CN110923608B - 一种沉没辊轴套耐磨涂层、制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种沉没辊轴套耐磨涂层、制备方法及应用，包括以下步骤：按照质量百分比为45～55％：15～25％：10～15％：8～10％：8～10％分别取粉末TiC、Fe、Ni、W、Go，然后混合均匀，得到TiC‑Fe陶瓷粉末；对沉没辊轴套进行粗加工；采用热喷涂方式将TiC‑Fe陶瓷粉末喷涂于所述粗加工过的沉没辊轴套的工作面上，将喷涂后的轴套在绝对真空度小于30Pa的真空条件下烧结，首先以2～4℃/min的升温速率将温度升至烧结温度1350～1450℃，然后保温烧结1～2小时，再按照2～4℃/min的降温速率降至室温，取出后对耐磨层进行精加工。该沉没辊轴套耐磨涂层降低了锌液渗透率，提高了其耐锌液渗透腐蚀和粘结腐蚀的性能，耐磨层的显微硬度高，提高了轴套的耐磨性能。

Description

一种沉没辊轴套耐磨涂层、制备方法及应用
技术领域
本发明属于表面工程技术领域，尤其涉及一种沉没辊轴套耐磨涂层、制备方法及应用。
背景技术
建国以来，我国钢铁工业和技术已取得举世瞩目的成就，但是在市场化、工业化的发展进程中，钢铁工业作为基础产业的重中之重，在产品质量、产品结构、工艺技术装备、技术经济指标和管理方面与国际先进水平相比仍有差距。板带钢的生产是钢铁工业发展中的重要课题之一，板带在热轧方面有深冲热轧钢板、耐腐蚀高强度热轧钢板、成型性优异的高强及超高强钢板及热镀锌钢板。
在连续热镀锌生产时，钢带通过浸在锌液中的沉没辊改变运动方向，沉没辊通过轴套与其两侧的固定架连接，并随着带钢的运动而转动。生产过程中，轴套和沉没辊始终处于熔融的锌液中，内外套之间总是处于相对运动的状态，轴套受到液态锌的侵蚀以及滑动摩擦磨损，很快消耗失效，影响镀锌板的质量和产量。
为了提高轴套的耐熔锌腐蚀性能、耐磨性能，目前钢厂镀锌线生产中使用陶瓷轴套，该轴套的耐熔锌腐蚀性能、耐磨性能虽然有所提升，但仍不能满足生产要求，影响镀锌线的连续生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：陶瓷轴套耐熔锌腐蚀性能、耐磨性能不能满足生产要求，提供了一种沉没辊轴套耐磨涂层、制备方法及应用。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明的一种沉没辊轴套耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备TiC-Fe陶瓷粉末
按照质量百分比45～55％：15～25％：10～15％：8～10％：8～10％分别取TiC、Fe、Ni、W、Go粉末，混合均匀，得到TiC-Fe陶瓷粉末，所述TiC、Fe、Ni、W、Go粉末的粒径为60～100μm；
(2)对沉没辊轴套进行粗加工
首先使用不锈钢锻件制作所述沉没辊轴套，然后对其表面进行粗加工，将毛坯件整体加工至见光，耐磨层部位加工至喷涂前尺寸，外圆其余部位留2～3mm余量，内孔不加工，得到粗加工的沉没辊轴套；
(3)制备耐磨层
将所述粗加工的沉没辊轴套装入喷涂工作台，采用热喷涂方式在所述粗加工的沉没辊轴套工作面上喷涂所述TiC-Fe陶瓷粉末，喷涂厚度为2～5mm，得到耐磨层；
所述热喷涂过程为：轴套加热至350～400℃；对工件表面进行喷砂毛化，再用火焰加热轴套面至250～300℃，然后进行喷粉；采用感应线圈对喷粉后轴套进行重熔，重熔前先在400℃将整辊面预热至暗红色，然后从一端开始重熔，至镜面出现后逐步向另一端递进，直至整辊面重熔完成；重熔后工件采用石棉布包裹缓冷至室温；
