TW201915194A - 具有保護性塗層的工件及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種具有保護性塗層的工件及其製造方法，藉由具有特定含量之氧化物及合金的塗層材料形成保護性塗層在工件上，使得工件具有耐高溫、耐磨耗及抗沾黏的特性。

Description

具有保護性塗層的工件及其製造方法

本發明是關於一種保護性塗層，特別是關於一種具有保護性塗層的工件及其製造方法。

在鋼材的製造過程中，鋼帶須經過連續退火製程，使鋼帶變軟，以便進行後續的加工。一般而言，退火製程係在高溫爐中利用輥輪帶動鋼帶。因此，輥輪必須足以承受退火製程的高溫(例如：900℃)。再者，輥輪表面與鋼帶因高速移動產生摩擦，故輥輪表面會有嚴重的磨耗問題。當輥輪表面粗糙度劣化後，則輥輪對鋼帶的抓附力下降，便會損及爐輥對鋼帶張力的控制與導正功能。

上述問題除了易使鋼帶產生摩擦印痕及刮痕等表面缺陷之外，亦大幅提高發生斷帶等操作問題的頻率。除此之外，隨著高強度鋼的開發，鋼材所添加的合金元素隨之增加，有些合金元素容易與輥輪表面發生反應而累積在輥輪表面上，形成凸起的結瘤。在輥輪表面上的結瘤往往會壓印或刮傷因加熱而變軟的鋼帶，使得鋼帶表面形成缺陷。更甚 者，前述缺陷即使在經過後續調質軋延(skin pass)或硬化冷軋機(temper mill)仍難以消除。

有鑑於此，亟須提供一種具有保護性塗層的工件及其製造方法，以使工件在高溫環境中，可同時兼具耐磨耗及抗金屬沾黏的特性。

本發明之一態樣是提供一種具有保護性塗層之工件的製造方法，其係利用熱熔射技術將包含特定含量之氧化物及合金的塗層材料噴塗至工件上。

本發明之另一態樣是提供一種具有保護性塗層的工件，其係利用上述態樣提供之方法所製得。

根據本發明之一態樣，提供一種具有保護性塗層之工件的製造方法。方法包含提供工件，以及利用熱熔射技術噴塗塗層材料。工件係包含至少一粗糙表面，且塗層材料係被噴塗至前述至少一粗糙表面上，而形成具有保護性塗層的工件。塗層材料係包含氧化物以及合金，其中基於塗層材料為100wt%，氧化物為7wt%至12wt%。基於前述合金為100wt%，合金係包含50wt%至67wt%的鈷、20wt%至28wt%的鉻、5wt%至10wt%的鋁、5wt%至10wt%的鉭以及不大於2wt%的釔。

根據本發明之一實施例，上述氧化物係選自於包含氧化鋁、氧化釔、三氧化二鉻及氧化鋯所組成之一族群。

根據本發明之一實施例，上述熱熔射技術包含 火焰熔射、高速火焰熔射方法、電漿熔射及電弧熔射。

根據本發明之一實施例，上述熱熔射技術為高速火焰熔射。

根據本發明之一實施例，上述熱熔射技術之溫度係大於或等於1600℃。

根據本發明之一實施例，上述熱熔射技術之溫度為1600℃至2000℃。

根據本發明之一實施例，上述工件之材料包含不銹鋼及碳鋼。

根據本發明之另一態樣，提供一種具有保護性塗層的工件，其係利用上述態樣提供之方法所製得。

根據本發明之一實施例，上述保護性塗層之厚度為150μm至200μm。

應用本發明之具有保護性塗層的工件及其製造方法，藉由具有特定含量之氧化物及合金的塗層材料形成保護性塗層在工件上，使得工件在高溫環境中，可同時兼具耐磨耗及抗金屬沾黏的特性，藉以延長工件在高溫環境下的使用壽命。

100‧‧‧方法

110‧‧‧提供工件之步驟

120‧‧‧利用熱熔射技術將塗層材料噴塗至工件上，以形成具有保護性塗層的工件之步驟

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：[圖1]係繪示根據本發明之一實施例之具有保護性塗層之工件的製造方法的流程圖。

