專利名稱：一種爐輥表面熱噴涂用金屬陶瓷粉末的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬陶瓷粉末，具體涉及一種用于熱噴涂的金屬陶瓷粉末。
背景技術(shù)：
為獲得性能優(yōu)良的鋼帶制品，鋼帶通常需要在連續(xù)退火爐中進行熱處理。退火鋼帶的表面必須沒有劃痕、污點或輕微傷痕等缺陷。同時，在冷熱加工工藝中得到的鋼帶原始表面質(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 600-1100°C、高速運行、并具有一定的張力載荷。因此，提升傳送鋼帶爐輥表面狀態(tài)，不僅是保證連續(xù)退火鋼帶品質(zhì)的關(guān)鍵，而且還能夠滿足連退生產(chǎn)的長壽命、高效率的要求。目前，在高品質(zhì)鋼帶連退生產(chǎn)線爐輥表面，大多實施具有高性價比的熱噴涂涂層保護處理。一般，爐輥表面熱噴涂涂層應盡量同時滿足的使用要求有(1)具有優(yōu)良的抗積瘤性能；(2)具有良好的高溫耐摩擦磨損性能；(3)具有較高的硬度；(4)具有良好的化學穩(wěn)定性；(5)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。經(jīng)檢索，相似的專利文獻如下1、專利文獻JP2270955A公開了粉末組分體系為5_20%的Cr2O3和Al2O3陶瓷與 95-80% CoNiCrAlY合金(未試驗考察涂層使用情況)；2、專利文獻JP3226552A (未試驗考察涂層使用情況)公開了粉末組分體系為5-50%的硼化物陶瓷與MCrAlY(M為Co、Ni、Fe)合金；3、專利文獻JP63199857A和US4822689A (未試驗考察涂層使用情況)公開了粉末組分體系為51-95%的Al2O3陶瓷與MCrAlY(M為Co、Ni、Fe)合金；4、專利文獻JP711420A (未試驗考察涂層使用情況):公開了粉末組分體系中含有1-60%的CrB2、ZrB2, WB、TiB2系硼化物陶瓷中的一種，含有5-50%的Cr3C2、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；5、專利文獻US6572518A (未試驗考察涂層使用情況)公開了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5-10%的碳化物陶瓷(Cr3C2、TaC、WC、&C、TiC、NbC系中的一種)，含有多于10% 的稀土氧化物(￥203、1^203、0602等中的一種)，余量為此^1丫(11為(0、附、？6)金屬合金。對常規(guī)普通的鋼板、以及高強度鋼板(抗拉強度大于340MPa的冷軋鋼板和抗拉強度大于440MPa的熱軋鋼板)少批量生產(chǎn)時，上述專利文獻1-5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，上述專利文獻所涉及涂層的抗積瘤作用和耐磨損性能有所減弱。這主要是因為高強鋼板中通常含有較高含量的Μη(0. 6-3. 5% )，進而在高溫退火熱處理過程容易形成Mn的氧化物積瘤， 使得涂層性能劣化。同時，在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。此外 ，連退爐中不同工序段有著不同的工況條件，以及為提高連退生產(chǎn)線的生產(chǎn)率和適應多品種鋼帶的生產(chǎn)，爐內(nèi)輥表面熱噴涂涂層的使用工況越來越苛刻，如必須能夠承受更高的溫度、更高錳含量和更高強度鋼板的生產(chǎn)。因此，對熱噴涂涂層有著更高的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種爐輥表面熱噴涂用的金屬陶瓷粉末，用該金屬陶瓷粉末制成的熱噴涂涂層具有良好抗積瘤性能和高溫耐磨損性能。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種爐輥表面熱噴涂用金屬陶瓷粉末，由合金粉末和陶瓷粉末組成，所述金屬陶瓷粉末中含有13-25襯％的(>，3-10襯％的41，0. 1_1襯％的￥，低于 12wt%的Ta，余量至少為Co和Ni中的一種，其中，所述陶瓷粉末中含有TiB2和Al2O3，占金屬陶瓷粉末總重量的15-25wt%。