(4)对耐磨层进行烧结处理
将喷涂有所述耐磨层的沉没辊轴套置于烧结容器中，在绝对真空度小于30Pa的条件下，首先以2～4℃/min的升温速率将温度升至烧结温度1350～1450℃，然后保温烧结1～2小时，再按照2～4℃/min的降温速率降至室温，取出喷涂有含耐磨层的沉没辊轴套，对所述耐磨层进行精加工，车床精车外圆的耐磨层以外各部位达到图纸要求，精车内孔至图纸尺寸的-0.3mm，磨床磨削内孔达到图纸要求和耐磨层表面达到图纸要求，保证内孔与外圆同轴度，得到沉没辊轴套耐磨涂层。
作为本发明的优选方式之一，所述的步骤(2)中，不锈钢材料选自316L。
作为本发明的优选方式之一，所述的步骤(3)中，热喷涂方式选自火焰喷涂。
一种由沉没辊轴套耐磨涂层的制备方法制备得到的沉没辊轴套耐磨涂层。
所述的轴套耐磨涂层包括轴套基体以及在轴套基体上涂覆成型的耐磨层，所述轴套基体为不锈钢，所述耐磨层为质量百分比45～55％：15～25％：10～15％：8～10％：8～10％的TiC、Fe、Ni、W、Go，所述TiC、Fe、Ni、W、Go粉末的粒径为60～100μm。
作为本发明的优选方式之一，所述的耐磨层的显微硬度值为1218.9～1513.5kgf/mm2。
作为本发明的优选方式之一，所述的耐磨层的孔隙率为0.26～0.54。
一种沉没辊轴套耐磨涂层在生产镀锌板上的应用。
本发明所述的沉没辊轴套耐磨涂层的制备方法，选择不锈钢作为轴套基材，提高轴套的高温机械性能，通过热喷涂方式将TiC-Fe陶瓷材料均匀的涂覆在轴套基体表面制备耐磨层，制备的耐磨层具有较好的组织致密性和可加工性能，表面孔隙率低，锌液渗透率低，因此耐锌液渗透腐蚀和粘结腐蚀性能优良，然后通过真空烧结的方法对耐磨层进行处理，使得耐磨层的组织结构进一步致密结合，提高了其显微硬度及轴套的耐磨性能，且真空烧结处理使陶瓷粉末与轴套基体发生重熔结晶，提升了涂层与基体之间的结合力，与采用压铸成型方式制备的陶瓷轴套比，沉没辊轴套耐磨涂层还提高了轴套可修复再制造的性能。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明所述的沉没辊轴套耐磨涂层的耐熔锌腐蚀性能好、耐磨性能高，且具有可修复再制造性能。
附图说明
图1是本发明沉没辊轴套耐磨涂层结构示意图，
1-轴套基体，2-耐磨层；
图2是实施例1的轴套耐磨层孔隙率测试照片；
图3是实施例1的轴套耐磨层硬度测试照片，
其中，a-第一测试点，b-第二测试点，c-第三测试点，d-第四测试点，e-第五测试点；
图4是对比例1的轴套耐磨层孔隙率测试照片。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例提供一种沉没辊轴套耐磨涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备TiC-Fe陶瓷粉末
按照质量百分比45％：20％：15％：10％：10％分别取TiC、Fe、Ni、W、Go粉末，TiC、Fe、Ni、W、Go的粒径分别为TiC：63～96μm、Fe：63～100μm、Ni：63～100μm、W：63～96μm、Go：63～96μm，混合均匀，得到TiC-Fe陶瓷粉末；
(2)对沉没辊轴套进行粗加工
首先使用316L不锈钢材料制作所述沉没辊轴套，然后对其表面进行粗加工，将毛坯件整体见光，耐磨层部位加工至喷涂前尺寸，外圆其余部位留2～3mm余量，内孔不加工，得到粗加工的沉没辊轴套，316L具有优异的高温蠕变性能及耐腐蚀性，保证轴套本体的高温机械性能；
(3)制备耐磨层
