CN206858639U

CN206858639U - 一种沉没辊的多元合金涂层及喷涂用喷枪喷嘴

Info

Publication number: CN206858639U
Application number: CN201720475484.4U
Authority: CN
Inventors: 凤国保; 李志忠
Original assignee: Anhui Weilong Remanufacturing Polytron Technologies Inc
Current assignee: Anhui Weilong Remanufacturing Polytron Technologies Inc
Priority date: 2017-05-02
Filing date: 2017-05-02
Publication date: 2018-01-09
Anticipated expiration: 2027-05-02

Abstract

本实用新型公开了一种沉没辊的多元合金涂层及喷涂用喷枪喷嘴，属于沉没辊的修复技术领域。本实用新型的一种沉没辊多元合金涂层，由内向外依次为沉没辊基层、过渡层和工作层，过渡层为NiCrAlY喷涂层，在沉没辊基层喷涂NiCrAlY作为金属粘结层即过渡层，能够消除耐磨耐热工作层与沉没辊基层之间材料热膨胀系数不匹配的问题；工作层为NiCr‑Cr₃C₂复合涂层，NiCr合金具有优异的耐热、耐腐蚀、抗高温氧化等性能，而Cr₃C₂具有较好的高温硬度和抗高温氧化性，起硬质相的作用，且与锌液不相溶、不润湿，从而可大大降低因热冲击而造成的涂层剥落甚至失效，从而解决了本实用新型的技术问题。

Description

一种沉没辊的多元合金涂层及喷涂用喷枪喷嘴

技术领域

本实用新型涉及沉没辊的修复技术领域，尤其涉及一种沉没辊的多元合金涂层及喷涂用喷枪喷嘴。

背景技术

连续热镀锌生产线上的沉没辊和稳定辊由于长期工作在500℃的熔融锌液中，受到锌金属溶液的强烈腐蚀和渗透，辊面容易产生点蚀、蚀坑而变得粗糙，严重影响辊面的平整度，进而影响镀锌板的表面质量；同时钢带由辊面带动的运动速度高达35～40m/s，因此引发摩擦磨损，辊子损耗十分明显，需要经常更换，增加生产成本，影响生产效率。为了改善和提高该类辊的表面性能和使用寿命，目前常用的方法是利用热喷涂技术，在其表面热喷一层结合牢、防腐蚀、耐磨的涂层。缺陷是：热喷涂层不可避免存在大量孔隙，导致致密性差，这些孔隙的存在为锌的扩散提供了扩散通道，涂层与基体间结合力差、易脱落；喷涂时喷涂材料氧化分解率高，粉末利用率低。

除腐蚀和渗透失效外，具有涂层结构的沉没辊还面临因涂层与基体结合不良而引起的剥落等失效形式。当涂层与基体存在气泡、夹渣、分层，常会在正常磨损失效之前，引发表面裂纹或表面剥落等失效。由于沉没辊在自身残余拉应力以及循环热应力影响下，涂层结合强度以及涂层表面成分均匀性不足引起沉没辊涂层材料抗热冲击性能欠佳。有时，在实际制造沉没辊过程中，涂层材料与基体结合不良时往往出现微裂纹，微裂纹在循环热应力条件下发生蔓延扩展，以致发生剥落，甚至辊身断裂。因此，涂层材料选择以及制备工艺是非常重要的影响因素。

美国Rutger大学的Sadangi等人利用“喷雾干燥→还原分解→气相碳化”工艺制备了粒度为0.6μm的Cr₃C₂粉末(参见R.K.Sadangi，L.E.McCandlish，B.H.Kear，P.Seegopaul.Synthesisandcharacterizationofsubmicronvanadiumandchromiumcarbidegraingrowthinhibitors.AdvancesinPowderMetallurgy&ParticularMaterials，1998：P9-P15)。其工艺过程为：首先制备含Cr的前驱体溶液，然后进行喷雾干燥，再将喷雾干燥的粉末进行热解，将热解后的产物用CH4/H2混合气体进行气相碳化。该方法存在的主要问题是工艺较复杂，并且制得的碳化铬粉末的粒度偏大，不能满足碳化铬粉末在现代工业中的应用。

经检索，中国专利申请，公开号：CN103741090A，公开日：2014.04.23，公开了一种耐沉没辊和稳定辊表面涂层的喷涂方法，属于熔融态覆层材料喷镀技术领域，尤其涉及一种应用于沉没辊和稳定辊表面的高送粉率抗高温腐蚀、耐磨损涂层的喷涂方法。该方法按以下步骤进行：工件的预处理、喷涂作业、涂层表面清理、粗糙度调整、封孔处理、动平衡试检验、检验包装。喷涂时粉末利用率高，送粉率达到45％；喷涂WC基涂层时，喷涂后的WC颗粒氧化分解少，同时粘结相Co也有益于涂层内颗粒间的结合，补充涂层韧性方面的不足，涂层硬度HV1≥1050，保证涂层具有较高硬度和良好的韧性；涂层喷涂后的封孔处理，进一步填充涂层内的孔隙，孔隙率低于0.5％，防止腐蚀介质通过涂层孔隙进入腐蚀工件。但该发明采用WC/Co结合，结合强度不高，很容易因应力变化而发生剥落而失效。

