的NiCo23Cr17Al12Y0.5组成的金属陶瓷粉末喷涂到所述第二涂层上形成厚度为10～30μm的第三涂层。
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氧化耐磨炉辊。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
抗氧化耐磨炉辊，其特征在于，包括基体和涂覆在所述基体表面的抗氧化耐磨复合涂层，所述抗氧化耐磨复合涂层包括至少三层涂层，其中，第一涂层为由按照重量百分比含量40％～60％的Ni、20％～30％的Co、10％～20％的Cr、3％～12％的Al、0.5％～5％的Y组成的合金层，第二涂层为由按照重量百分比含量10％～40％的Al2O3、60％～90％的NiCo23Cr17Al12Y0.5组成的金属陶瓷层，第三涂层为由按照重量百分比含量50％～85％的Al2O3、15％～50％的NiCo23Cr17Al12Y0.5组成的金属陶瓷层。
优选地是，所述第一涂层为由按照重量百分比含量45％～55％的Ni、20％～28％的Co、15％～20％的Cr、3％～10％的Al、2％～5％的Y组成的合金层，所述第二涂层为由按照重量百分比含量25％～40％的Al2O3、60％～75％的NiCo23Cr17Al12Y0.5组成的金属陶瓷层，第三涂层为由按照重量百分比含量70％～85％的Al2O3、15％～30％的NiCo23Cr17Al12Y0.5组成的金属陶瓷层。
优选地是，所述第一涂层涂覆在所述基体表面，形成1～20μm的厚度。
优选地是，所述第二涂层涂覆在所述第一涂层上，形成10～30μm的厚度。
优选地是，所述第三涂层涂覆在所述第二涂层上，形成10～30μm的厚度。
优选地是，所述基体为退火炉炉辊。
本发明提供的抗氧化耐磨复合涂层具有较强的抗氧化性及耐磨损性，采用具有该抗氧化耐磨复合涂层的炉辊能够制造出较高质量的钢板，同时，也延长了这种炉辊在生产钢板过程中的使用寿命，降低了维护成本。
本发明提供的抗氧化耐磨复合涂层中，作为第一涂层的合金层涂覆在基体和两层金属陶瓷层，提高了复合涂层和基体之间的结合强度，减小了生产时间较长后炉辊表面涂层发生脱落的情况；同时，作为第二、第三涂层的金属陶瓷层，由Ni、Co、Cr、Al、Y组合形成的合金具有耐高温、抗氧化和抗热腐蚀性能，再通过加入陶瓷材料Al2O3增加了这种金属陶瓷层的耐磨损性，进一步确保了具有该复合涂层的炉辊长时间在高温、高速的运作下制造出高质量的钢板。
本发明提供的抗氧化耐磨复合涂层的制备方法操作简单，在传统的炉辊表面完成喷涂即可，降低了加工和维护成本。
附图说明
图1为本发明中抗氧化耐磨炉辊的正视图。
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：
本发明实施例中的抗氧化耐磨复合涂层，包括涂覆在基体表面的至少三层涂层，如图1和图2所示，抗氧化耐磨炉辊10包括基体110和抗氧化耐磨复合涂层120，其中，基体110为传统的退火炉炉辊，抗氧化耐磨复合涂层120包括第一涂层121、第二涂层122和第三涂层123。
第一涂层121为由按照重量百分比含量40％～60％的Ni、20％～30％的Co、10％～20％的Cr、3％～12％的Al、0.5％～5％的Y组成的合金层，第二涂层122为由按照重量百分比含量10％～40％的Al2O3、60％～90％的NiCo23Cr17Al12Y0.5组成的金属陶瓷层，第三涂层123为由按照重量百分比含量50％～85％的Al2O3、15％～50％的NiCo23Cr17Al12Y0.5组成的金属陶瓷层。
实施例1-8中抗氧化耐磨复合涂层120的第一涂层121的各组分重量百分比含量如表一所示：
表一
实施例 Ni/％ Co/％ Cr/％ Al/％ Y/％
1 40 30 20 9.5 0.5
2 50 27 6 12 5
3 60 20 10 6 4
4 55 25 15 3.5 1.5
5 50 23 15 10 2
6 45 28 20 4 3
7 45 25 15 10 5
8 55 20 20 3 2
实施例1-8中抗氧化耐磨复合涂层120的第二涂层122的各组分重量百分比含量如表二所示：
表二
实施例 Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/％ Ni/％ Co/％ Cr/％ Al/％ Y/％
1 10 42.75 20.7 15.3 10.8 0.45
2 12 41.8 20.24 14.96 10.56 0.44
3 15 40.375 19.55 14.45 10.2 0.425
4 18 38.95 18.86 13.94 9.84 0.41
5 25 35.625 17.25 12.75 9 0.375
6 30 33.25 16.1 11.9 8.4 0.35
7 35 30.875 14.95 11.05 7.8 0.325
8 40 28.5 13.8 10.2 7.2 0.3
