CN115261763B - 一种轧辊表面闪钨涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轧辊表面闪钨涂层的制备方法，采用以下步骤：(1)对轧辊表面进行热喷砂处理；(2)通过超音速压缩空气喷涂在轧辊上沉积闪钨涂层；(3)对闪钨涂层表面进行热喷砂处理，获得一定的表面粗糙度和闪钨涂层厚度。与现有技术相比，本发明方法能有效地减少闪钨涂层在沉积过程中的氧化，其次由于喷涂速度快，粉末撞击在基体上，因此可以避免孔洞和裂纹的产生，达到涂层致密化的作用，制备得到的闪钨涂层具有组织均匀、结构致密的优点，能有效提高轧辊表面硬度和耐磨性，同时降低腐蚀速率，并且由于采用热喷砂的方式，可以提高界面结合强度。
Description
技术领域
本发明涉及耐磨耐腐涂层领域，具体涉及一种轧辊表面闪钨涂层的制备方法。
背景技术
表面涂层处理技术是当今高端装备再制造行业不可或缺的工艺手段，用于制备高性能耐磨，耐腐蚀等涂层。电镀硬铬作为一种传统的表面电镀技术，所制备的硬铬层硬度较高，有一定的耐磨性和耐蚀性，且工艺比较简单，成本较低。但是电镀过程中会产生严重的Cr离子污染，并且处理电镀硬铬成本也越来越。目前最可能取代电镀硬铬涂层的材料是WC-10Co4Cr闪钨涂层材料，其中WC作为硬质颗粒可以起到抗磨损的作用，金属CoCr作为粘结相提供耐腐蚀性和与基体良好的结合能力。
制备WC-10Co4Cr涂层的方法主要有等离子喷涂和超音速压缩氧气燃料喷涂。等离子喷涂方法制备的涂层结构均匀，综合性能好，但沉积效率低，会出现一定程度的氧化，且样品的尺寸不能太大。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述等离子喷涂和超音速压缩氧气燃料喷涂过程存在的局限，提供一种超音速压缩空气喷涂技术制备闪钨涂层的方法，在轧辊表面利用超音速压缩空气喷涂技术制备WC-10Co4Cr“闪钨涂层”，获得成本低、效率高、结构致密、成分均匀的闪钨涂层。
申请人认为超音速压缩氧气喷涂方法沉积效率高，但氧气消耗大、成本高。考虑到超音速压缩空气喷涂可被用来制备金属涂涂层，其结构致密，氧化度低。因此本申请通过该技术，制备出厚度可控，成分结构均匀、氧化程度低的WC-10Co4Cr闪钨涂层，对于取代电镀硬Cr涂层具有重要研究价值。基于此，完成本发明。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
本发明的目的是提供一种轧辊表面闪钨涂层的制备方法，采用以下步骤：
(1)对轧辊表面进行热喷砂处理；
(2)通过超音速压缩空气喷涂在轧辊上沉积闪钨涂层；
(3)对闪钨涂层表面进行热喷砂处理，获得一定的表面粗糙度和闪钨涂层厚度。
优选地，步骤(1)中通过超音速压缩空气喷涂进行喷砂处理，喷砂颗粒主要成分为Al2O3，颗粒粒径为80～100目。喷枪与轧辊表面间距为180～200mm，喷枪移动速度为30～50mm/s，轧辊转速120～200r/min，送砂转速12～15r/min，丙烷压力为70～80PSI，空气压力为83～87PSI，氢气压力20～25PSI，氮气压力25～30PSI。表面粗糙度Ra为1～8μm
优选地，步骤(1)中喷枪枪口延长线垂直于轧辊表面，喷涂间距指喷枪枪口延长线至轧辊表面的垂直距离，喷涂过程中喷涂间距保持不变，且沿Y轴方向运动。
优选地，步骤(2)中所述的闪钨涂层的成分为WC-10Co4Cr。
优选地，步骤(2)中通过超音速压缩空气喷涂技术沉积金属粉末，喷涂前先预热1～2次，轧辊表面温度控制在100℃左右，喷枪与轧辊表面间距为150～180mm，喷枪移动速度为10～20mm/s，轧辊转速120～240r/min。送粉转速2～4r/min，丙烷压力为80～83PSI，空气压力为83～87PSI，氢气压力20～23PSI，氮气压力25～30PSI。