在本發(fā)明熱噴涂金屬陶瓷粉末中，所述的合金粉末為MCrAlYTa合金粉末， MCrAlYTa超合金具有較好的綜合性能，能夠確保零部件的長壽化、可靠性和安全性的工作要求。為使MCrAlYTa具有更好的抗高溫、抗氧化和抗腐蝕等能力，優(yōu)化合金材料組分是非常必要的。由于合金中的鋁元素可以在涂層表面生成致密的Al2O3保護薄層，故具有提高爐輥涂層抗積瘤性、抗氧化和抗腐蝕的能力，因此Al含量與此有著很大的關(guān)聯(lián)。通常Al含量在3-10wt% (指單質(zhì)Al的含量)，過多則易形成MnAl2O4化學積瘤物。Cr元素能夠提高爐輥涂層的抗氧化能力以及耐磨性；但與此同時，如果Cr元素添加過多時，類似于Al元素。通常，Cr元素的添加量在13-25wt%之間；對于少量的稀土元素Y而言，它是一種穩(wěn)定化元素。但含量不宜超過lwt%。此外，添加適量的Ta元素(低于 12wt% )，對提高爐輥涂層是有益的。本發(fā)明熱噴涂金屬陶瓷粉末中，TiB2陶瓷材料既是耐積瘤組分又是抗摩擦磨損組分、Al2O3陶瓷材料是抗摩擦磨損組分；因此，可同時兼顧爐輥涂層的耐積瘤性能和耐摩擦磨損性能。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。Al2O3和TiB2 兩種陶瓷材料的使用與合理匹配，可同時提高爐輥涂層的抗氧化性能、耐積瘤性能、耐摩擦磨損性能以及與輥材的結(jié)合性能。其中，TiB2陶瓷材料在連退爐輥的工況條件下非常穩(wěn)定， 基本不參與積瘤反應。當TiB2陶瓷材料含量低于10wt%，涂層耐積瘤性能不足；類似的，如 TiB2陶瓷材料含量超過20wt%，則會破壞涂層表面氧化鋁薄膜，耐積瘤性能變差。金屬陶瓷粉末中添加Al2O3陶瓷材料，不僅可以提高和保持爐輥涂層的高溫耐磨性能；而且Al2O3陶瓷材料與涂層中合金有很好的匹配度，熱噴涂涂層致密、孔隙率少；同時，Al2O3陶瓷材料與涂層表面形成的氧化鋁薄膜有很好的相容性；再有，可以保持金屬陶瓷涂層與爐輥輥材之間良好的結(jié)合。但由于Al2O3陶瓷材料在連退爐輥的工況條件下有可能參與積瘤反應，形成MnAl2O4積瘤物；因此，Al2O3陶瓷材料的含量控制在5_10wt%。再有，為了使爐輥涂層具有和保持良好的綜合性能，金屬陶瓷粉末中Al2O3和TiB2 陶瓷材料占金屬陶瓷粉末總量的15-25wt%。較好的是，所述TiB2含量占金屬陶瓷粉末總量的10_20wt%。
較好的是，所述Al2O3 含量占金屬陶瓷粉末總量的5_10wt%。較好的是，所述金屬陶瓷涂層粉末粒度為10-70 μ m。本發(fā)明熱噴涂金屬陶瓷涂層粉末粒度宜在10-70 μ m范圍，粉體的制取可采用粒化燒結(jié)法制備原料粉由已設(shè)定百分含量比例的、平均顆粒直徑為3-10 μ m的陶瓷粉和平均顆粒直徑為5-15 μ m的MCrAlYTa合金粉組成；經(jīng)充分混粉和燒結(jié)后，采用氣霧法制粉，并分選至10-70 μ m粒度范圍。這種方式制得的金屬陶瓷粉末各個組分分布穩(wěn)定而均勻。為了獲得具有良好綜合性能的爐輥表面涂層，本發(fā)明金屬陶瓷粉末爐輥表面保護涂層的制備，使用熱噴涂方法，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)。本發(fā)明連退爐輥用熱噴涂金屬陶瓷粉末與以上專利文獻對比專利文獻JP2270955A的涂層材料中添加Cr2O3和Al2O3陶瓷，盡管可提高爐輥涂層的耐摩擦磨損性能，但更可能降低涂層的耐積瘤性能，容易生成Mni.5Cri.503和/或MnAl2O4 積瘤物，降低涂層的性能穩(wěn)定性和長壽命化使用；專利文獻JP3226552A的涂層材料中僅添加5-50%的硼化物陶瓷，盡管可提高爐輥涂層的耐積瘤性能，但卻使得涂層的耐摩擦磨損性能略顯不足；專利文獻JP63199857A和US4822689A涂層材料中僅添加51-95%的Al2O3 陶瓷，會大為降低爐輥涂層的耐積瘤性能；專利文獻JP711420A的涂層材料中同時添加 1-60%硼化物陶瓷和5-50%碳化物陶瓷，盡管可提高爐輥涂層的耐積瘤性能，但由于碳化物陶瓷在高溫工況條件下易脫碳分解，會嚴重損傷爐輥涂層；專利文獻US6572518A的涂層材料中同時添加1-5%硼化物陶瓷、5-10%碳化物陶瓷，和多于10%的稀土氧化物陶瓷，盡管涂層會有良好的抗積瘤性能，但耐磨性能略顯不足，且碳化物陶瓷在高溫工況條件下脫碳分解，會造成爐輥涂層嚴重損傷的風險。而本發(fā)明的金屬陶瓷粉末，使用后可顯著改善涂層表面的耐積瘤性能和耐摩擦磨損性能，在實際生產(chǎn)中苛刻的工況下仍能維持優(yōu)良的綜合性能。
