專利名稱：：一種用于爐輥表面涂層的熱噴涂金屬陶瓷粉末的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種爐輥表面涂層，特別涉及一種用于爐輥表面涂層的熱噴涂金屬陶瓷粉末。
背景技術(shù)：
：為獲得性能優(yōu)良的帶鋼制品，帶鋼通常需要在連續(xù)退火爐中進(jìn)行熱處理。退火帶鋼的表面必須沒有劃痕、污點(diǎn)或輕微傷痕等缺陷；同時(shí)，在冷熱加工工藝中得到的帶鋼原始表面質(zhì)量，也必須在退火中得到維持。由于熱處理通常是在微氧化環(huán)境、溫度在600-1300°C、高速運(yùn)行、并具有一定的張力載荷。因此，提升傳送帶鋼爐輥表面狀態(tài)，不僅是保證連續(xù)退火帶鋼品質(zhì)的關(guān)鍵，而且還能夠滿足連退生產(chǎn)的長(zhǎng)壽命、高效率的要求'。目前，在高品質(zhì)帶鋼連退生產(chǎn)線爐輥表面，大多實(shí)施具有高性價(jià)比的熱噴涂涂層保護(hù)處理。一般，爐輥表面熱噴涂涂層應(yīng)盡量同時(shí)滿足的使用要求有具有優(yōu)良的抗積瘤性能;具有良好的高溫耐摩擦磨損性能;具有較高的硬度；具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性；具有良好的抗剝落性能。而熱噴涂粉末則是決定爐輥涂層綜合性能優(yōu)劣的關(guān)鍵因素之一，專利JP2270955A公開了爐輥涂層粉末組分體系為5-20%的Cr203和A1203陶瓷與95-80%CoNiCrAlY合金。專利JP3226552A公開了爐輥涂層粉末組分體系為5-50^的硼化物陶瓷與MCrAlY(M為Co、Ni、Fe)合金，由于只在MCrAlY合金中添加5-50%的硼化物陶瓷，因此，盡管提高了爐輥涂層的耐積瘤性能和抗劃傷能力，但卻容易導(dǎo)致涂層與輥材之間結(jié)合能力的降低。專利JP6056058A公開了爐輥涂層粉末組分體系為MgAlA;采用不同含量的MgAlA與金屬合金的金屬陶瓷粉末，制備至少兩層中間緩沖過渡層，而后使用純MgAlA陶瓷作為工作面層。專利JP63199857A公開了爐輥涂層粉末組分體系為51-95%的A1A陶瓷與MCrAlY(M為Co、Ni、Fe)合金。專利JP6347379A公開了爐輥涂層粉末組分體系為30-80%的ZrSi(X陶瓷與MCrAlY(M為Co、Ni、Fe)金屬合金，作為中間緩沖過渡層后，表面使用CrA陶瓷作為工作面層。專利JP711420A公開了爐輥涂層粉末組分體系中含有1-60%的082、ZrB2、WB、TiB2系硼化物陶瓷中的一種，含有5-505^的CrA、TaC、WC、ZrC、TiC、NbC系碳化物陶瓷中的一種，余量為MCrAlY(M為Co、Ni、Fe)金屬合金，JP711420A涂層材料中盡管同時(shí)含有1-60X硼化物陶瓷(CrB2、ZrB2、TiB2系中的一種)和5-50%碳化物陶瓷((^3(:2、TaC、ZrC、TiC、NbC系中的一種)，但由于碳化物陶瓷含量較高，會(huì)影響爐輥涂層的抗高溫能力以及耐積瘤性能。專利JP867960A公開了爐輥涂層粉末組分體系為5-90%MgAl204、MgO、YA三種陶瓷中的至少一種,以及M(M為Co、Ni、Fe)CrAlY金屬合金。專利US6572518A公開了爐輥涂層粉末組分體系中含有1-5%的硼化物陶瓷(CrB2、ZrB2、WB、TiB2等中的一種)、含有5-10X的碳化物陶瓷(CrA、TaC、WC、ZrC、TiC、NbC系中的一種)，含用多于10%的稀土氧化物(Y203、La203、Ce02等中的一種)，余量為MCrAlY(M為Co、Ni、Fe)金屬合金。對(duì)常規(guī)普通的鋼板、以及高強(qiáng)度鋼板(抗拉強(qiáng)度大于340MPa的冷軋鋼板和抗拉強(qiáng)度大于440MPa的熱軋鋼板)少批量生產(chǎn)時(shí)，上述發(fā)明1-8的涂層具有較好的抗積瘤作用和耐磨損性能。然而，隨著連退高強(qiáng)度鋼板的需求量和生產(chǎn)量越來越大、退火溫度越來越高，上述發(fā)明涂層的抗積瘤作用和耐磨損性能有所減弱。