CN114318203B - 耐高温抗积瘤复合梯度涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高温抗积瘤复合梯度涂层及其制备方法，本涂层包括MCrAlYTaRe打底层，MCrAlY、硼化物陶瓷、氧化物陶瓷的金属陶瓷工作层，MCrAlY、碳化物陶瓷、氧化物陶瓷的金属陶瓷面层。本方法对高温炉辊辊面基体表面预处理；采用超音速火焰喷涂设备按不同的工艺参数分别制备打底层、工作层和面层，最后采用封闭液处理涂层，进行低温热处理，达到工艺表面粗糙度要求。本方法制得的涂层显微组织致密，孔隙率低，涂层与辊面基体的结合强度高，具有良好的耐高温性、耐磨性、抗热震性、抗积瘤性等综合性能，满足冷轧连退产线更高退火温度、更高锰含量和更高强度的多品种钢板生产需求，提高高温炉辊使用寿命，减少停炉概率，降低高温炉辊更换及维护的成本。
Description
技术领域
本发明涉及设备检修技术领域，尤其涉及一种耐高温抗积瘤复合梯度涂层及其制备方法。
背景技术
在钢铁行业的冷轧连退机组中，连续加热炉是成品钢材热处理的重要设备，其中，退火炉炉辊是连续加热炉的重要组成部分，它的表面状况直接影响到冷轧连退机组的正常运行，其表面质量好坏决定带钢成品质量的优劣。炉底辊是辊底式连续炉的关键部件，尤其是高温炉辊，长期承受高温氧化、燃气及各种介质的侵蚀、钢材重载、撞击及摩擦等，环境十分恶劣，炉辊寿命低，每年用于炉辊更换和维护的费用巨大。为了提高连续退火生产线生产率和适应多品种钢板的生产，炉辊表面热喷涂涂层必须能够承受更高的退火温度、更高锰含量和更高强度的钢板，以满足现代高品质、高效生产的要求。
专利文献JP2270955A公开了一种炉辊涂层，该涂层粉末组分体系为5-20%的Cr2O3和Al2O3陶瓷以及95-80%CoNiCrAlY合金；专利文献JP63199857A公开了一种炉辊涂层，该涂层粉末组分体系含51-95%的Al2O3陶瓷与MCrAlY合金；专利文献JP6347379A公开了一种炉辊涂层，该涂层粉末组分体系含30-80%的ZrSiO4陶瓷与MCrAlY合金作为中间过渡层，表面使用Cr2O3陶瓷作为工作面层，以上专利文献的涂层均含有Cr2O3或Al2O3陶瓷，加入本身具有高熔点的Cr2O3或Al2O3陶瓷硬质相可以提高涂层的耐高温性、耐磨性，但抗锰积瘤性稍差，长期使用会产生MnAl2O4或Mn1.5Cr1.5O3积瘤。专利文献JP3226552A公开了一种炉辊涂层，该涂层粉末组分体系含5-50%的硼化物陶瓷与MCrAlY合金；专利文献JP711420A公开了一种炉辊涂层，该涂层粉末组分体系含1-60%的硼化物陶瓷、5-50%的碳化物陶瓷与MCrAlY合金；专利文献US6572518A公开了一种炉辊涂层，该涂层粉末组分体系含1-5%的硼化物陶瓷、5-10%的碳化物陶瓷、多余10%的稀土氧化物与MCrAlY合金；专利文献CN101185969A公开了一种炉辊涂层，该涂层粉末组分体系含10-20%的ZrB2陶瓷、1-5%的Cr3C2陶瓷与MCrAlY合金,以上专利文献的涂层均含有一定量的硼化物，硼化物陶瓷本身熔点高，耐高温性好，但耐氧化性不佳，对炉内气氛要求苛刻，微氧气氛即被氧化露点而失效。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种耐高温抗积瘤复合梯度涂层及其制备方法，本方法制得的涂层显微组织致密，孔隙率低，涂层与辊面基体的结合强度高，具有良好的耐高温性、耐磨性、抗热震性、抗积瘤性等综合性能，满足冷轧连退产线更高退火温度、更高锰含量和更高强度的多品种钢板生产需求，提高高温炉辊使用寿命，减少停炉概率，降低高温炉辊更换及维护的成本。
为解决上述技术问题，本发明耐高温抗积瘤复合梯度涂层包括以MCrAlYTaRe合金粉末制备的打底层，以MCrAlY合金与5～10%的硼化物陶瓷、5～10%的氧化物陶瓷的金属陶瓷粉末制备的工作层，以MCrAlY合金与10～30%的碳化物陶瓷、5～10%的氧化物陶瓷的金属陶瓷粉末制备的面层。