实用新型内容

1.实用新型要解决的技术问题

针对现有技术中存在沉没辊辊面容易产生点蚀、蚀坑而变得粗糙以及膜层和基体结合度不高造成使用寿命短等问题，本实用新型提供了一种沉没辊的多元合金涂层及喷涂用喷枪喷嘴。它通过优化多元合金涂层成分及分布，具有良好的耐锌液腐蚀、耐磨损性能，并达到了提高粘结底层与沉没辊基层的结合强度的目的。

2.技术方案

锌液腐蚀沉没辊的机理是：Fe与Zn在高温环境中发生溶解反应，生成FeZn化合物，变成渣料进入锌液中，进而在辊面产生磨料磨损。磨损的机理主要包括磨料磨损、塑性变形、脆性断裂及脱落。影响磨损失效的主要因素是磨料与沉没辊基体显微硬度的比值、材料的机械性能等。在锌液腐蚀以及磨损的双重作用下，沉没辊表面金属不断溶解，且微粒不断与辊身分离，工作层变薄，辊身直径变小，硬度和耐磨性同步下降，当辊身直径和硬度下降到最小允许值时，即达到失效。除磨蚀磨损失效外，具有涂层结构的沉没辊还面临因涂层与基体结合不良而引起的剥落以及因涂层结构缺陷而导致的锌液浸入、涂层开裂等失效形式。当涂层结构存在较大气孔，甚至微裂纹，且与基体热应力较大时，常会在正常腐蚀磨损失效之前，引发表面涂层开裂或表面剥落等失效。

基于材料多元合金强化理论并充分考虑涂层与沉没辊基层物化性能(膨胀系数、弹性模量)匹配特征，结合沉没辊文献调研及基础数据分析，本发明对涂层材料选择与设计不仅要考虑涂层材料工作性能，如耐磨损、耐高温氧化以及耐腐蚀等性能，因沉没辊处于循环冷热交变应力作用，为防止因涂层剥落而引发的材料失效，结合强度以及涂层与沉没辊基层物化性质(膨胀系数等)相匹配是需要重点考量的因素。

因此，沉没辊涂层材料制备的重点是控制涂层材料与锌液的接触，使其不互溶、不润湿，同时应严格控制涂层的孔隙率，避免锌液浸入，与基体材料发生反应，此外，涂层与基体材料应保证冶金结合，以避免因热震而引起的涂层剥落等失效形式。因此，对于沉没辊而言，涂层材料以及制备工艺的选择与优化至为重要。

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

一种沉没辊多元合金涂层，由内向外依次为沉没辊基层、过渡层和工作层，所述过渡层为NiCrAlY喷涂层，在沉没辊基层喷涂NiCrAlY作为金属粘结层即过渡层，能够消除耐磨耐热工作层与沉没辊基层之间材料热膨胀系数不匹配的问题，以减小由工作层和沉没辊基层膨胀系数不匹配而引起的热应力，改善工作层与沉没辊基层间的力学匹配和物理相容性；所述工作层为NiCr-Cr₃C₂复合涂层，NiCr合金具有优异的耐热、耐腐蚀、抗高温氧化等性能，还起到粘结相的作用，Cr₃C₂具有较好的高温硬度和抗高温氧化性，起硬质相的作用，在涂层中还主要起到第二相粒子弥散强化的作用，与锌液不相溶、不润湿，能够解决沉没辊在高温复杂工况下极易损耗、使用寿命偏低的问题。而且，NiCr-Cr₃C₂具有与沉没辊相近的线膨胀系数，从而可大大降低因热冲击而造成的涂层剥落甚至失效，从而解决了本实用新型的技术问题。

进一步的技术方案，所述NiCrAlY喷涂层厚度为50～100μm；所述NiCr-Cr₃C₂复合涂层厚度为200～500μm，根据不同配比和喷涂方法调节厚度。

进一步的技术方案，NiCrAlY喷涂层中，Cr含量为10～30％，Al含量为0～7％；Y含量为1～3％，Al、Cr可以抑制合金层的氧化，但过高Al量会带来额外的脆性，Ni与Al发生反应，生成金属间化合物，并释放出大量热量，使粘结底层与沉没辊基层表面形成微冶金结合，从而提高粘结底层与沉没辊基层的结合强度，Y元素适当加入可有效降低材料氧化，进一步提高基体与涂层结合强度；所述NiCr-Cr₃C₂复合涂层中，Cr₃C₂含量为70～80％，NiCr为20～30％，这两个百分比范围的NiCr粘结层与NiCr-Cr₃C₂金属陶瓷具有较好的互熔性，其中Cr₃C₂含量多为80％，NiCr为20％，后续通过耐磨性等表征方法的检测，可以证明是最佳比例。

一种沉没辊的多元合金涂层的制备方法，其中，所述Cr₃C₂的制备方法为：

步骤一：混合：将重铬酸铵粉体和纳米碳黑粉体置于蒸馏水或去离子水中，混合搅拌均匀呈流体状，加入模具中压制成型呈前驱体；压制后呈块状，以方便进行急冻；

步骤二：急冻：将前驱体快速转入急冻空间中进行急冻；急冻的目的是在尽可能短的时间里让流体冻结，重铬酸铵粉体和纳米碳黑粉体搅拌均匀后迅速定位，以防止块状流体由于密度的不同而分层，造成后续冻干处理后铬源和碳源的分布不均，而造成碳化反应不均衡的不良后果；