优选地，步骤(2)中喷枪枪口延长线夹角垂直于轧辊表面，喷枪沿Y轴方向运动，每走完一遍轧辊轴向长度为1道次，喷涂3～5道次。
优选地，步骤(3)中通过超音速压缩空气喷涂进行喷砂处理，喷砂颗粒主要成分为Al2O3，颗粒粒径为200～240目。喷枪与轧辊表面间距为150～180mm，喷枪移动速度为30～50mm/s，轧辊转速120～200r/min，送砂转速5～10r/min，丙烷压力为82～85PSI，空气压力为90～95PSI，氢气压力20～25PSI，氮气压力30～35PSI。
优选地，步骤(3)中喷枪枪口延长线垂直于轧辊表面，喷枪沿Y轴方向运动，，喷涂1～2道次。
优选地，步骤(3)处理后的金属闪钨涂层的厚度为30～60μm，表面粗糙度Ra为1～5μm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明采用超音速压缩空气喷涂技术火焰温度低，能有效地减少闪钨涂层在沉积过程中的氧化；其次由于喷涂速度快，熔融粉末撞击在基体上，因此可以避免孔洞和裂纹的产生，达到涂层致密化的作用。相比于等离子喷涂和超音速压缩氧气燃料喷涂，超音速压缩空气喷涂制备的闪钨涂层具有组织均匀、结构致密的优点，能有效提高表面硬度和耐磨性，同时降低腐蚀速率。并且由于采用热喷砂的方式，可以有效地提高界面粗糙度，因此可以提高界面结合强度。
附图说明
图1为喷砂时喷枪与轧辊截面图；
图2为闪钨涂层制备时喷枪与轧辊正视图，其中箭头所指为喷枪运动方向，沿Y轴运动完一次轧辊轴向长度视为完成一道次喷涂；
图3闪钨涂层截面示意图，其中，1、轧辊基体、2、闪钨涂层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本技术方案中如未明确说明的制备手段、材料、结构或组成配比等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。
实施例1
本实施例中轧辊表面闪钨涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)首先用超音速压缩空气喷涂技术对轧辊表面进行喷砂处理，喷砂颗粒主要成分为Al2O3，颗粒粒径为80-100目。喷枪与轧辊表面间距为180mm，喷枪枪口延长线垂直于轧辊表面。喷枪移动速度为30mm/s，轧辊转速150r/min，送砂转速12r/min，丙烷压力为80PSI，空气压力为85PSI，氢气压力22PSI，氮气压力26PSI。
(2)采用超音速压缩空气喷涂时，先对轧辊预热1次，温度控制在100℃左右，喷枪与轧辊表面间距为180mm，喷枪移动速度为10mm/s,轧辊转速120r/min。送粉转速4r/min，丙烷压力为80PSI，空气压力为87PSI，氢气压力22PSI，氮气压力27PSI。喷枪枪口延长线垂直于轧辊表面，喷涂道次为3道次。
(3)为获得表面粗糙度均匀的闪钨涂层，通过超音速压缩空气喷涂进行喷砂处理，喷砂颗粒主要成分为Al2O3，颗粒粒径为200-240目。喷枪与轧辊表面间距为180mm，喷枪枪口延长线垂直于轧辊表面，喷枪移动速度为30mm/s，送砂转速10r/min，丙烷压力为84PSI，空气压力为90PSI，氢气压力23PSI，氮气压力30PSI。最终获得的闪钨涂层厚度约30μm，表面粗糙度为1-5μm。
实施例2
本实施例中轧辊表面闪钨涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)首先用超音速压缩空气喷涂技术对轧辊表面进行喷砂处理，喷砂颗粒主要成分为Al2O3，颗粒粒径为80-100目。喷枪与轧辊表面间距为200mm，喷枪枪口延长线垂直于轧辊表面。喷枪移动速度为30mm/s，轧辊转速150r/min，送砂转速12r/min，丙烷压力为80PSI，空气压力为85PSI，氢气压力22PSI，氮气压力26PSI。