进一步，所述MCrAlYTaRe合金粉末成分的重量百分比为Cr15～25%、Al5～10%、Y0.1～1%、Ta5～10%、Re1～5%，余量为M，M为Co或Ni中的一种或两种。
进一步，所述工作层中硼化物陶瓷为ZrB2、TiB2中的一种，氧化物陶瓷为Al2O3、Y2O3中的一种。
进一步，所述面层中碳化物陶瓷为Cr3C2、ZrC中的一种，氧化物陶瓷为Al2O3、Y2O3中的一种。
一种上述耐高温抗积瘤复合梯度涂层的制备方法包括如下步骤：
步骤一、高温炉辊辊面基体表面预处理，将高铬镍耐热不锈钢炉辊表面清洗干净，检查辊面无磕碰、气孔、裂纹等缺陷；采用自动喷砂机对辊面进行喷砂处理；
步骤二、将MCrAlYTaRe合金粉末于120～150℃预热90～120min，采用超音速火焰喷涂设备制备打底层，打底层厚度为0.03～0.05mm；
步骤三、将MCrAlY合金、硼化物陶瓷、氧化物陶瓷粉末于120～150℃预热90～120min，采用超音速火焰喷涂设备制备工作层，工作层厚度为0.05～0.10mm；
步骤四、将MCrAlY合金、碳化物陶瓷、氧化物陶瓷粉末于120～150℃预热90～120min，采用超音速火焰喷涂设备制备面层，面层厚度为0.05～0.10mm；
步骤五、采用封闭液均匀刷涂面层形成封闭层，并浸液均匀，无异物等缺陷，进行低温热处理，根据工况要求进行抛磨后处理，达到工艺表面粗糙度要求。
进一步，所述步骤一中，自动喷砂机喷砂处理的喷砂材料为46#白刚玉，喷枪角度为90±5°，空气压力为5～7kg/cm2，喷枪到炉辊表面距离450～550mm，炉辊表面喷砂后表面粗糙度为Ra5～7μm。
进一步，所述步骤二中，超音速火焰喷涂的工艺参数为送粉率40-50g/min、氧气1900-1950scfh、煤油5.5～6.0gph、送粉气20～23scfh、喷涂距离330～380mm。
进一步，所述步骤三中，超音速火焰喷涂的工艺参数为送粉率45～55g/min、氧气1900～1950scfh、煤油5.3～5.6gph、送粉气20～23scfh、喷涂距离330～380mm。
进一步，所述步骤四中，超音速火焰喷涂的工艺参数为送粉率50～60g/min、氧气1950～2000scfh、煤油6.0～6.3gph、送粉气20～23scfh、喷涂距离330～380mm。
由于本发明耐高温抗积瘤复合梯度涂层及其制备方法采用了上述技术方案，即本涂层包括MCrAlYTaRe打底层，MCrAlY、硼化物陶瓷、氧化物陶瓷的金属陶瓷工作层，MCrAlY、碳化物陶瓷、氧化物陶瓷的金属陶瓷面层。本方法对高温炉辊辊面基体表面预处理，并采用自动喷砂机对辊面进行喷砂处理；采用超音速火焰喷涂设备按不同的工艺参数分别制备打底层、工作层和面层，最后采用封闭液处理涂层，进行低温热处理，达到工艺特定表面粗糙度要求。本方法制得的涂层显微组织致密，孔隙率低，涂层与辊面基体的结合强度高，具有良好的耐高温性、耐磨性、抗热震性、抗积瘤性等综合性能，满足冷轧连退产线更高退火温度、更高锰含量和更高强度的多品种钢板生产需求，提高高温炉辊使用寿命，减少停炉概率，降低高温炉辊更换及维护的成本。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
图1为本发明耐高温抗积瘤复合梯度涂层示意图。
具体实施方式
实施例如图1所示，本发明耐高温抗积瘤复合梯度涂层包括以MCrAlYTaRe合金粉末制备的打底层1，以MCrAlY合金与5～10%的硼化物陶瓷、5～10%的氧化物陶瓷的金属陶瓷粉末制备的工作层2，以MCrAlY合金与10～30%的碳化物陶瓷、5～10%的氧化物陶瓷的金属陶瓷粉末制备的面层3。
优选的，所述MCrAlYTaRe合金粉末成分的重量百分比为Cr15～25%、Al5～10%、Y0.1～1%、Ta5～10%、Re1～5%，余量为M，M为Co或Ni中的一种或两种。
优选的，所述工作层2中硼化物陶瓷为ZrB2或TiB2，氧化物陶瓷为Al2O3或Y2O3。
优选的，所述面层3中碳化物陶瓷为Cr3C2或ZrC，氧化物陶瓷为Al2O3或Y2O3。
一种上述耐高温抗积瘤复合梯度涂层的制备方法包括如下步骤：