步骤三：冻干：将急冻好的前驱体快速转入真空冷冻干燥仓中进行冻干，冻干后的块状体只是水分子升华后形成的多微孔状蜂窝块，体积变化微小，均匀的铬源和碳源定位不会发生变化，而且，冻干过程中，重铬酸铵粉体在低温下干燥过程中发生下列反应：

(NH₄)₂Cr₂O₇(s)＝Cr₂O₃(s)+N₂↑+4H₂O (2-1)

步骤四：碳化：关闭真空冷冻干燥仓冷阱，随着温度的升高，碳逐渐将铬的高价氧化物还原成铬的低价氧化物，位置固定的碳源和其周围位置也相对固定的铬源进行反应，最终生成均匀的碳化铬，而且还是纳米级的碳化铬；由于冻干后块状体微孔孔隙的均匀性，反应中热量的吸收也比较均匀，从而实现制得粒度均匀的纳米级的碳化铬的目的；

3Cr₂O₃(s)+13C(s)＝2Cr₃C₂(s)+9CO (2-2)；

3(NH₄)₂Cr₂O₇(s)+13C(s)＝2Cr₃C₂(s)+9CO+12H₂O+3N₂↑(2-3)(整体反应过程)。

进一步的制备方法，步骤一中，重铬酸铵和纳米碳黑粉体的配比为1：(0.17～0.21)，以防止碳源或铬源过多的残留；蒸馏水或去离子水用量为：粉体总重的55％～60％，对于重铬酸铵和纳米碳黑粉体的均匀混合来说，是适宜的流体成型状态范围；步骤二中急冻温度为-100～-140℃，时间为30～150min，以达到迅速和彻底形成块状体的效果；步骤四中，升温至900～1200℃进行碳化还原。

进一步的制备方法，步骤三中，冻干工艺曲线为：

A、初期：板温0℃～100℃，升温斜率2℃/min，100℃保持30～40分钟，抽真空至60Pa以内；

B、中期：板温降温至80～85℃/min，保持50～60分钟，真空控制在100Pa以内；

C、后期，板温降温至50～65℃/min，保持80～200分钟，真空控制在80Pa以内。

冻干过程中，保持物料的相对低温状态，防止反应过于强烈而导致反应不均匀；

一种沉没辊的多元合金涂层的喷涂方法，步骤为：

步骤1)前处理：将沉没辊表面机械打磨，后喷砂处理，提高喷膜的附着力；

步骤2)喷涂：用HVOF方法进行喷涂，由于本实用新型的多元合金涂层中的各种成分，均能够制得纳米级的粒度，因此，用HVOF(超音速喷涂)方法进行喷涂，效果更加明显，制得的合金涂层附着力更强，涂层的孔隙率更小。

进一步的喷涂方法，前处理中，打磨使用800#～1000#砂纸对基材表面进行打磨，用无水乙醇清洗，丙酮脱脂；将沉没辊表面机械打磨至至少Sa3级清洁度；喷砂处理使用粒径为0.1～0.5mm铸铁砂为磨粒，压缩空气压力＞0.8MPa，喷砂距离为80～100mm，喷砂角度为20°，使精糙度到达RZ40～70μm。

进一步的喷涂方法，HVOF方法中：

NiCrAlY的喷涂方法参数为：氧气流量：1900～2000SCFH；煤油流量：20～21LPH；送粉速度为：4.5～5.5RPM；喷涂距离360～380mm；

NiCr-Cr₃C₂的喷涂方法参数为：氧气流量：1800～1900SCFH；煤油流量：22～23LPH；送粉速度为：4.5～5.5RPM；喷涂距离360～380mm。

进一步的喷涂方法，还包括步骤3)：冷却后用激光器进行激光重熔工艺处理，激光功率为900～1000W，扫描速度为550～600mm/min，光斑大小10×3mm。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本实用新型的一种沉没辊多元合金涂层，在沉没辊基层喷涂NiCrAlY作为金属粘结层即过渡层，能够消除耐磨耐热工作层与沉没辊基层之间材料热膨胀系数不匹配的问题，以减小由工作层和沉没辊基层膨胀系数不匹配而引起的热应力，改善工作层与沉没辊基层间的力学匹配和物理相容性；NiCr合金还具有优异的耐热、耐腐蚀、抗高温氧化等性能，还起到粘结相的作用，Cr₃C₂具有较好的高温硬度和抗高温氧化性，起硬质相的作用，在涂层中还主要起到第二相粒子弥散强化的作用，与锌液不相溶、不润湿，能够解决沉没辊在高温复杂工况下极易损耗、使用寿命偏低的问题。而且，NiCr-Cr₃C₂具有与沉没辊相近的线膨胀系数，从而可大大降低因热冲击而造成的涂层剥落甚至失效，从而解决了本实用新型的技术问题；

