CN118109776A - 用于锌锅辊轴衬套增强复合涂层的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于锌锅辊轴衬套增强复合涂层的制备方法，本方法采用热喷涂技术在轴衬套基体表面制备镍基打底结合层、钴基合金中间过渡层、纳米陶瓷增强硬质钴基合金工作层，形成耐熔融金属浸蚀的纳米陶瓷增强复合涂层，并经高温真空重熔热处理，对轴衬套表面的复合涂层进行抛磨加工处理至与锌锅辊的装配尺寸。本方法制备的涂层具有更高的硬度，更好的耐磨性、耐蚀性、抗高温氧化性等综合性能，提高辊轴衬套的使用寿命，尤其满足热镀铝硅、高铝锌等新型产线更苛刻的工况要求。

Description

用于锌锅辊轴衬套增强复合涂层的制备方法

技术领域

本发明涉及材料表面改性技术领域，尤其涉及一种用于锌锅辊轴衬套增强复合涂层的制备方法。

背景技术

在连续热镀锌生产线中，熔融金属液对锌锅中各部件都具有强烈的高温腐蚀性，特别是锌锅辊轴衬套是带钢连续热镀锌生产线中的重要消耗部件。锌锅辊轴衬套完全淹没在熔融锌铝液的高温高应力环境下，不仅承受磨损，还会与锌液材料发生反应生成金属间化合物并充当磨屑，从而加剧磨损过程，因此受到熔融锌铝液的浸蚀以及辊轴衬套间的滑动摩擦磨损、磨粒磨损，辊轴衬套会很快失效，直接影响镀锌板的质量和产量，特别是对高质量的热镀锌汽车车身外板的生产起到至关重要的影响。

锌锅部件的性能特别是辊轴衬套的好坏直接影响机组的作业时间和镀层产品质量，特别关注在熔融金属液合金中稳定且有较好耐磨性的耐高温耐腐蚀合金、金属陶瓷、陶瓷材料等。中国专利文献CN110923608A公开了一种采用热喷涂TiC-Fe陶瓷涂层并进行热处理烧结的轴套制备方法，CN109898046A公开了一种采用热喷涂方式制备钴基合金硬质层并真空热处理的轴套制备方法，CN104278268B公开了一种采用等离子堆焊进行多层钴基涂层制备的方法，CN103305831A公开了一种激光熔覆制备钴基金属陶瓷合金涂层的轴套制备方法，以上专利文献采用在基体上堆焊、激光熔覆、喷涂等技术对轴套进行表面强化处理，在一定程度上提高了轴套的耐腐蚀耐磨损性能以及使用寿命。但随着连续热镀锌机组效率的提高，带钢速度和张力大为增加，对热镀产品质量要求越来越高，辊轴衬套使用寿命要求越来越长，尤其是热镀铝硅、高铝锌新型产线的发展，现有辊轴衬套不能满足实际使用要求，需开发具有强耐熔融金属腐蚀磨损复合涂层增强锌锅辊轴衬套的使用性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于锌锅辊轴衬套增强复合涂层的制备方法，本方法制备的涂层具有更高的硬度，更好的耐磨性、耐蚀性、抗高温氧化性等综合性能，提高辊轴衬套的使用寿命，尤其满足热镀铝硅、高铝锌等新型产线更苛刻的工况要求。

为解决上述技术问题，本发明用于锌锅辊轴衬套增强复合涂层的制备方法包括如下步骤：

步骤一、按锌锅辊装配尺寸要求制备轴衬套坯料，机加工至喷涂前尺寸，并进行除油及喷砂预处理；

步骤二、在轴衬套基体表面采用热喷涂技术制备打底结合层，打底结合层材料为镍基合金粉末，其组分重量百分比为：Cr3～6%、Si2～4%、B1～2%、C<0.2%、Fe<1%，余量为Ni，打底结合层厚度为0.1～0.2mm；

步骤三、在打底结合层表面采用热喷涂技术制备中间过渡层，中间过渡层材料为钴基合金粉末，其组分重量百分比为：Ni10～15%、Cr15～20%、W5～15%、B2～3%、Si2～3%、C0.5～1.5%、Mo0～0.5%，余量为Co，中间过渡层厚度为0.5～1.0mm；

步骤四、在中间过渡层表面采用热喷涂技术制备工作层，工作层材料为纳米陶瓷增强钴基硬质合金粉末，由钴基合金粉体和纳米陶瓷粉体混合，其中纳米陶瓷粉体重量百分比占10～30%；钴基合金粉体的组分重量百分比为：Ni10～15%、Cr15～20%、W5～15%、B2～3%、Si2～3%、C0.5～1.5%、Mo0～0.5%，余量为Co；纳米陶瓷粉体为SiC、WC、TiN、ZrO₂碳化物、氮化物、氧化物陶瓷中的一种或几种组合，其粒度为50～100nm，工作层厚度为0.5～1.0mm；

步骤五、将轴衬套经过1100～1200℃真空重熔热处理，在轴衬套表面形成均匀致密硬质层，并对轴衬套表面硬质层按装配尺寸要求进行抛磨机加工处理至与锌锅辊的装配尺寸。

由于本发明用于锌锅辊轴衬套增强复合涂层的制备方法采用了上述技术方案，即本方法采用热喷涂技术在轴衬套基体表面制备镍基打底结合层、钴基合金中间过渡层、纳米陶瓷增强硬质钴基合金工作层，形成耐熔融金属浸蚀的纳米陶瓷增强复合涂层，并经高温真空重熔热处理，对轴衬套表面的复合涂层进行抛磨加工处理至与锌锅辊的装配尺寸。本方法制备的涂层具有更高的硬度，更好的耐磨性、耐蚀性、抗高温氧化性等综合性能，提高辊轴衬套的使用寿命，尤其满足热镀铝硅、高铝锌等新型产线更苛刻的工况要求。