步骤一、高温炉辊辊面基体5表面预处理，将高铬镍耐热不锈钢炉辊表面清洗干净，检查辊面无磕碰、气孔、裂纹等缺陷；采用自动喷砂机对辊面进行喷砂处理；
步骤二、将MCrAlYTaRe合金粉末于120～150℃预热90～120min，采用超音速火焰喷涂设备制备打底层1，打底层1厚度为0.03～0.05mm；
步骤三、将MCrAlY合金、硼化物陶瓷、氧化物陶瓷粉末于120～150℃预热90～120min，采用超音速火焰喷涂设备制备工作层2，工作层2厚度为0.05～0.10mm；
步骤四、将MCrAlY合金、碳化物陶瓷、氧化物陶瓷粉末于120～150℃预热90～120min，采用超音速火焰喷涂设备制备面层3，面层3厚度为0.05～0.10mm；
步骤五、采用封闭液均匀刷涂面层形成封闭层4，并浸液均匀，无异物等缺陷，进行低温热处理，根据工况要求进行抛磨后处理，达到工艺表面粗糙度要求。
优选的，所述步骤一中，自动喷砂机喷砂处理的喷砂材料为46#白刚玉，喷枪角度为90±5°，空气压力为5～7kg/cm2，喷枪到炉辊表面距离450～550mm，炉辊表面喷砂后表面粗糙度为Ra5～7μm。
优选的，所述步骤二中，超音速火焰喷涂的工艺参数为送粉率40-50g/min、氧气1900-1950scfh、煤油5.5～6.0gph、送粉气20～23scfh、喷涂距离330～380mm。
优选的，所述步骤三中，超音速火焰喷涂的工艺参数为送粉率45～55g/min、氧气1900～1950scfh、煤油5.3～5.6gph、送粉气20～23scfh、喷涂距离330～380mm。
优选的，所述步骤四中，超音速火焰喷涂的工艺参数为送粉率50～60g/min、氧气1950～2000scfh、煤油6.0～6.3gph、送粉气20～23scfh、喷涂距离330～380mm。
本复合梯度涂层包括MCrAlYTaRe打底层，MCrAlY+硼化物陶瓷+氧化物陶瓷的金属陶瓷工作层，MCrAlY+碳化物陶瓷+氧化物陶瓷的金属陶瓷面层。作为一个具体实施例，其中，MCrAlYTaRe合金粉末成分比例为Cr18%、Al6%、Y0.5%、Ta5%、Re3%，余量为M，M为Co；工作层金属陶瓷粉末中涉及到的硼化物陶瓷为10%的ZrB2，氧化物陶瓷为5%的Y2O3；面层金属陶瓷粉末中涉及到的碳化物陶瓷为20%的Cr3C2，氧化物为10%的Y2O3。
本复合梯度涂层按照从基体到涂层形成热膨胀系数梯度、硬度梯度、耐磨损性梯度、抗积瘤性梯度的设计思路，采用超音速火焰喷涂技术制备复合梯度涂层。复合梯度涂层具有良好的耐高温、耐磨损、抗热震、抗积瘤等综合性能。MCrAlYTaRe合金打底层增强了涂层与基体的结合强度，并提高了耐高温抗腐蚀性能；MCrAlY+硼化物陶瓷+氧化物陶瓷工作层，硼化物陶瓷硬质相的加入增强了涂层的耐磨性、抗划伤能力，且不易与Mn发生反应，提高了涂层抗积瘤性，但在微氧环境中硼易被氧化，因此一定氧化物陶瓷的加入可以起到抑制作用，且设计工作层涂层为中间层，避免了与微氧环境的直接接触；MCrAlY+碳化物陶瓷+氧化物陶瓷面层，碳化物陶瓷硬质相的加入进一步增强了涂层的耐磨性与抗积瘤性，但由于碳化物长期在高温下会发生脱碳，生成Cr7C3/Cr23C6脆相，因此加入一定量的氧化物陶瓷可以抑制碳化物的脱碳反应。金属陶瓷粉末中硼化物与氧化物、碳化物与氧化物的合理匹配，以及复合梯度涂层的优化设计，可以提高涂层的耐高温、耐磨损、抗积瘤的综合性能，满足冷轧连退产线多品种钢板生产需求。
Claims (7)
1.一种耐高温抗积瘤复合梯度涂层，其特征在于：本复合梯度涂层包括以MCrAlYTaRe合金粉末制备的打底层，以MCrAlY合金与5～10%的硼化物陶瓷、5～10%的氧化物陶瓷的金属陶瓷粉末制备的工作层，以MCrAlY合金与10～30%的碳化物陶瓷、5～10%的氧化物陶瓷的金属陶瓷粉末制备的面层，所述工作层中硼化物陶瓷为ZrB2、TiB2中的一种，氧化物陶瓷为Al2O3、Y2O3中的一种，所述面层中碳化物陶瓷为Cr3C2、ZrC中的一种，氧化物陶瓷为Al2O3、Y2O3中的一种。