(2)本实用新型的一种沉没辊多元合金涂层，可以根据不同涂层成分配比和喷涂方法调节不同的涂层厚度，以适应不同规格的沉没辊，通用性强；

(3)本实用新型的一种沉没辊多元合金涂层，膜层成分配比的限定，Al、Cr可以抑制合金层的氧化，但过高Al量会带来额外的脆性，Ni与Al发生反应，生成金属间化合物，并释放出大量热量，使粘结底层与沉没辊基层表面形成微冶金结合，从而提高粘结底层与沉没辊基层的结合强度，Al含量为0～7％的限定兼顾了两方面的因素，Y元素适当加入可有效降低材料氧化，进一步提高基体与涂层结合强度；而Al含量7％的涂层，经对比试验，效果更佳；Cr₃C₂含量为70～80％，NiCr为20～30％，这两个百分比范围限定的NiCr粘结层与NiCr-Cr₃C₂金属陶瓷具有较好的互熔性，其中Cr₃C₂含量多为80％，NiCr为20％，后续通过耐磨性等表征方法的检测，可以证明是最佳比例；

(4)本实用新型的一种沉没辊的多元合金涂层的制备方法，尤其是Cr₃C₂的冻干工艺制备方法，冻干后的前驱块状体只是水分子升华后形成的多微孔状蜂窝块，体积变化微小，均匀的铬源和碳源定位不会发生变化，位置固定的碳源和其周围位置也相对固定的铬源进行反应，最终生成均匀的碳化铬，而且还是纳米级的碳化铬；由于冻干后块状体微孔孔隙的均匀性，反应中热量的吸收也比较均匀，从而实现制得粒度均匀的纳米级的碳化铬的目的；

(5)本实用新型的一种沉没辊多元合金涂层的制备方法，冻干工艺的使用，使重铬酸铵和纳米碳黑粉体的配比限定范围可以根据化学反应式进行尽量精确的确定，避免了过多的杂质，能够防止碳源或铬源过多的残留而影响膜层质量；

(6)本实用新型的一种沉没辊多元合金涂层的制备方法，冻干过程中，加热板温度的范围限定，能够保持物料的相对低温状态(低于加热板温)，防止反应过于强烈而导致反应不均匀；

(7)本实用新型的一种沉没辊多元合金涂层的喷涂方法，用HVOF方法进行喷涂，由于本实用新型的多元合金涂层中的各种成分，均能够制得纳米级的粒度，因此，用HVOF(超音速喷涂)方法进行喷涂，效果更加明显，制得的合金涂层附着力更强，涂层的孔隙率更小；

(8)本实用新型的一种沉没辊多元合金涂层的喷涂方法，喷涂前处理以及喷涂中的各种工艺参数，均是发明人结合本发明制得的纳米级粉料，在进行了各种数据采集、分析、总结等创造性劳动的基础上获得，制得的涂层的强度达到80MPa以上，硬度达到1200HV以上，孔隙率1％以下，使用寿命较常规WC-Co涂层提高1倍以上，小型热镀锌生产线上进行实际工作，使用寿命超过25天；而且，在硬度试验：NiCr/Cr3C2-20NiCr涂层由界面至面层表面，显微硬度逐步升高，最高达1363.3HV；

(9)本实用新型的一种沉没辊多元合金涂层的喷涂方法，激光重熔工艺可使涂层与基材形成冶金结合，其合金层的金相组织均有细密的针状或枝状的共晶组织，提高了金属原子的亲和力，进而进一步提高了涂层与基材结合程度。

附图说明

图1为本实用新型的沉没辊多元合金涂层放大后结构示意图；

图2为实施例中对比例的NiCr/WC-Co涂层横截面显微硬度分布图；

图3为本实用新型的NiCrAlY/Cr3C2-20NiCr涂层横截面显微硬度分布图；

图4为涂层截面显微硬度分布统计图；

图5为本实用新型中的喷枪喷嘴结构示意图；

图6为实施例10中的陈列式喷枪喷嘴结构示意图。

图中：1、多组喷嘴；2、压缩空气进口管道；3、气体压力调节阀；4、浆料通道。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图对本实用新型作详细描述(注：如未特别注明，实施例中含量表示为重量含量)。

实施例1

本实施例的沉没辊多元合金涂层，如图1所示，由内向外依次为沉没辊基层、过渡层和工作层，所述过渡层为NiCrAl喷涂层；所述工作层为NiCr-Cr₃C₂复合涂层。

本实施例的沉没辊多元合金涂层材料准备：NiCrAl纳米粉，NiCr-Cr₃C₂混合纳米粉；

本实施例一种沉没辊的多元合金涂层的喷涂方法，步骤为：

步骤1)前处理：将沉没辊表面机械打磨，后喷砂处理；

步骤2)喷涂：用HVOF方法进行喷涂。

本实施例的沉没辊的多元合金涂层及喷涂用喷枪喷嘴，在沉没辊基层喷涂NiCrAl作为金属粘结层即过渡层，能够消除耐磨耐热工作层与沉没辊基层之间材料热膨胀系数不匹配的问题，以减小由工作层和沉没辊基层膨胀系数不匹配而引起的热应力，改善工作层与沉没辊基层间的力学匹配和物理相容性；NiCrAl合金还具有优异的耐热、耐腐蚀、抗高温氧化等性能，还起到粘结相的作用，Cr₃C₂具有较好的高温硬度和抗高温氧化性，起硬质相的作用，在涂层中还主要起到第二相粒子弥散强化的作用，能够解决沉没辊在高温复杂工况下极易损耗、使用寿命偏低的问题。而且，NiCr-Cr₃C₂具有与沉没辊相近的线膨胀系数，从而可大大降低因热冲击而造成的涂层剥落甚至失效，从而解决了本实用新型的技术问题。