承上所述，本發明提供一種具有保護性塗層的工件及其製造方法，藉由具有特定含量之氧化物及合金的塗層材料形成保護性塗層在工件上，以使工件具有耐高溫、耐磨耗及抗金屬沾黏的特性。

請參閱圖1，其係繪示根據本發明之一實施例之具有保護性塗層之工件的製造方法100的流程圖。首先，進行步驟110，提供工件，其中工件須包含至少一粗糙表面。在一實施例中，在步驟110之前，對工件進行噴砂處理，使工件表面粗化，以使表面的接觸面積及不規則形狀增加，進而提高後續在工件表面上形成之塗層的品質。在另一實施例中，在步驟110之前，對工件進行清潔處理，以清潔工件表面，主要包含去除表面的水分、油脂、氧化膜等污垢。在一實施例中，工件的材料為不銹鋼及/或碳鋼，然而本發明不以此為限。

接著，進行步驟120，利用熱熔射(thermal spray)技術將塗層材料噴塗至工件上，以形成具有保護性塗層的工件。塗層材料須噴塗至工件的粗糙表面上，以在工件表面上形成附著力較佳的塗層。在一實施例中，塗層材料包含氧化物及合金，其中氧化物占塗層材料的7wt%至12wt%。塗層材料中的氧化物有助於提升塗層的高溫穩定性及抗沾黏性。若氧化物在塗層材料中的含量太少(例如小於7wt%)或太多(例如大於12wt%)時，則無法有效增加所形成 之塗層的高溫穩定效果及抗沾黏效果。在一實施例中，氧化物係選自於包含氧化鋁、氧化釔、三氧化二鉻及氧化鋯所組成之一族群。

在一實施例中，以上述塗層材料中的合金為100wt%時，合金包含50wt%至67wt%的鈷(較佳為52wt%至64wt%的鈷)、20wt%至28wt%的鉻(較佳為23wt%至27wt%的鉻)、5wt%至10wt%的鋁(較佳為6wt%至9wt%的鋁)、5wt%至10wt%的鉭(較佳為6wt%至8wt%的鉭)以及不大於2wt%的釔。

若鈷的含量小於50wt%，則所形成之塗層的耐高溫穩定性較差；若鈷的含量大於67wt%，亦不會有較佳的耐高溫穩定性。若鉻的含量小於22wt%，則所形成之塗層的耐高溫穩定性較差；若鉻的含量大於28wt%，亦不會有較佳的耐高溫穩定性。在一實施例中，合金中釔的含量較佳為大於0wt%且小於或等於2wt%，更佳為大於0wt%且小於或等於1wt%。在一實施例中，釔在經過熱熔射技術後，可能在塗層中形成氧化釔，故添加釔有助於塗層具有抗金屬沾黏的效果。然而，若添加過量的釔，例如大於2wt%，並無法使塗層的抗金屬沾黏效果更好，僅是徒增製程成本。

在一實施例中，上述熱熔射技術包含火焰熔射(flame spray)、高速火焰熔射(high velocity oxy-fuel，HVOF)、電漿熔射(plasma spray)及電弧熔射(arc spray)。熱熔射技術係先將塗層材料加熱成熔融態後，藉由氣體的推力，將熔融的塗層材料噴塗至工件表面形成粉末顆 粒，重疊的粉末顆粒彼此之間以物理性咬合，並與工件的粗糙表面互相咬合，而於工件表面形成良好結合之塗層。在一實施例中，熱熔射技術的加熱溫度為大於或等於1600℃，較佳為1600℃至2000℃。此加熱溫度可使塗層材料中的合金加熱成熔融態，但氧化物不熔化，故添加合金可用以在較低的溫度下使塗層材料熔融，以將氧化物一起噴塗至工件表面。