将所述粗加工的沉没辊轴套装入喷涂工作台，轴套加热至350～400℃；采用12#棕刚玉砂对工件表面进行喷砂毛化，喷至表面呈暗灰色、无镜面反光；再用火焰加热轴套面至250-300℃，然后采用三把喷粉枪同时进行喷粉；采用感应线圈对喷粉后轴套进行重熔，重熔前先整辊面预热至暗红色，约400℃，然后从一端开始重熔、至镜面出现后逐步向另一端递进，直至整辊面重熔完成；重熔后工件采用石棉布包裹缓冷至室温的方法在所述粗加工的沉没辊轴套工作面上喷涂所述TiC-Fe陶瓷粉末，喷涂厚度为2mm，得到耐磨层；
(4)对所述耐磨层进行烧结处理
将喷涂有所述耐磨层的沉没辊轴套置于烧结容器中，在绝对真空度28Pa的条件下，首先以2℃/min的升温速率将温度升至烧结温度1350℃，然后保温烧结1小时，再按照2℃/min的降温速率降至室温，取出喷涂有所述耐磨层的沉没辊轴套，对所述耐磨层进行精加工，车床精车外圆耐磨层以外各部位达图，精车内孔至图示尺寸-0.3mm，磨床磨削内孔达图和耐磨层表面达图，保证内孔与外圆同轴度，得到沉没辊轴套耐磨涂层。
如图1所示，本实施例的沉没辊轴套耐磨涂层包括轴套基体1及耐磨层2。
将试样截面依次用400#、600#、800#金相砂纸进行抛光至表面无划痕，超声波清洗后，在光学显微镜下放大200倍对试样涂层截面部分进行拍照，并将涂层照片导入ImageTool软件，调整对比度，并利用其analysis功能计算色差百分比。对本实施例制备的沉没辊轴套耐磨涂层进行孔隙率测试，孔隙率测试的照片如图2所示。
经过测试得出本实施例的沉没辊轴套耐磨涂层的孔隙率为0.35。
对本实施例制备的沉没辊轴套耐磨涂层进行显微硬度值测试，显微硬度测试采用压入法，压头为维氏压头，显微硬度值测试的照片如图3所示，在所述的沉没辊轴套耐磨涂层上分别取5个不同的点作为测试对象，每个测试点的测试结果见表1，经过测试得出本实施例的沉没辊轴套耐磨涂层的显微硬度值为1331.2kgf/mm2，显微硬度高，提高了轴套的耐磨性能。
表1本实施例的沉没辊轴套耐磨涂层的显微硬度值测试结果
Figure BDA0002320644460000041
对本实施例制备的沉没辊轴套耐磨涂层在带钢连续热镀锌生产线上使用，可以提高沉没辊轴套的在线使用时间，同时提高轴套的可修复再制造性能，降低再制造难度，大幅度降低备件采购及运行维护费用，同时提高镀锌板的质量和产量。
实施例2
本实施例提供一种沉没辊轴套耐磨涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备TiC-Fe陶瓷粉末
按照质量百分比50％：20％：12％：9％：9％分别取TiC、Fe、Ni、W、Go的粒径分别为TiC：63～96μm、Fe：63～100μm、Ni：63～100μm、W：63～96μm、Go：63～96μm，混合均匀，得到TiC-Fe陶瓷粉末；；
(2)对沉没辊轴套进行粗加工
首先使用316L不锈钢材料制作所述沉没辊轴套，然后对其表面进行粗加工，将毛坯件整体见光，耐磨层部位加工至喷涂前尺寸，外圆其余部位留2～3mm余量，内孔不加工，得到粗加工的沉没辊轴套，316L具有优异的高温蠕变性能及耐腐蚀性，保证轴套本体的高温机械性能；
(3)制备耐磨层
将所述粗加工的沉没辊轴套装入喷涂工作台，轴套加热至350～400℃；采用12#棕刚玉砂对工件表面进行喷砂毛化，喷至表面呈暗灰色、无镜面反光；再用火焰加热轴套面至250-300℃，然后采用三把喷粉枪同时进行喷粉；采用感应线圈对喷粉后轴套进行重熔，重熔前先整辊面预热至暗红色，约400℃，然后从一端开始重熔、至镜面出现后逐步向另一端递进，直至整辊面重熔完成；重熔后工件采用石棉布包裹缓冷至室温的方法在所述粗加工的沉没辊轴套工作面上喷涂所述TiC-Fe陶瓷粉末，喷涂厚度为3mm，得到耐磨层；