实施例2

本实施例的沉没辊多元合金涂层，基本结构同实施例1，不同之处在于：过渡层为NiCrAlY喷涂层。Ni可以与Al发生反应，生成金属间化合物，并释放出大量热量，使粘结底层与沉没辊基层形成微冶金结合，而Y元素适当加入可有效降低材料氧化，进一步提高基体与涂层结合强度，从而提高粘结底层与沉没辊基层的结合强度。

实施例3

本实施例的沉没辊多元合金涂层，基本结构同实施例1，不同和改进之处在于：NiCrAlY喷涂层厚度为50μm，Cr含量为10％，Al含量为4％；Y含量为3％，Ni含量为83％；NiCr-Cr₃C₂复合涂层厚度为200μm，Cr₃C₂含量为70％，NiCr为30％，这个百分比范围的NiCr粘结层与NiCr-Cr₃C₂金属陶瓷具有较好的互熔性。

本实施例的沉没辊多元合金涂层材料准备：NiCrAlY纳米粉，NiCr-Cr₃C₂混合纳米粉，其中，纳米Cr₃C₂粉的制备方法为：

步骤一：混合：将重铬酸铵粉体和纳米碳黑粉体按重量比1：0.17的配比置于粉体总重55％的蒸馏水中，混合搅拌均匀呈流体状，加入方形模具中压制成型呈前驱体；压制后呈块状，以方便进行急冻；

步骤二：急冻：将前驱体快速转入-100℃急冻空间中进行急冻150min；急冻的目的是在尽可能短的时间里让流体冻结，重铬酸铵粉体和纳米碳黑粉体搅拌均匀后迅速定位，以防止块状流体由于密度的不同而分层，造成后续冻干处理后铬源和碳源的分布不均；

步骤三：冻干：将急冻好的前驱体快速转入真空冷冻干燥仓中进行冻干，板温控制在100℃以下，冻干后的块状体只是水分子升华后形成的多微孔状蜂窝块，体积变化微小，均匀的铬源和碳源定位不会发生变化，而且，冻干过程中，重铬酸铵粉体在低温下干燥过程中发生下列反应：

(NH₄)₂Cr₂O₇(s)＝Cr₂O₃(s)+N₂↑+4H₂O (2-1)

3Cr₂O₃(s)+13C(s)＝2Cr₃C₂(s)+9CO(2-2)(碳化反应)；

3(NH₄)₂Cr₂O₇(s)+13C(s)＝2Cr₃C₂(s)+9CO+12H₂O+3N₂↑(2-3)(整体反应过程)；

本实施例一种沉没辊的多元合金涂层的喷涂方法，步骤为：

步骤1)前处理：将沉没辊表面机械打磨，打磨使用800#～1000#砂纸对基材表面进行打磨，用无水乙醇清洗，丙酮脱脂；将沉没辊表面机械打磨至至少Sa3级清洁度；后喷砂处理，使用粒径为0.1mm铸铁砂为磨粒，压缩空气压力1.0MPa，喷砂距离为80mm，喷砂角度为20°，使精糙度到达RZ40μm；

步骤2)喷涂：用HVOF方法进行喷涂：

NiCrAlY的喷涂方法参数为：喷枪喷嘴氧气流量：1900SCFH；煤油流量：20LPH；送粉速度为：4.5RPM；喷涂距离360mm；

NiCr-Cr₃C₂的喷涂方法参数为：喷枪喷嘴氧气流量：1800SCFH；煤油流量：22LPH；送粉速度为：4.5RPM；喷涂距离360mm。

本实施例一种沉没辊的多元合金涂层，经检测：

涂层结合强度测试：根据GB/T8642-2002热喷涂抗拉结合强度的测定方法：制得的涂层的强度达到89MPa；

涂层硬度分析：采用维氏硬度计进行测量，硬度达到1200HV以上，

涂层孔隙率采用涂膏法：将含有试液的膏状物均匀涂敷在经过清洁和干燥处理的试样表面。膏状物中的试液渗入涂层孔隙，与基体金属作用，生成具有特征颜色的斑点，对膏体上有色斑点数目进行计数，即可得到涂层孔隙率，测得孔隙率0.77％；

涂层使用寿命检测：在小型热镀锌生产线上进行实际工作，使用寿命超过20天。

实施例4

本实施例的沉没辊多元合金涂层，基本结构同实施例1，不同和改进之处在于：NiCrAlY喷涂层厚度为100μm，Cr含量为30％，Y含量为3％，Ni含量为67％；NiCr-Cr₃C₂复合涂层厚度为500μm，Cr₃C₂含量为75％，NiCr为25％，这个百分比范围的NiCr粘结层与NiCr-Cr₃C₂金属陶瓷也具有较好的互熔性。

本实施例的沉没辊多元合金涂层材料准备：NiCr纳米粉，NiCr-Cr₃C₂混合纳米粉，其中，纳米Cr₃C₂粉的制备方法为：

步骤一：混合：将重铬酸铵粉体和纳米碳黑粉体按重量比1：0.21的配比置于粉体总重60％的蒸馏水中，混合搅拌均匀呈流体状，加入方形模具中压制成型呈前驱体；用2Mpa压力压制后呈块状，压至厚度为3cm，以方便进行急冻；