实施例1-8中抗氧化耐磨复合涂层120的第三涂层123的各组分重量百分比含量如表三所示：
表三
实施例 Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/％ Ni/％ Co/％ Cr/％ Al/％ Y/％
1 50 23.75 11.5 8.5 6 0.25
2 55 21.375 10.35 7.65 5.4 0.225
3 60 19 9.2 6.8 4.8 0.2
4 65 16.625 8.05 5.95 4.2 0.175
5 70 14.25 6.9 5.1 3.6 0.15
6 75 11.875 5.75 4.25 3 0.125
7 80 9.5 4.6 3.4 2.4 0.1
8 85 7.125 3.45 2.55 1.8 0.075
制备抗氧化耐磨炉辊10的方法为采用喷涂设备，将第一涂层121、第二涂层122和第三涂层123的粉末材料涂覆在基体110上，包括以下步骤：
将按照表一所示的各组分重量百分比含量得到的合金粉末喷涂到基体110表面形成厚度为1～20μm的第一涂层121；
将按照表二所示的各组分重量百分比含量得到的金属陶瓷粉末喷涂到第一涂层121上形成厚度为10～30μm的第二涂层122；
将按照表三所示的各组分重量百分比含量得到的金属陶瓷粉末喷涂到第二涂层122上形成厚度为10～30μm的第三涂层123。
根据上述步骤完成对基体110的喷涂，得到具有抗氧化耐磨复合涂层120的炉辊10。实施例1-8得到的炉辊10和直接包覆陶瓷材料的炉辊的技术参数如表四所示：
表四
其中，涂层的抗氧化性能可通过1100℃48h氧化增重来衡量，将试验块的四面均涂有各实施例的涂层材料，然后将此试验块放入箱式电阻炉中，加热到1100℃下保温48h，取出冷却后称重，计算单位时间单位面积涂层的增重；单位时间单位面积涂层的增重越少，抗氧化性能越强，反之则越弱。
涂层的磨损损失量可通过900℃高温下的磨损量来计算，通过高温摩擦磨损试验机分别对上述涂有各实施例的涂层材料的试验块进行磨损试验，在试验温度900℃、转速150rpm、试验压力15N下，测试行程15mm，测试5分钟，称量磨损试验前后的试验块的重量，计算出磨损损失重量；磨损损失重量越大，耐磨损性越差。
涂层的热冲击性能是通过衡量使涂层脱落的加热水冷次数，将上述涂有各实施例的涂层材料的试验块加热至1200℃保温20分钟，取出后放入水中冷却，再观察涂层脱落情况；重复加热水冷操作，直至涂层脱落面积超过涂层总面积的2％；涂层脱落前的加热水冷次数越多，耐热冲击性越好，反之则越差。
涂层的结合强度则是通过拉伸试样进行测试得到，将各实施例的涂层材料喷涂到对偶件端面，通过粘接剂粘结制得拉伸试样；采用万能力学试验机进行拉伸测试，记录涂层脱落时的最大载荷，最大载荷值越大，则结合强度越大。
通过上述对比试验得到的结果表四中可以看出，虽然直接包覆陶瓷材料的炉辊的抗氧化性能较好，但是耐磨损性、耐热冲击性和结合强度却很差；而本发明提供的抗氧化耐磨复合涂层的抗氧化性能与纯陶瓷涂层相当，但耐磨损性、耐热冲击性和结合强度明显优于纯陶瓷涂层。
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 (6)

1.一种抗氧化耐磨炉辊，其特征在于，包括基体和涂覆在所述基体表面的抗氧化耐磨复合涂层，所述抗氧化耐磨复合涂层包括至少三层涂层，其中，第一涂层为由按照重量百分比含量40％～60％的Ni、20％～30％的Co、10％～20％的Cr、3％～12％的Al、0.5％～5％的Y组成的合金层，第二涂层为由按照重量百分比含量10％～40％的Al2O3、60％～90％的NiCo23Cr17Al12Y0.5组成的金属陶瓷层，第三涂层为由按照重量百分比含量50％～85％的Al2O3、15％～50％的NiCo23Cr17Al12Y0.5组成的金属陶瓷层。
2.根据权利要求1所述的抗氧化耐磨炉辊，其特征在于，所述第一涂层为由按照重量百分比含量45％～55％的Ni、20％～28％的Co、15％～20％的Cr、3％～10％的Al、2％～5％的Y组成的合金层，所述第二涂层为由按照重量百分比含量25％～40％的Al2O3、60％～75％的NiCo23Cr17Al12Y0.5组成的金属陶瓷层，第三涂层为由按照重量百分比含量70％～85％的Al2O3、15％～30％的NiCo23Cr17Al12Y0.5组成的金属陶瓷层。
3.根据权利要求1所述的抗氧化耐磨炉辊，其特征在于，所述第一涂层涂覆在所述基体表面，形成1～20μm的厚度。
4.根据权利要求1所述的抗氧化耐磨炉辊，其特征在于，所述第二涂层涂覆在所述第一涂层上，形成10～30μm的厚度。
5.根据权利要求1所述的抗氧化耐磨炉辊，其特征在于，所述第三涂层涂覆在所述第二涂层上，形成10～30μm的厚度。
6.根据权利要求1所述的抗氧化耐磨炉辊，其特征在于，所述基体为退火炉炉辊。
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