具体实施方式

实施例1：

按锌锅辊装配要求制备轴衬套坯料，机加工至喷涂前尺寸，并进行除油及喷砂预处理；

轴衬套基体表面采用粉末火焰喷涂技术制备打底结合层，打底结合层材料为镍基合金粉末，其组分重量百分比为：Cr4%、Si2%、B1.4%、C0.05%、Fe0.5%，余量为Ni，涂层厚度为0.15mm；

采用粉末火焰喷涂技术制备中间过渡层，中间过渡层材料为钴基合金粉末，其组分重量百分比为：Ni12%、Cr17%、W10%、B2%、Si3%、C1.2%、Mo0.3%，余量为Co，涂层厚度为1.0mm；

采用粉末火焰喷涂技术制备纳米陶瓷增强硬质工作层，工作层材料为纳米陶瓷增强钴基硬质合金粉末，由钴基合金粉体和纳米陶瓷粉体混合，纳米陶瓷粉体重量百分比占15%，钴基合金粉体组分与中间过渡层相同，纳米陶瓷粉体选用WC陶瓷颗粒，粒度为50～100nm，工作层厚度为0.8mm；

经过1100～1200℃真空重熔热处理，形成均匀致密硬质层，并对其表面硬质层按装配尺寸要求进行抛磨机加工处理。

实施例2：

按锌锅辊装配要求制备轴衬套坯料，机加工至喷涂前尺寸，并进行除油及喷砂预处理；

轴衬套基体表面采用超音速火焰喷涂技术制备打底结合层，打底结合层材料为镍基合金粉末，其组分重量百分比为：Cr5%、Si3%、B1.7%、C0.15%、Fe0.8%，余量为Ni，涂层厚度0.1mm；

采用超音速火焰喷涂技术制备中间过渡层，中间过渡层材料为钴基合金粉末，其组分重量百分比为：Ni14%、Cr20%、W15%、B3%、Si2.5%、C1.5%、Mo0.5%，余量为Co，涂层厚度0.7mm；

采用超音速火焰喷涂技术制备纳米陶瓷增强硬质工作层，工作层材料为纳米陶瓷增强钴基硬质合金粉末，由钴基合金粉体和纳米陶瓷粉体混合，纳米陶瓷粉体重量百分比占25%，钴基合金粉末组分与中间过渡层相同，纳米陶瓷粉体选用TiN陶瓷颗粒，粒度为50～100nm，工作层厚度为0.5mm；

经过1100～1200℃真空重熔热处理，形成均匀致密硬质层，并对其表面硬质层按装配尺寸要求进行抛磨机加工处理。

采用本方法制备的纳米陶瓷增强复合涂层，由于纳米陶瓷颗粒的加入在高温热处理时影响原钴基涂层的凝结特性，纳米陶瓷颗粒阻碍原柱状晶的生长，且纳米陶瓷颗粒本身可形成新的形核质点，促进细等轴晶的生成，形成细晶强化；纳米陶瓷颗粒高温分解与其它合金元素反应产生一定量的化合物，这些新形成的硬质相与部分没有分解的纳米陶瓷颗粒起到固溶强化与弥散强化作用。

按本方法制备的耐熔融金属浸蚀纳米陶瓷增强复合涂层锌锅辊轴衬套涂层，钴基复合涂层与基体形成冶金结合，显微组织致密，孔隙率低，加入纳米陶瓷增强颗粒，起到细晶强化、固溶强化与弥散强化作用，其硬度、耐磨性、耐蚀性、抗高温氧化性等综合性能更佳，提高轴衬套产品使用寿命，满足产线工况要求。

Claims (1)

1.一种用于锌锅辊轴衬套增强复合涂层的制备方法，其特征在于本方法包括如下步骤：

步骤一、按锌锅辊装配尺寸要求制备轴衬套坯料，机加工至喷涂前尺寸，并进行除油及喷砂预处理；

步骤二、在轴衬套基体表面采用热喷涂技术制备打底结合层，打底结合层材料为镍基合金粉末，其组分重量百分比为：Cr3～6%、Si2～4%、B1～2%、C<0.2%、Fe<1%，余量为Ni，打底结合层厚度为0.1～0.2mm；

步骤三、在打底结合层表面采用热喷涂技术制备中间过渡层，中间过渡层材料为钴基合金粉末，其组分重量百分比为：Ni10～15%、Cr15～20%、W5～15%、B2～3%、Si2～3%、C0.5～1.5%、Mo0～0.5%，余量为Co，中间过渡层厚度为0.5～1.0mm；

步骤四、在中间过渡层表面采用热喷涂技术制备工作层，工作层材料为纳米陶瓷增强钴基硬质合金粉末，由钴基合金粉体和纳米陶瓷粉体混合，其中纳米陶瓷粉体重量百分比占10～30%；钴基合金粉体的组分重量百分比为：Ni10～15%、Cr15～20%、W5～15%、B2～3%、Si2～3%、C0.5～1.5%、Mo0～0.5%，余量为Co；纳米陶瓷粉体为SiC、WC、TiN、ZrO₂碳化物、氮化物、氧化物陶瓷中的一种或几种组合，其粒度为50～100nm，工作层厚度为0.5～1.0mm；

步骤五、将轴衬套经过1100～1200℃真空重熔热处理，在轴衬套表面形成均匀致密硬质层，并对轴衬套表面硬质层按装配尺寸要求进行抛磨机加工处理至与锌锅辊的装配尺寸。