步骤二：急冻：将前驱体快速转入-140℃急冻空间中进行急冻30min；

步骤三：冻干：将急冻好的前驱体快速转入真空冷冻干燥仓中进行冻干，冻干工艺曲线为：

A、初期：板温0℃～100℃，升温斜率2℃/min，100℃保持30分钟，抽真空至60Pa以内；

B、中期：板温降温至80℃/min，保持60分钟，真空控制在100Pa以内；

C、后期，板温降温至50℃/min，保持200分钟，真空控制在80Pa以内。

步骤四：碳化：关闭真空冷冻干燥仓冷阱，采用快速升温后再阶段式降温的模式，30分钟内升温至1200℃保持30分钟，10分钟内降温至1100℃再保持40分钟，10分钟内再降温至1000℃保温20分钟，10分钟内再降温至900℃保持10分钟，这种阶段式降温的优点是，保持反应的稳定性，进而可以保证碳化反应的均匀性以及实现制得粒度更加均匀的纳米级的碳化铬，经SEM扫描电镜检测，颗粒尺寸大约为35-40nm之间，粒度差距较小。

本实施例一种沉没辊的多元合金涂层的喷涂方法，步骤为：

步骤1)前处理：将沉没辊表面机械打磨，打磨使用1000#砂纸对基材表面进行打磨，用无水乙醇清洗，丙酮脱脂；将沉没辊表面机械打磨至至少Sa3级清洁度；后喷砂处理，使用粒径为0.5mm铸铁砂为磨粒，压缩空气压力1.2MPa，喷砂距离为100mm，喷砂角度为20°，使精糙度到达RZ70μm；

步骤2)喷涂：用HVOF方法进行喷涂：

NiCrY的喷涂方法参数为：氧气流量：2000SCFH；煤油流量：21LPH；送粉速度为：5.5RPM；喷涂距离380mm；

NiCr-Cr₃C₂的喷涂方法参数为：氧气流量：1900SCFH；煤油流量：23LPH；送粉速度为：5.5RPM；喷涂距离380mm。

本实施例一种沉没辊的多元合金涂层，经检测：

涂层结合强度测试：根据GB/T8642-2002热喷涂抗拉结合强度的测定方法：制得的涂层的强度达到97MPa；

涂层硬度分析：采用维氏硬度计进行测量，硬度达到1300HV以上，

涂层孔隙率采用涂膏法：将含有试液的膏状物均匀涂敷在经过清洁和干燥处理的试样表面。膏状物中的试液渗入涂层孔隙，与基体金属作用，生成具有特征颜色的斑点，对膏体上有色斑点数目进行计数，即可得到涂层孔隙率，测得孔隙率0.87％；

涂层使用寿命检测：在小型热镀锌生产线上进行实际工作，使用寿命超过28天。

检测时，发明人还研究了涂层在500℃(每隔10min淬火一次)高温条件下的热震性能，NiCr/Cr3C2-25NiCr涂层经50余次循环而不发生剥落。

强度试验：采用E-7胶作为粘结剂，固化后开展拉伸实验，以0.1mm/min速率拉伸，拉伸强度为97.5MPa时，粘结试样发生断裂，断裂面为胶结层内，表明涂层结合强度大于97.5MPa。

实施例5

本实施例的沉没辊多元合金涂层，基本结构同实施例1，不同和改进之处在于：NiCrAlY喷涂层厚度为75μm，Cr含量为20％，Al含量为5％；Y含量为2％，Ni含量为75％；NiCr-Cr₃C₂复合涂层厚度为300μm，Cr₃C₂含量为80％，NiCr为20％。

步骤一：混合：将重铬酸铵粉体和纳米碳黑粉体按重量比1：0.19的配比置于粉体总重60％的蒸馏水中，混合搅拌均匀呈流体状，加入方形模具中压制成型呈前驱体；用1.2Mpa压力压制后呈块状，压至厚度为2cm，以方便进行急冻；

步骤二：急冻：将前驱体快速转入-120℃急冻空间中进行急冻80min；

A、初期：板温0℃～100℃，升温斜率2℃/min，100℃保持40分钟，抽真空至60Pa以内；

B、中期：板温降温至85℃/min，保持50分钟，真空控制在100Pa以内；

C、后期，板温降温至55℃/min，保持120分钟，真空控制在80Pa以内。

步骤四：碳化：关闭真空冷冻干燥仓冷阱，采用快速升温后再阶段式降温的模式，40分钟内升温至1200℃保持25分钟，10分钟内降温至1100℃再保持45分钟，10分钟内再降温至1000℃保温30分钟，5分钟内再降温至900℃保持5分钟，这种阶段式降温的优点是，保持反应的稳定性，进而可以保证碳化反应的均匀性以及实现制得粒度更加均匀的纳米级的碳化铬，经SEM扫描电镜检测，颗粒尺寸大约为35-40nm之间，粒度差距较小。

本实施例一种沉没辊的多元合金涂层的喷涂方法，步骤为：

步骤1)前处理：将沉没辊表面机械打磨，打磨使用900#砂纸对基材表面进行打磨，用无水乙醇清洗，丙酮脱脂；将沉没辊表面机械打磨至至少Sa3级清洁度；后喷砂处理，使用粒径为0.25mm铸铁砂为磨粒，压缩空气压力1.0MPa，喷砂距离为90mm，喷砂角度为20°，使精糙度到达RZ50μm；

