CN113699517A - 一种冶金辊，其表面耐磨涂层，合金喷涂粉末及制备方法 - Google Patents

一种冶金辊，其表面耐磨涂层，合金喷涂粉末及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种冶金辊，其表面耐磨涂层，合金喷涂粉末及制备方法，属于金属材料及粉末冶金技术领域。本发明的一种替代冶金辊面镀铬的合金喷涂粉末，该合金喷涂粉末为高铬含量耐磨粉末，其原料包括如下重量百分比的组分：第一组分：铬60～70％，钼，钨，钒，锰中的至少一种共8～15％，镍，钴中的至少一种共15～25％；第二组分：碳化硼，氮化硼，碳化钛，氮化钛中的至少一种，其总量为第一组分重量的1～3％，钴碳化钨，其添加量为第一组分重量的3～5％。采用本发明所提供的技术方案不仅消除了电镀铬所带来的各种环境污染问题，而且采用热喷涂工艺操作简单，生产效率高，性能也较好。

Description

一种冶金辊，其表面耐磨涂层，合金喷涂粉末及制备方法
技术领域
本发明属于金属材料及粉末冶金技术领域，更具体地说，涉及一种冶金辊，其表面耐磨涂层，合金喷涂粉末及制备方法。
背景技术
电镀铬是一种传统的表面电镀技术，已经应用长达近百年。镀铬层主要材料为铬，铬是一种银白色有光泽的金属，而且是自然界硬度最大的金属，耐蚀性也较好，因此常用作装饰涂层或者保护机械零部件的耐磨耐蚀涂层，也用于破损零件的修复。
然而，电镀铬工艺会导致严重的环境问题。导致环境问题的不是铬本身，而是镀铬的过程，铬是一种不活泼的元素，可以安全的在日常生活甚至在人工关节上使用，主要问题是镀铬所用的铬酸溶液，在电镀过程中会与绝大多数的元素发生反应，产生大量氢气，将铬酸带入空气中形成Cr酸雾，其中含有大量致癌因子，而且电镀后产生的废水中含有大量六价铬，对环境和人体危害极大。
经检索，中国专利申请号为CN202010894140.3，申请日为2020年08月31日，名称为一种轧辊镀铬方法，该申请案包括以下步骤：首先去除待镀轧辊表面的油污及杂质，再使用高压水枪清洗待镀轧辊表面，将清洗后的轧辊放入镀铬槽后预热，然后对待镀轧辊进行反镀，紧接着送电，对待镀轧辊进行电镀铬，镀铬完成后将轧辊水洗吹干得到成品。镀铬后轧辊表面平整光洁，经此工艺所得到的轧辊寿命有所提升，镀层结合力较好。但是，为了更快得到性能较好的镀铬层，使用了复杂的工序，以及较高的成本，不利于推广。
又如，中国专利申请号为CN201510590256.7，申请日为2020年09月17日，名称为一种表面镀铬炉辊制造技术，该申请案包括以下步骤：选择材料，下料，然后对辊子筒节纵缝焊接，对轴套外圆和两端面进行精确机械加工，对两端圆环板进行制造加工，将轴套与端部圆环板进行装配，焊接，机加工，对辊中间轴进行加工，辊中轴与两端轴套进行胀接，辊子筒节与胀接后的组件进行(整体)装配，焊接，热处理消除焊接残余应力，然后对辊进行整体加工，并进行平衡实验，最后进行表面镀铬处理，包装，得到表面镀铬炉辊。炉辊表面通过镀铬提升了其耐磨性能，但镀铬层硬脆易开裂，脱落之后对辊体损伤较大，且修复工序周期较长，降低了生产效率。
发明内容
1.要解决的问题
本发明的目的在于克服目前冶金辊面镀铬所带来的污染问题以及现有镀铬工艺复杂，且成本较高的问题，提供了一种冶金辊，其表面耐磨涂层，合金喷涂粉末及制备方法。采用本发明所提供的技术方案不仅消除了电镀铬所带来的各种环境污染问题，而且采用热喷涂工艺操作简单，生产效率高，性能也较好。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
其一，本发明的一种替代冶金辊面镀铬的合金喷涂粉末，该合金喷涂粉末为高铬含量耐磨粉末，其原料包括如下重量百分比的组分：第一组分：铬60～70％，钼，钨，钒，锰中的至少一种共8～10％，镍，钴中的至少一种共15～25％；第二组分：碳化硼，氮化硼，碳化钛，氮化钛中的至少一种，其总量为第一组分重量的1～3％，钴碳化钨，其添加量为第一组分重量的3～5％。