在一實施例中，熱熔射技術為高速火焰熔射。高速火焰熔射係以特定比例的煤油燃料及氧氣或丙烯及氧氣，並將上述塗層材料之粉末導入管中，點火後，超音速的爆波同時加速及加熱粉末，使熔融粉末以高速撞擊工件表面。當撞擊時，動能會瞬間轉換成壓力及熱能，進而在工件表面冷卻而形成緻密的塗層。因此，利用高速火焰熔射可使塗層具有較佳之結合性、緻密度、硬度及表面平整性。在一具體例中，高速火焰熔射係利用JP5000型高速火焰熔射槍。在一實施例中，高速火焰熔射槍與工件的距離為300mm至400mm，較佳為300mm至380mm。在一實施例中，高速火焰熔射槍的煤油流量為25L/hr至29L/hr，而氧氣流量為850NLPM(normal liter per minute)至950NLPM。在一具體例中，高速火焰熔射槍的煤油流量為28L/hr，而氧氣流量為925NLPM。

利用上述之方法100所製得之具有保護性塗層的工件係具有耐高溫、耐磨耗及抗金屬沾黏的特性。在一實施例中，塗層的厚度為150μm至200μm。若塗層的厚度太 薄，例如小於150μm，則使用壽命較短；若塗層的厚度太厚，例如大於200μm，則製作成本太高。

以下利用數個實施例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，本發明技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。

首先，提供二個相同的不銹鋼材。接著，以熔射方法分別噴塗二種塗層材料至二個不銹鋼材表面。實施例的塗層材料包含10wt%的氧化鋁及90wt%的合金，其中基於合金為100wt%時，合金包含25wt%的鉻、7wt%的鋁、8wt%的鉭、0.4wt%的釔及其餘量為鈷。比較例係利用目前市售的塗層材料，其係包含16wt%的鉻、4wt%的鐵、4wt%的矽、3wt%的硼、0.9wt%的碳及其餘量為鎳。

在實施例及比較例的塗層製作完成後，分別獲得實施例及比較例的工件，其中塗層厚度皆為150μm。在塗層之表面上塗抹氧化鐵粉，並置於通氮氣進行保護的熱處理爐內。在900℃的溫度下讓氧化鐵與塗層反應8天，降低爐溫至室溫後，取出工件並清除工件上的鐵粉，可發現實施例的工件表面沒有結瘤生成，而比較例的工件表面則有不少的結瘤生成。

根據上述實施例，利用本發明之具有保護性塗層的工件及其製造方法，可藉由具有特定含量之氧化物及合金的塗層材料形成保護性塗層在工件上，以使工件具有耐高溫、耐磨耗及抗金屬沾黏的特性，故可延長工件在高溫環境下的使用壽命。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (9)

1. 一種具有保護性塗層之工件的製造方法，包含：提供一工件，其中該工件包含至少一粗糙表面；利用一熱熔射技術噴塗一塗層材料至該至少一粗糙表面上，以形成該具有保護性塗層的工件，其中該塗層材料包含氧化物以及一合金，基於該塗層材料為100wt%，該氧化物為7wt%至12wt%，且基於該合金為100wt%時，該合金包含：50wt%至67wt%的鈷；20wt%至28wt%的鉻；5wt%至10wt%的鋁；5wt%至10wt%的鉭；以及不大於2wt%的釔。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具有保護性塗層之工件的製造方法，其中該氧化物係選自於包含氧化鋁、氧化釔、三氧化二鉻及氧化鋯所組成之一族群。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具有保護性塗層之工件的製造方法，其中該熱熔射技術包含火焰熔射、高速火焰熔射、電漿熔射及電弧熔射。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具有保護性塗層之工件的製造方法，其中該熱熔射技術為高速火焰熔 射。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具有保護性塗層之工件的製造方法，其中該熱熔射技術之一溫度係大於或等於1600℃。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具有保護性塗層之工件的製造方法，其中該熱熔射技術之一溫度為1600℃至2000℃。
7. 如申請專利範圍第1項所述之具有保護性塗層之工件的製造方法，其中該工件之一材料包含不銹鋼及碳鋼。
8. 一種具有保護性塗層的工件，其係利用如申請專利範圍第1項至第7項任一項所述之方法所製得。
9. 如申請專利範圍第8項所述之具有保護性塗層的工件，其中該保護性塗層之一厚度為150μm至200μm。