步骤2)喷涂：用HVOF方法进行喷涂：

NiCrAlY的喷涂方法参数为：喷枪喷嘴氧气流量：1950SCFH；煤油流量：20.82LPH；送粉速度为：5.0RPM；喷涂距离380mm；

NiCr-Cr₃C₂的喷涂方法参数为：喷枪喷嘴氧气流量：1850SCFH；煤油流量：22.7LPH；送粉速度为：5.0RPM；喷涂距离380mm；

本实施例一种沉没辊的多元合金涂层，经检测：

涂层结合强度测试：根据GB/T8642-2002热喷涂抗拉结合强度的测定方法：制得的涂层的强度达到103.6MPa；

涂层硬度分析：采用维氏硬度计进行测量，硬度达到1350HV以上，

使用寿命评价方法：依据高温锌液腐蚀实验。课题试制一台高温锌液腐蚀实验装置，沉没辊试样可置于锌液中转动，以模拟实际服役环境。将对比涂层分别进行模拟实验，核算涂层的使用时间。或在条件允许情况下，在小型热镀锌生产线上进行实际工作，使用寿命超过25天(目前沉没辊使用周期约为8～12天)

检测时，发明人还研究了涂层在500℃(每隔10min淬火一次)高温条件下的热震性能，NiCr/Cr3C2-25NiCr涂层经60余次循环而不发生剥落。

强度试验：采用E-7胶作为粘结剂，固化后开展拉伸实验，以0.1mm/min速率拉伸，拉伸强度为107.5MPa时，粘结试样发生断裂，断裂面为胶结层内，表明涂层结合强度大于107.5MPa。

实施例6

本实施例的沉没辊多元合金涂层，基本结构同实施例1，不同和改进之处在于：NiCrAl喷涂层厚度为85μm，Cr含量为20％，Ni含量为72.5％，Al含量为7％；NiCr-Cr₃C₂复合涂层厚度为350μm，Cr₃C₂含量为80％，NiCr为20％。

本实施例的沉没辊多元合金涂层材料准备：NiCrAl纳米粉，NiCr-Cr₃C₂混合纳米粉，其中，纳米Cr₃C₂粉的制备方法为：

步骤一：混合：将重铬酸铵粉体和纳米碳黑粉体按重量比1：0.20的配比置于粉体总重60％的蒸馏水中，混合搅拌均匀呈流体状，加入方形模具中压制成型呈前驱体；用1.4Mpa压力压制后呈块状，压至厚度为2.5cm，以方便进行急冻；

步骤二：急冻：将前驱体快速转入-110℃急冻空间中进行急冻90min；

A、初期：板温0℃～100℃，升温斜率2℃/min，100℃保持35分钟，抽真空至60Pa以内；

B、中期：板温降温至80℃/min，保持50分钟，真空控制在100Pa以内；

C、后期，板温降温至60℃/min，保持100分钟，真空控制在80Pa以内。

步骤四：碳化：关闭真空冷冻干燥仓冷阱，采用快速升温后再阶段式降温的模式，40分钟内升温至1200℃保持25分钟，10分钟内降温至1100℃再保持45分钟，10分钟内再降温至1000℃保温30分钟，5分钟内再降温至900℃保持5分钟，这种阶段式降温的优点是，保持反应的稳定性，进而可以保证碳化反应的均匀性以及实现制得粒度更加均匀的纳米级的碳化铬，经SEM扫描电镜检测，颗粒尺寸大约为30-35nm之间，粒度差距较小。

本实施例一种沉没辊的多元合金涂层的喷涂方法，步骤为：

步骤1)前处理：将沉没辊表面机械打磨，打磨使用900#砂纸对基材表面进行打磨，用无水乙醇清洗，丙酮脱脂；将沉没辊表面机械打磨至至少Sa3级清洁度；后喷砂处理，使用粒径为0.15mm铸铁砂为磨粒，压缩空气压力1.3MPa，喷砂距离为80mm，喷砂角度为20°，使精糙度到达RZ40μm；

步骤2)喷涂：用HVOF方法进行喷涂：

步骤3)：冷却后用激光器进行激光重熔工艺处理，激光功率为900W，扫描速度为550mm/min，光斑大小10×3mm。

对比试验：NiCr/WC-Co涂层，粒度、厚度及工艺参数相同，制得的NiCr/WC-Co涂层，采用金相显微硬度分析，如图2所示，由界面至面层表面，硬度为236.5、271.5、361.2、525.4、608.7、844.7。

本实施例的多元合金涂层采用金相显微硬度分析，如图3所示，由界面至面层表面，硬度为253.4、334.1、751.2、1004.4、1122.9、1363.3。

两种涂层截面硬度多点数据采集整理结果如图4所示，可以看出，本发明的NiCr/Cr₃C₂-20NiCr涂层由界面至面层表面，显微硬度逐步升高，最高达1363.3HV。

强度试验：采用E-7胶作为粘结剂，固化后开展拉伸实验，以0.1mm/min速率拉伸，拉伸强度为115.0MPa时，粘结试样发生断裂，断裂面为胶结层内，表明涂层结合强度大于115.0MPa。