目前，现有技术中冶金辊面通常是采用电镀铬的工艺来制备镀铬层，但会造成严重的污染问题，从而限制了该技术的发展。基于以上情况，本发明提供了一种可以替代冶金辊面镀铬的合金喷涂粉末，通过对粉末的组成进行优化，从而可以有效保证喷涂后所得涂层的硬度，耐磨性等使用性能以及涂层与冶金辊的结合强度，同时也不会带来电镀铬技术存在的环境污染问题。
具体的，本发明的合金喷涂粉末中的铬成分代替电镀铬中的铬，且铬本身也有较高硬度，钼，钨，钒，锰等元素的添加可以增强涂层的耐高温耐磨性，加入镍和钴可以增强涂层的结合强度，且经过冶金结合的各成分形成一定的结合相，比单纯物质混合性能更为优良，加入碳化硼，氮化硼，碳化钛，氮化钛，钴碳化钨等高硬度相，并使其弥散分布，可以增加粉末喷涂后涂层的硬度。
进一步优选高铬含量耐磨粉末包括如下重量百分比的组分：第一组分：铬62～66％，钼3～4％，钨6～9％，镍16～20％，钴3～5％，各组成的重量百分比之和为100％；第二组分：碳化钛，其含量为第一组分重量的2％，钴碳化钨，其含量为第一组分重量的3～4％。其中第一组分的粉末粒径为15～45μm，第二组分的粉末粒径为15～45μm。
更进一步的，所述合金喷涂粉末的原料还包括粘结剂，粘结剂选用聚乙烯或聚丙烯，第一组分原料与粘结剂的质量比为1：(0.01-0.02)，通过添加特定种类和含量的粘接剂，从而有利于进一步保证喷涂粉末形成涂层与冶金辊之间的结合强度，防止发生脱落。
更进一步的，所述高铬含量耐磨粉末为将混合原料进行冶金合金化处理得到，通过将不同组分一起进行冶金合金化处理，从而可以使物质之间相互扩散，一方面能够进一步提高涂层与冶金辊集体之间的相容性，另一方面有利于使喷涂涂层的硬度，耐磨性等性能得到有效保证，同时经过冶金合金化的粉末相对于雾化粉末来说，其成分均匀度提升，偏析相减少至基本消除。
其二，本发明的替代冶金辊面镀铬的合金喷涂粉末的生产方法，包括以下步骤：
步骤一，配料：按重量百分比分别称取第一组分原料及第二组分原料；
步骤二，混料：将步骤一中所取第一组分原料与粘结剂混合均匀后得到混合粉末；
步骤三，合金化：将所得混合粉末进行冶金合金化处理，得到合金化粉末；
步骤四，弥散：将第二组分原料加入所得合金化粉末，混合均匀，得到合金化混合粉末；
步骤五，压块，热处理：将所得合金化混合粉末压制成块后进行扩散退火，得到热处理后的合金化混合粉末块体；
步骤六，将所得热处理后的合金化混合粉末块体进行破碎，即得到替代冶金辊面镀铬的合金喷涂粉末。
更进一步的，步骤二，步骤四中，采用球磨方式对原料进行混合，球料比为3:1～5:1，球磨转速为50～150rpm，球磨时间为8～15min；步骤五中采用烧结机模具对合金化混合粉末进行烧结压制成块，烧结压力为7～10Mpa，烧结温度为900～1000℃，烧结时间为15～30min，升温速率为40～50℃·min-1；扩散退火温度为750～850℃，扩散退火时间为1～3h。
更进一步的，步骤六中，经破碎后的粉末粒径达到15～45μm。
其三，本发明的一种冶金辊面高铬含量耐磨涂层，所述高铬含量耐磨涂层采用所述的合金喷涂粉末喷涂而成。本发明通过采用喷涂方式在冶金辊表面形成高铬含量耐磨涂层，从而不仅可以有效保证所得涂层的硬度，耐磨性，同时还可以避免环境污染问题，且该涂层施工工艺操作简单，成本低，有利于工业推广应用。
其四，本发明的一种冶金辊，包括冶金辊辊体，所述冶金辊棍体的表面设有上述高铬含量耐磨涂层，其厚度为50～80μm。
目前，现有冶金辊表面的镀铬层厚度一般在10～25μm，硬度在800～950Hv之间，结合强度为25～35Mpa，而本发明的喷涂涂层厚度为50～80μm，硬度为750～1100Hv之间，结合强度45～60Mpa。
附图说明
图1为本发明所得合金喷涂粉末的SEM照片；
图2为本发明中所得喷涂涂层的SEM照片；
图3为对本发明中各实施例所得喷涂涂层的表面硬度及结合强度的检测结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