(4)对耐磨层进行烧结处理
将喷涂有所述耐磨层的沉没辊轴套置于烧结容器中，在绝对真空度25Pa的条件下，首先以3℃/min的升温速率将温度升至烧结温度1400℃，然后保温烧结1.5小时，再按照2℃/min的降温速率降至室温，取出喷涂有所述耐磨层的沉没辊轴套，对所述耐磨层进行精加工，车床精车外圆耐磨层以外各部位达图，精车内孔至图示尺寸-0.3mm，磨床磨削内孔达图和耐磨层表面达图，保证内孔与外圆同轴度，得到沉没辊轴套耐磨涂层。
测试制备得到的沉没辊轴套耐磨涂层的孔隙率为0.26。
测试本实施例的沉没辊轴套耐磨涂层的显微硬度值为1330.2kgf/mm2。
实施例3
本实施例提供一种沉没辊轴套耐磨涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备TiC-Fe陶瓷粉末
按照质量百分比55％：15％：14％：8％：8％分别取TiC、Fe、Ni、W、Go粉末，TiC、Fe、Ni、W、Go的粒径分别为TiC：63～96μm、Fe：63～100μm、Ni：63～100μm、W：63～96μm、Go：63～96μm，混合均匀，得到TiC-Fe陶瓷粉末；
(2)对沉没辊轴套进行粗加工
首先使用316L不锈钢材料制作所述沉没辊轴套，然后对其表面进行粗加工，将毛坯件整体见光，耐磨层部位加工至喷涂前尺寸，外圆其余部位留2～3mm余量，内孔不加工，得到粗加工的沉没辊轴套，316L具有优异的高温蠕变性能及耐腐蚀性，保证轴套本体的高温机械性能；
(3)制备耐磨层
将所述粗加工的沉没辊轴套装入喷涂工作台，轴套加热至350～400℃；采用12#棕刚玉砂对工件表面进行喷砂毛化，喷至表面呈暗灰色、无镜面反光；再用火焰加热轴套面至250-300℃，然后采用三把喷粉枪同时进行喷粉；采用感应线圈对喷粉后轴套进行重熔，重熔前先整辊面预热至暗红色，约400℃，然后从一端开始重熔、至镜面出现后逐步向另一端递进，直至整辊面重熔完成；重熔后工件采用石棉布包裹缓冷至室温的方法在所述粗加工的沉没辊轴套工作面上喷涂所述TiC-Fe陶瓷粉末，喷涂厚度为5mm，得到耐磨层；
(4)对耐磨层进行烧结处理
将喷涂有所述耐磨层的沉没辊轴套置于烧结容器中，在绝对真空度20Pa的条件下，首先以4℃/min的升温速率将温度升至烧结温度1450℃，然后保温烧结2小时，再按照4℃/min的降温速率降至室温，取出喷涂有所述耐磨层的沉没辊轴套，对所述耐磨层进行精加工，车床精车外圆耐磨层以外各部位达图，精车内孔至图示尺寸-0.3mm，磨床磨削内孔达图和耐磨层表面达图，保证内孔与外圆同轴度，得到沉没辊轴套耐磨涂层。
测试制备得到的沉没辊轴套耐磨涂层的孔隙率为0.32。
测试本实施例的沉没辊轴套耐磨涂层的显微硬度值为1441.2kgf/mm2。
对比例1
本实施例提供一种使用压铸方法制备的陶瓷轴套，将陶瓷粉末用专用热溶剂溶解后，使用压缩空气辅助铸入型腔，之后进行烧结、加工成型，该轴套经过表面孔隙率的测试，得到其孔隙率为1.12，其孔隙率测试的照片如图4所示。该轴套经过显微硬度值测试，得到显微硬度值为1001.2kgf/mm2。
实施例1～3制备的沉没辊轴套耐磨涂层的孔隙率分别为0.35、0.26、0.32，对比例1制备的陶瓷轴套的孔隙率为1.12，因此由本发明所述的一种沉没辊轴套耐磨涂层的制备方法制备得到的沉没辊轴套耐磨涂层的孔隙率较低，锌液渗透率较低，耐锌液渗透腐蚀和粘结腐蚀的性能较高。