這主要是因?yàn)楦邚?qiáng)鋼板中通常含有較高含量的Mn(O.6-3.5%),進(jìn)而在高溫退火熱處理過程容易形成Mn的氧化物積瘤，涂層性能劣化。同時(shí)，高溫和大張力工況條件下，涂層的高溫耐磨性能往往也有所變差。因此，對(duì)爐輥表面熱噴涂涂層有著更高的要求必須能夠承受更高的溫度、更高錳含量和更高強(qiáng)度鋼板的生產(chǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種用于爐輥表面涂層的熱噴涂金屬陶瓷粉末，主要解決當(dāng)大量生產(chǎn)高強(qiáng)度鋼板，現(xiàn)有涂層抗積瘤作用和耐磨損性能有所減弱的技術(shù)問題。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種用于爐輥表面涂層的熱噴涂金屬陶瓷粉末，由合金粉末和陶瓷粉末組成，合金粉末為MCrAlYTa合金粉末，陶瓷粉末由ZrB2和CrA粉末組成，合金粉末和陶瓷粉末的重量百分比為合金粉末89—75%，陶瓷粉末11-25%。在MCrAlYTa合金粉末中，相對(duì)于金屬陶瓷粉末總重量，含有13-25X的Cr，3-10X的A1，0.1-1%的Y，低于12%的Ta;余量為M，M為Co和Ni中的一種；陶瓷粉末中，相對(duì)于金屬陶瓷粉末總重量，ZrB2和Cr3C2含量分別為10-20%和1-5%。本發(fā)明熱噴涂金屬陶瓷涂層粉末粒度宜在10-70wm范圍，粉體的制取可采用粒化燒結(jié)法或機(jī)械混合法來制備。金屬陶瓷粉末可使用常規(guī)熱噴涂方法(包括超音速火焰噴涂(如HVOF噴槍)、等離子噴涂(如APS噴槍)、爆炸噴涂(如D-Gun噴槍))制造成帶鋼連續(xù)退火生產(chǎn)線的爐輥表面保護(hù)涂層。本發(fā)明熱噴涂金屬陶瓷粉末中，MCrAlYTa超合金具有著較好的綜合性能，能夠確保零部件的長(zhǎng)壽化、可靠性和安全性的工作要求。合金中的鋁元素可以在涂層表面生成致密的八1203保護(hù)薄層，故具有提高爐輥涂層抗積瘤性、抗氧化和抗腐蝕的能力，Al含量在3—10%是合適的。Al含量多則生成的Al203多，就非常容易與帶鋼中的Mn及其氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成MnAl必化學(xué)積瘤物；而A1含量低于3X，則無法生成致密的保護(hù)薄層。Cr元素能夠提高爐輥涂層的抗氧化能力以及耐磨性。但Cr元素過多，與Al元素類似，也容易形成Mn,.5Cr,.s03化學(xué)積瘤物。通常，Cr元素的添加量在13-25%之間。此外，穩(wěn)定化稀土元素￥含量在0.1-1%之間、稀有元素1^含量低于12%，對(duì)爐輥涂層是有益的。本發(fā)明熱噴涂金屬陶瓷粉末中，ZrB2和Cr3C2兩種陶瓷的使用與合理匹配，可同時(shí)提高爐輥涂層的耐積瘤性能、耐摩擦磨損性能、抗剝落性能以及與輥材的結(jié)合性能。其中，由于ZrB2陶瓷具有非常高的高溫硬度，因此具有優(yōu)良的耐磨和抗劃傷能力；同時(shí)，ZrB2陶瓷幾乎不會(huì)與Mn及其氧化發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，故在連退爐輥正常工況條件下，基本不參與積瘤反應(yīng)，耐積瘤性能優(yōu)良。而10-20%含量的ZrB2陶瓷既可以容易使用各種熱噴涂方法進(jìn)行制造，又可以使涂層同時(shí)具有韌性和硬度的匹配性，還能夠充分發(fā)揮基體合金中鋁和鉻元素的作用效果。當(dāng)ZrB2陶瓷含量低于10X,涂層耐積瘤性能和抗劃傷能力不足；類似的，如ZrB2陶瓷含量超過20%，則會(huì)破壞涂層表面的氧化鋁薄膜，并容易導(dǎo)致涂層脆化剝落。然而，單純添加ZrB2陶瓷的缺點(diǎn)是容易引起涂層變脆，特別是陶瓷含量較高的情況下，長(zhǎng)期服役后涂層可能會(huì)導(dǎo)致剝落。因此，必須在金屬陶瓷粉末中配合添加Cr3C2陶瓷。適量Cr3C2陶瓷的配合添加，不僅可以進(jìn)一步提高和保持ZrB2陶瓷爐輥涂層的高溫耐積瘤性能；而且還可使涂層致密、與輥材之間良好結(jié)合，進(jìn)而提高了涂層抗剝落能力。