本实施例的替代冶金辊面镀铬的合金喷涂粉末，其原料包括如下重量百分比的组分(单位为g)：第一组分：铬60，钨6，锰4，钼5，镍10，钴15；第二组分：碳化硼1，钴碳化钨4。球料比3:1，球磨转速为50rpm，球磨时间为10min。合金化温度为900℃，合金化时间9h。烧结压力为7Mpa，烧结温度为900℃，烧结时间为20min，升温速率50℃·min-1。扩散退火温度750℃，扩散退火时间2h，惰性气体为氩气。涂层测试数据见图3。
实施例2
本实施例的替代冶金辊面镀铬的合金喷涂粉末，其原料包括如下重量百分比的组分(单位为g)：第一组分：铬61，钨8，锰4，钼2，镍8，钴17，第二组分：碳化硼2，钴碳化钨3。球料比3:1，球磨转速为70rpm，球磨时间为10min。合金化温度900℃，合金化时间12h。烧结压力为8Mpa，烧结温度为950℃，烧结时间为25min，升温速率45℃·min-1。扩散退火温度800℃，扩散退火时间1h，惰性气体为氮气。涂层测试数据见图3。
实施例3
本实施例的替代冶金辊面镀铬的合金喷涂粉末，其原料包括如下重量百分比的组分(单位为g)：第一组分铬62，钨7，锰6，钒1，镍11，钴13，第二组分，碳化硼2，钴碳化钨4。球料比3:1，球磨转速为50rpm，球磨时间为8min。合金化温度900℃，合金化时间10h。烧结压力为9Mpa，烧结温度为1000℃，烧结时间为30min，升温速率42.5℃·min-1。扩散退火温度750℃，扩散退火时间3h，惰性气体为氩气。涂层测试数据见图3。
实施例4
本实施例的替代冶金辊面镀铬的合金喷涂粉末，其原料包括如下重量百分比的组分(单位为g)：第一组分铬63，钨7，锰3，钼2，镍12，钴13，第二组分，碳化硼1，钴碳化钨4。球料比4:1，球磨转速为50rpm，球磨时间为15min。合金化温度900℃，合金化时间9h。烧结压力为10Mpa，烧结温度为900℃，烧结时间为25min，升温速率40℃·min-1。扩散退火温度800℃，扩散退火时间1.5h，惰性气体为氩气。涂层测试数据见图3。
实施例5
本实施例的替代冶金辊面镀铬的合金喷涂粉末，其原料包括如下重量百分比的组分(单位为g)：第一组分铬64，钨8，锰6，钒1，镍6，钴15，第二组分，碳化硼2，钴碳化钨3。球料比3:1，球磨转速为50rpm，球磨时间为10min。合金化温度900℃，合金化时间12h。烧结压力为8Mpa，烧结温度为975℃，烧结时间为24min，升温速率45℃·min-1。扩散退火温度750℃，扩散退火时间2h，惰性气体为氩气。涂层测试数据见图3。
实施例6
本实施例的替代冶金辊面镀铬的合金喷涂粉末，其原料包括如下重量百分比的组分(单位为g：第一组分铬65，钨6，锰7，钼2，镍10，钴10，第二组分，碳化硼1，钴碳化钨4。球料比5:1，球磨转速为150rpm，球磨时间为10min。合金化温度900℃，合金化时间9h。烧结压力为10Mpa，烧结温度为925℃，烧结时间为20min，升温速率50℃·min-1。扩散退火温度850℃，扩散退火时间3h，惰性气体为氮气。涂层测试数据见图3。
实施例7
本实施例的替代冶金辊面镀铬的合金喷涂粉末，其原料包括如下重量百分比的组分(单位为g)：第一组分铬70，钨6，钼2，镍13，钴9，第二组分，碳化钛3，钴碳化钨3。球料比3:1，球磨转速为125rpm，球磨时间为12min。合金化温度910℃，合金化时间30h。烧结压力为9Mpa，烧结温度为910℃，烧结时间为20min，升温速率43℃·min-1。扩散退火温度780℃，扩散退火时间1h，惰性气体为氩气。
实施例8
本实施例的替代冶金辊面镀铬的合金喷涂粉末，其原料包括如下重量百分比的组分(单位为g：第一组分铬68，钨6，锰7，钼2，镍10，钴7，第二组分，氮化硼2，钴碳化钨3。球料比5:1，球磨转速为100rpm，球磨时间为9min。合金化温度920℃，烧结压力为10Mpa，烧结温度为910℃，烧结时间为22min，升温速率50℃·min-1。扩散退火温度780℃，扩散退火时间3h，惰性气体为氩气。
实施例9