实施例1～3制备的沉没辊轴套耐磨涂层的显微硬度值分别为1331.2kgf/mm2、1330.2kgf/mm2、1441.2kgf/mm2，对比例的轴套的显微硬度值为1001.2kgf/mm2，因此由本发明所述的一种沉没辊轴套耐磨涂层的制备方法制备得到的沉没辊轴套耐磨涂层的显微硬度较高，轴套的耐磨性能较好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种沉没辊轴套耐磨涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备TiC-Fe陶瓷粉末
按照质量百分比45～55％：15～25％：10～15％：8～10％：8～10％分别取TiC、Fe、Ni、W、Go粉末，混合均匀，得到TiC-Fe陶瓷粉末，所述TiC、Fe、Ni、W、Go粉末的粒径为60～100μm；
(2)对沉没辊轴套进行粗加工
首先使用不锈钢锻件制作所述沉没辊轴套，然后对其表面进行粗加工，得到粗加工的沉没辊轴套；
(3)制备耐磨层
将所述粗加工的沉没辊轴套装入喷涂工作台，采用热喷涂方式在所述粗加工的沉没辊轴套工作面上喷涂所述TiC-Fe陶瓷粉末，喷涂厚度为2～5mm，得到耐磨层；
所述热喷涂过程为：轴套加热至350～400℃；对工件表面进行喷砂毛化，再用火焰加热轴套面至250～300℃，然后进行喷粉；采用感应线圈对喷粉后轴套进行重熔，重熔前先在400℃将整辊面预热至暗红色，然后从一端开始重熔，至镜面出现后逐步向另一端递进，直至整辊面重熔完成；重熔后工件采用石棉布包裹缓冷至室温；
(4)对耐磨层进行烧结处理
将喷涂有所述耐磨层的沉没辊轴套置于烧结容器中，在绝对真空度小于30Pa的条件下，首先以2～4℃/min的升温速率将温度升至烧结温度1350～1450℃，然后保温烧结1～2小时，再按照2～4℃/min的降温速率降至室温，取出喷涂有含耐磨层的沉没辊轴套，对所述耐磨层进行精加工，得到沉没辊轴套耐磨涂层；
所述的耐磨层的显微硬度值为1218.9～1513.5kgf/mm2，所述的耐磨层的孔隙率为0.26～0.54。
2.根据权利要求1所述的一种沉没辊轴套耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，不锈钢材料选自316L。
3.根据权利要求1所述的一种沉没辊轴套耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，粗加工为：将毛坯件整体加工至见光，耐磨层部位加工至喷涂前尺寸，外圆其余部位留2～3mm余量，内孔不加工。
4.根据权利要求1所述的一种沉没辊轴套耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，热喷涂方式选自火焰喷涂。
5.根据权利要求1所述的一种沉没辊轴套耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，精加工为：车床精车外圆的耐磨层以外各部位达到图纸要求，精车内孔至图纸尺寸的-0.3mm，磨床磨削内孔达到图纸要求和耐磨层表面达到图纸要求，保证内孔与外圆同轴度。
6.一种由权利要求1～5任一项所述的沉没辊轴套耐磨涂层的制备方法制备得到的沉没辊轴套耐磨涂层。
7.根据权利要求6所述的一种沉没辊轴套耐磨涂层，其特征在于，所述的轴套耐磨涂层包括轴套基体以及在轴套基体上涂覆成型的耐磨层，所述轴套基体为不锈钢，所述耐磨层为质量百分比45～55％：15～25％：10～15％：8～10％：8～10％的TiC、Fe、Ni、W、Go，所述TiC、Fe、Ni、W、Go粉末的粒径为60～100μm。
8.一种如根据权利要求6～7任一项所述的沉没辊轴套耐磨涂层在生产镀锌板上的应用。
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