由于Cr3C2陶瓷在高溫容易發(fā)生部分分解，因此如添加過多(超過5%)反而有損于涂層的耐積瘤性能和結(jié)合強(qiáng)度；但如果含量過低(少于1%)，則輔助效果不明顯。因此，&3(:2陶瓷的含量控制在卜5%。再有，為了使?fàn)t輥涂層具有和保持良好的綜合性能，金屬陶瓷粉末中ZrB2和Cr3C2陶瓷占金屬陶瓷粉末總重量的11-25%。本發(fā)明的有益效果是:通過對(duì)合金粉末的合理搭配，可以提高涂層的致密性、耐積瘤能力、抗氧化能力以及耐磨性。本發(fā)明金屬陶瓷涂層材料中添加的ZrB2陶瓷是耐積瘤、耐劃傷、抗高溫組分，^適量的CrA陶瓷則是提高涂層結(jié)合強(qiáng)度與耐積瘤性能的組分；因此，可同時(shí)兼顧爐輥涂層的耐積瘤性能、耐摩擦磨損性能、抗高溫性能和高的結(jié)合能力。這也是本發(fā)明和其他爐輥表面涂層金屬陶瓷粉末的顯著不同之處。具體實(shí)施例方式金屬陶瓷爐輥表面保護(hù)涂層使用超音速火焰噴涂方法制備，涂層厚度在0.15mm左右?？狗e瘤試樣尺寸為50X50X10mra，材質(zhì)為304不銹鋼?？狗e瘤試驗(yàn)具體方法在涂層表面加一層粒度小于44ym的MnO粉末，在1^-3%&氣氛、950°C處理48小時(shí)，而后取出分析積瘤情況。涂層耐摩擦磨損試樣尺寸為12.32X12.32X19.05mm，材質(zhì)為304不銹鋼;對(duì)磨副尺寸為*49.22X13.06咖，材質(zhì)為45調(diào)質(zhì)鋼。結(jié)果見下表。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>注符號(hào)@、O、△分別表示效果好、一般、略差。權(quán)利要求1、一種用于爐輥表面涂層的熱噴涂金屬陶瓷粉末，由合金粉末和陶瓷粉末組成，其特征時(shí)，合金粉末為MCrAlYTa合金粉末，陶瓷粉末由ZrB2和Cr3C2粉末組成，合金粉末和陶瓷粉末的重量百分比為合金粉末89-75％，陶瓷粉末11-25％；在MCrAlYTa合金粉末中，相對(duì)于金屬陶瓷粉末總重量，含有13-25％的Cr，3-10％的Al，0.1-1％的Y，低于12％的Ta；余量為M，M為Co和Ni中的一種；陶瓷粉末中，相對(duì)于金屬陶瓷粉末總重量，ZrB2和Cr3C2含量分別為10-20％和1-5％。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于爐輥表面涂層的熱噴涂金屬陶瓷粉末，其特征是，熱噴涂金屬陶瓷涂層粉末粒度為10-70um。3、權(quán)利要求1所述的一種用于爐輥表面涂層的熱噴涂金屬陶瓷粉末，作為帶鋼連續(xù)退火生產(chǎn)線爐輥表面的保護(hù)涂層。全文摘要本發(fā)明涉及一種爐輥表面涂層，特別涉及一種用于爐輥表面涂層的熱噴涂金屬陶瓷粉末。主要解決當(dāng)大量生產(chǎn)高強(qiáng)度鋼板，現(xiàn)有涂層抗積瘤作用和耐磨損性能有所減弱的技術(shù)問題。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種用于爐輥表面涂層的熱噴涂金屬陶瓷粉末，由合金粉末和陶瓷粉末組成，合金粉末為MCrAlYTa合金粉末，陶瓷粉末由ZrB₂和Cr₃C₂粉末組成，合金粉末和陶瓷粉末的重量百分比為合金粉末89-75％，陶瓷粉末11-25％。在MCrAlYTa合金粉末中，相對(duì)于金屬陶瓷粉末總重量，含有13-25％的Cr，3-10％的Al，0.1-1％的Y，低于12％的Ta；余量為M，M為Co和Ni中的一種；陶瓷粉末中，相對(duì)于金屬陶瓷粉末總重量，ZrB₂和Cr₃C₂含量分別為10-20％和1-5％。本發(fā)明可用于帶鋼連續(xù)退火生產(chǎn)線爐輥表面保護(hù)涂層。文檔編號(hào)B22F1/00GK101185969SQ200610118359公開日2008年5月28日申請(qǐng)日期2006年11月15日優(yōu)先權(quán)日2006年11月15日發(fā)明者劉榮慧,張躍剛,剛畢,郝榮亮申請(qǐng)人:上海寶鋼設(shè)備檢修有限公司