2.根据权利要求1所述的耐高温抗积瘤复合梯度涂层，其特征在于：所述MCrAlYTaRe合金粉末成分的重量百分比为Cr15～25%、Al5～10%、Y0.1～1%、Ta5～10%、Re1～5%，余量为M，M为Co或Ni中的一种或两种。
3.一种权利要求1或2任一项所述耐高温抗积瘤复合梯度涂层的制备方法，其特征在于本方法包括如下步骤：
步骤一、高温炉辊辊面基体表面预处理，将高铬镍耐热不锈钢炉辊表面清洗干净，检查辊面无磕碰、气孔、裂纹的缺陷；采用自动喷砂机对辊面进行喷砂处理；
步骤二、将MCrAlYTaRe合金粉末于120～150℃预热90～120min，采用超音速火焰喷涂设备制备打底层，打底层厚度为0.03～0.05mm；
步骤三、将MCrAlY合金、硼化物陶瓷、氧化物陶瓷粉末于120～150℃预热90～120min，采用超音速火焰喷涂设备制备工作层，工作层厚度为0.05～0.10mm；
步骤四、将MCrAlY合金、碳化物陶瓷、氧化物陶瓷粉末于120～150℃预热90～120min，采用超音速火焰喷涂设备制备面层，面层厚度为0.05～0.10mm；
步骤五、采用封闭液均匀刷涂面层形成封闭层，并浸液均匀，无异物的缺陷，进行低温热处理，根据工况要求进行抛磨后处理，达到工艺表面粗糙度要求。
4.根据权利要求3所述的耐高温抗积瘤复合梯度涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，自动喷砂机喷砂处理的喷砂材料为46#白刚玉，喷枪角度为90±5°，空气压力为5～7kg/cm2，喷枪到炉辊表面距离450～550mm，炉辊表面喷砂后表面粗糙度为Ra5～7μm。
5.根据权利要求3所述的耐高温抗积瘤复合梯度涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，超音速火焰喷涂的工艺参数为送粉率40-50g/min、氧气1900-1950scfh、煤油5.5～6.0gph、送粉气20～23scfh、喷涂距离330～380mm。
6.根据权利要求3所述的耐高温抗积瘤复合梯度涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，超音速火焰喷涂的工艺参数为送粉率45～55g/min、氧气1900～1950scfh、煤油5.3～5.6gph、送粉气20～23scfh、喷涂距离330～380mm。
7.根据权利要求3所述的耐高温抗积瘤复合梯度涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤四中，超音速火焰喷涂的工艺参数为送粉率50～60g/min、氧气1950～2000scfh、煤油6.0～6.3gph、送粉气20～23scfh、喷涂距离330～380mm。
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| CN115044762A (zh) * | 2022-08-17 | 2022-09-13 | 靖江市润新表面工程技术有限公司 | 硅钢炉辊及其加工方法 |
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2020
- 2020-09-29 CN CN202011054303.3A patent/CN114318203B/zh active Active
Patent Citations (8)
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| 冷轧连续退火炉炉辊的结瘤机理;关建辉 等;金属热处理(第08期);全文 * |
| 连续退火生产线陶瓷涂层炉底辊的研究;罗志平 等;机械工程材料(第06期);全文 * |
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| CN114318203A (zh) | 2022-04-12 |
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