(2)采用超音速压缩空气喷涂时，先对轧辊预热1次，温度控制在100℃左右，喷枪与轧辊表面间距为180mm，喷枪移动速度为10mm/s,轧辊转速120r/min。送粉转速4r/min，丙烷压力为80PSI，空气压力为85PSI，氢气压力25PSI，氮气压力27PSI。喷枪枪口延长线垂直于轧辊表面，喷涂道次为3道次。
(3)为获得表面粗糙度均匀的闪钨涂层，通过超音速压缩空气喷涂进行喷砂处理，喷砂颗粒主要成分为Al2O3，颗粒粒径为200-240目。喷枪与轧辊表面间距为200mm，喷枪枪口延长线垂直于轧辊表面，喷枪移动速度为30mm/s，送砂转速10r/min，丙烷压力为85PSI，空气压力为90PSI，氢气压力23PSI，氮气压力30PSI。最终获得的闪钨涂层厚度约30μm，表面粗糙度为1-5μm。
可见本发明提供的超音速压缩空气喷涂技术制备闪钨涂层的方法，在轧辊表面利用超音速压缩空气喷涂技术制备WC-10Co4Cr“闪钨涂层”，获得成本低、效率高、结构致密、成分均匀的闪钨涂层，同时具有更优异的耐腐蚀性和耐磨性和超长的使用寿命。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种轧辊表面闪钨涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）通过超音速压缩空气对轧辊表面进行热喷砂处理；
（2）通过超音速压缩空气喷涂在轧辊上沉积闪钨涂层；
（3）对闪钨涂层表面进行热喷砂处理，获得目标表面粗糙度和闪钨涂层厚度；
步骤（1）中的热喷砂处理时，喷砂颗粒成分包括Al2O3，且Al2O3颗粒粒径为80~100目；
步骤（1）具体参数包括：
喷枪与轧辊表面间距为180~200 mm，喷枪移动速度为30~50 mm/s，轧辊转速120~200r/min，送砂转速 12~15 r/min，丙烷压力为70~80 PSI，空气压力为83~87 PSI，氢气压力20~25 PSI，氮气压力25~30 PSI；
步骤（2）中所述闪钨涂层的成分为WC-10Co4Cr。
2.根据权利要求1所述的一种轧辊表面闪钨涂层的制备方法，其特征在于，步骤（2）中通过超音速压缩空气喷涂技术沉积粉末，轧辊基体的温度控制在100 ℃以内，喷涂前预热1~2次。
3.根据权利要求1所述的一种轧辊表面闪钨涂层的制备方法，其特征在于，步骤（2）中通过超音速压缩空气喷涂技术沉积粉末，将粉末按沉积到轧辊基体表面。
4.根据权利要求3所述的一种轧辊表面闪钨涂层的制备方法，其特征在于，步骤（2）具体参数为：喷枪与轧辊表面间距为150~180 mm，喷枪移动速度为10~20 mm/s，轧辊转速120~240 r/min，送粉转速 2~4 r/min，丙烷压力为80~83 PSI，空气压力为83~87 PSI，氢气压力20~25 PSI，氮气压力25~30 PSI。
5.根据权利要求1所述的一种轧辊表面闪钨涂层的制备方法，其特征在于，步骤（3）中的热喷砂处理时，喷砂颗粒成分包括Al2O3，颗粒粒径为200~240目。
6.根据权利要求5所述的一种轧辊表面闪钨涂层的制备方法，其特征在于，步骤（3）具体参数为：喷枪与轧辊表面间距为150~180 mm，喷枪移动速度为30~50 mm/s，轧辊转速120~200 r/min，送砂转速 5~10 r/min，丙烷压力为82~85 PSI，空气压力为90~95 PSI，氢气压力20~25 PSI，氮气压力30~35 PSI。
7.根据权利要求1所述的一种轧辊表面闪钨涂层的制备方法，其特征在于，处理后的金属闪钨涂层的厚度为30~60 μm，表面粗糙度Ra为1~5 μm。
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