具體實施例方式實施例1金屬陶瓷粉末中含有25 %的Cr，8 %的Al，0. 7 %的Y，9 %的Ta，5 %的Al2O3和20 % 的TiB2,余量為Co和Ni中至少一種。金屬陶瓷爐輥表面保護涂層使用超音速火焰噴涂方法制備，涂層厚度在0. 15mm 左右。抗積瘤試樣尺寸為50X 50X 10mm，材質(zhì)為304不銹鋼?？狗e瘤試驗具體方法在涂層表面加一層粒度小于44 μ m的MnO粉末，在N2_3% H2氣氛、950°C保溫48小時，而后取出分析積瘤情況。涂層耐摩擦磨損試樣尺寸為12. 32X 12. 32X 19. 05mm，材質(zhì)為304不銹鋼； 對磨副尺寸為Φ 49. 22X13. 06mm，材質(zhì)為45調(diào)質(zhì)鋼。結(jié)果見表1。實施例2金屬陶瓷粉末中含有25 %的Cr，8 %的Al，0. 7 %的Y，9 %的Ta，10 %的Al2O3和 10%的TiB2,余量為Co和Ni中至少一種。其他同實施例1.實施例3金屬陶瓷粉末中含有25 %的Cr，8 %的Al，0. 7 %的Y，9 %的Ta，10 %的Al2O3和 15%的TiB2,余量為Co和Ni中至少一種。其他同實施例1.
對比例1金屬陶瓷粉末中含有25 %的Cr，8 %的Al，0. 7 %的Y，9 %的Ta，3 %的Al2O3和10 % 的TiB2,余量為Co和Ni中至少一種。其他同實施例1.對比例2金屬陶瓷粉末中含有16 %的Cr，8 %的Al，0. 7 %的Y，9 %的Ta，18 %的Al2O3和 10%的TiB2,余量為Co和Ni中至少一種。其他同實施例1.對比例3金屬陶瓷粉末中含有16 %的Cr，8 %的Al，0. 7 %的Y，9 %的Ta，10 %的Al2O3和5 % 的TiB2,余量為Co和Ni中至少一種。其他同實施例1.表1不同實施例組分及其涂層性能評價

權(quán)利要求
1.一種爐輥表面熱噴涂用金屬陶瓷粉末，由合金粉末和陶瓷粉末組成，所述金屬陶瓷粉末中含有13-25wt%mCr，3-10wt%&Al，0. I-Iwt %的Y，低于12wt%的Ta，余量至少為 Co和Ni中的一種，其特征在于，所述陶瓷粉末中含有TiB2和Al2O3，占金屬陶瓷粉末總重量的 15-25wt%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爐輥表面熱噴涂用金屬陶瓷粉末，其特征在于，所述TiB2含量占金屬陶瓷粉末總量的10-20wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爐輥表面熱噴涂用金屬陶瓷粉末，其特征在于，所述Al2O3含量占金屬陶瓷粉末總量的5-10wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爐輥表面熱噴涂用金屬陶瓷粉末，其特征在于，所述金屬陶瓷涂層粉末粒度為10-70 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的爐輥表面熱噴涂用金屬陶瓷粉末，其特征在于，所述金屬陶瓷涂層粉末采用粒化燒結(jié)法制備。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種爐輥表面熱噴涂用金屬陶瓷粉末，由合金粉末和陶瓷粉末組成，所述金屬陶瓷粉末中含有13-25wt％的Cr，3-10wt％的Al，0.1-1wt％的Y，低于12wt％的Ta，余量至少為Co和Ni中的一種，其特征在于，所述陶瓷粉末中含有TiB2和Al2O3，占金屬陶瓷粉末總重量的15-25wt％。采用本發(fā)明的金屬陶瓷粉末制成的熱噴涂涂層的耐積瘤性能和耐摩擦磨損性能可以顯著提高，在實際生產(chǎn)中苛刻的工況下仍能維持優(yōu)良的綜合性能。
文檔編號C23C4/10GK102191448SQ20101012257
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者畢剛, 袁巨, 趙春濤, 郝榮亮 申請人:上海寶鋼設(shè)備檢修有限公司, 寶山鋼鐵股份有限公司