实施例7

本实施例的沉没辊多元合金涂层，基本结构同实施例1，不同和改进之处在于：NiCrAlY喷涂层厚度为75μm，Cr含量为20％，Ni含量为78％，Al含量为1％，Y含量为1％；NiCr-Cr₃C₂复合涂层厚度为300μm，Cr₃C₂含量为80％，NiCr为20％。

步骤一：混合：将重铬酸铵粉体和纳米碳黑粉体按重量比1：0.18的配比置于粉体总重60％的蒸馏水中，混合搅拌均匀呈流体状，加入方形模具中压制成型呈前驱体；用1.1Mpa压力压制后呈块状，压至厚度为3cm，以方便进行急冻；

步骤二：急冻：将前驱体快速转入-130℃急冻空间中进行急冻100min；

本实施例一种沉没辊的多元合金涂层的喷涂方法，步骤为：

步骤1)前处理：将沉没辊表面机械打磨，打磨使用900#砂纸对基材表面进行打磨，用无水乙醇清洗，丙酮脱脂；将沉没辊表面机械打磨至至少Sa3级清洁度；后喷砂处理，使用粒径为0.20mm铸铁砂为磨粒，压缩空气压力1.3MPa，喷砂距离为95mm，喷砂角度为20°，使精糙度到达RZ60μm；

步骤2)喷涂：用HVOF方法进行喷涂：

本实施例一种沉没辊的多元合金涂层，经检测：

涂层结合强度测试：根据GB/T8642-2002热喷涂抗拉结合强度的测定方法：制得的涂层的强度达到104.2MPa；

涂层硬度分析：采用维氏硬度计进行测量，硬度达到1310HV以上，

涂层孔隙率采用涂膏法：将含有试液的膏状物均匀涂敷在经过清洁和干燥处理的试样表面。膏状物中的试液渗入涂层孔隙，与基体金属作用，生成具有特征颜色的斑点，对膏体上有色斑点数目进行计数，即可得到涂层孔隙率，测得孔隙率1.37％；

涂层使用寿命检测：在小型热镀锌生产线上进行实际工作，使用寿命超过30天。

实施例8

本实施例的沉没辊多元合金涂层，基本结构同实施例1，不同和改进之处在于：NiCrAlY喷涂层厚度为85μm，Cr含量为20％，Ni含量为72.5％，Al含量为5.5％，Y含量为2.0％；NiCr-Cr₃C₂复合涂层厚度为450μm，Cr₃C₂含量为80％，NiCr为20％。

本实施例一种沉没辊的多元合金涂层的喷涂方法，步骤为：

步骤2)喷涂：用HVOF方法进行喷涂：

步骤3)：冷却后用激光器进行激光重熔工艺处理，激光功率为1000W，扫描速度为550mm/min，光斑大小10×3mm。

实施例9

本实施例的沉没辊的多元合金涂层及喷涂用喷枪喷嘴，基本结构同实施例8，不同和改进之处在于：喷枪喷嘴采用如图5所示的多组喷嘴1的结构，喷涂效率高，喷涂均匀；多组喷嘴1固定于截面呈手电筒状的浆料通道4外开的喇叭口端，浆料通道4颈部外开压缩空气进口管道2，并由压缩空气进口管道2侧开的气体压力调节阀3调节压力。

步骤3)：冷却后用激光器进行激光重熔工艺处理，激光功率为900W，扫描速度为600mm/min，光斑大小10×3mm。

实施例10

本实施例的沉没辊的多元合金涂层及喷涂用喷枪喷嘴，基本结构同实施例9，不同和改进之处在于：步骤3)：冷却后用激光器进行激光重熔工艺处理，激光功率为950W，扫描速度为580mm/min，光斑大小10×3mm。

如图5所示，锥型入口具有一定集束作用，喉管设计可以加强浆料的冲蚀能力，同时也可以使其在喷枪喷嘴截面上的分布更为均匀。多喷嘴设计采用如图6所示的阵列式喷枪喷嘴，浆体经磨液泵抽取进入管道，在进入喷枪喷嘴前，压缩气流由颈部进入，产生边界层的紊流扩散作用，将与磨液泵抽取的浆料发生能量及动量交换，可以使混合浆料分布分为均匀。阵列式喷枪喷嘴可以减小混合区(类似于喉管)长度，并使喷射冲蚀保持相对一致性。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种沉没辊的多元合金涂层，其特征在于，由内向外依次为沉没辊基层、过渡层和工作层，所述过渡层为NiCrAlY喷涂层；所述工作层为NiCr-Cr₃C₂复合涂层。

2.根据权利要求1所述的沉没辊的多元合金涂层，其特征在于：所述NiCrAlY喷涂层厚度为50～100μm；所述NiCr-Cr₃C₂复合涂层厚度为200～500μm。

3.一种喷涂用喷枪喷嘴，其特征在于，多组喷嘴（1）固定于截面呈手电筒状的浆料通道（4）外开的喇叭口端，浆料通道（4）颈部外开压缩空气进口管道（2），并由压缩空气进口管道（2）侧开的气体压力调节阀（3）调节压力。

4.根据权利要求3所述的喷涂用喷枪喷嘴，其特征在于，所述多组喷嘴（1）为阵列式喷枪喷嘴。