本实施例的替代冶金辊面镀铬的合金喷涂粉末，其原料包括如下重量百分比的组分(单位为g：第一组分铬66，钨9，钼3，镍19，钴3，第二组分，碳化钛2，钴碳化钨4。球料比5:1，球磨转速为100rpm，球磨时间为8min。合金化温912℃，烧结压力为8Mpa，烧结温度为930℃，烧结时间为30min，升温速率45℃·min-1。扩散退火温度840℃，扩散退火时间3h，惰性气体为氮气。
实施例10
本实施例的替代冶金辊面镀铬的合金喷涂粉末，其原料包括如下重量百分比的组分(单位为g)：第一组分铬64，钨8，钼4，镍20，钴4，第二组分，碳化钛2，钴碳化钨3。球料比5:1，球磨转速为100rpm，球磨时间为8min。合金化温920℃，烧结压力为8Mpa，烧结温度为930℃，烧结时间为30min，升温速率45℃·min-1。扩散退火温度7700℃，扩散退火时间2h，惰性气体为氮气。

Claims (10)

1.一种替代冶金辊面镀铬的合金喷涂粉末，其特征在于，该合金喷涂粉末为高铬含量耐磨粉末，其原料包括如下重量百分比的组分：第一组分：铬60～70％，钼，钨，钒，锰中的至少一种共8～15％，镍，钴中的至少一种共15～25％；第二组分：碳化硼，氮化硼，碳化钛，氮化钛中的至少一种，其总量为第一组分重量的1～3％，钴碳化钨，其添加量为第一组分重量的3～5％。
2.根据权利要求1所述的一种替代冶金辊面镀铬的合金喷涂粉末，其特征在于：所述高铬含量耐磨粉末包括如下重量百分比的组分：第一组分：铬62～66％，钼3～4％，钨6～9％，镍16～20％，钴3～5％，各组成的重量百分比之和为100％；第二组分：碳化钛，其含量为第一组分重量的2％，钴碳化钨，其含量为第一组分重量的3～4％。
3.根据权利要求1或2所述的替代冶金辊面镀铬的合金喷涂粉末，其特征在于：所述第一组分的粉末粒径为15～45μm，第二组分的粉末粒径为15～45μm。
4.根据权利要求1或2所述的替代冶金辊面镀铬的合金喷涂粉末，其特征在于：所述合金喷涂粉末的原料还包括粘结剂，粘结剂选用聚乙烯或聚丙烯，第一组分原料与粘结剂的质量比为1：(0.01-0.02)，所述高铬含量耐磨粉末为将混合原料进行冶金合金化处理得到。
5.一种如权利要求1-4中任一项所述的替代冶金辊面镀铬的合金喷涂粉末的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，配料：按重量百分比分别称取第一组分原料及第二组分原料；
步骤二，混料：将步骤一中所取第一组分原料与粘结剂混合均匀后得到混合粉末；
步骤三，合金化：将所得混合粉末进行冶金合金化处理，得到合金化粉末；
步骤四，弥散：将第二组分原料加入所得合金化粉末，混合均匀，得到合金化混合粉末；
步骤五，压块，热处理：将所得合金化混合粉末压制成块后进行扩散退火，得到热处理后的合金化混合粉末块体；
步骤六，将所得热处理后的合金化混合粉末块体进行破碎，即得到替代冶金辊面镀铬的合金喷涂粉末。
6.根据权利要求5所述的替代冶金辊面镀铬的合金喷涂粉末的生产方法，其特征在于：步骤三中，冶金合金化处理的时间为8-72小时。
7.根据权利要求6所述的替代冶金辊面镀铬的合金喷涂粉末的生产方法，其特征在于：步骤二，步骤四中，采用球磨方式对原料进行混合，球料比为3:1～5:1，球磨转速为50～150rpm，球磨时间为8～15min；步骤五中采用烧结机模具对合金化混合粉末进行烧结压制成块，烧结压力为7～10Mpa，烧结温度为900～1000℃，烧结时间为15～30min，升温速率为40～50℃·min-1；扩散退火温度为750～850℃，扩散退火时间为1～3h。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的替代冶金辊面镀铬的合金喷涂粉末的生产方法，其特征在于：步骤六中，经破碎后的粉末粒径达到15～45μm。
9.一种冶金辊面高铬含量耐磨涂层，其特征在于：所述高铬含量耐磨涂层采用权利要求1-4中任一项所述的合金喷涂粉末喷涂而成。
10.一种冶金辊，包括冶金辊辊体，其特征在于：所述冶金辊棍体的表面设有权利要求9所述的高铬含量耐磨涂层，其厚度为50～80μm。
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