CN106591761A - 耐熔融金属浸蚀复合涂层的制备方法 - Google Patents

耐熔融金属浸蚀复合涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐熔融金属浸蚀复合涂层的制备方法，本方法首先对工件基体表面进行预处理；然后采用等离子喷涂方式依次在工件基体表面喷涂金属Mo粉末形成打底层、喷涂CoMoCr合金粉末形成中间结合防护层、喷涂钛酸钾晶须粉末形成工作涂层。本方法制备的复合涂层结构致密、结合良好，具有较高的耐熔蚀和耐磨损性能，并与锌液具有较低的浸润特性，减少了工件表面粘铝、锌现象，有效地提高了工件的使用寿命，提高了热镀板的生产质量。

Description

耐熔融金属浸蚀复合涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及材料热喷涂涂层制备技术领域，尤其涉及一种耐熔融金属浸蚀复合涂层的制备方法。
背景技术
热镀板具有良好的耐蚀性能以及良好的加工成形性、焊接性及涂装性，热镀板目前正越来越广地替代其他冷轧涂层板在汽车、建筑和家电等行业中应用。沉没辊是热镀机组生产的关键设备，其技术性能是影响热镀产品外观质量和产量的主要因素，由于沉没辊工作时是浸泡在金属熔液中，工作环境极为恶劣，除了受到高温液态金属Zn、Al的侵蚀外，还受到帯钢的磨损和拉力作用，一般情况下，铁基材料会与镀液发生反应生成Fe2Al5等金属间化合物附着在设备表面或以锌渣的形式存在于镀液中，这些反应生成物在沉没辊辊面附着后，当帯钢在锌锅中经过沉没辊时，辊面积累的锌渣会压入带钢镀层转移到帯钢表面，使得带钢表面形成缺陷或划痕，极大地影响热镀板产品的外观质量。
通常热镀机组中沉没辊和稳定辊表面喷涂WC-Co涂层，该涂层由于存在一定的粘锌现象，通常连续使用寿命一般不超过两周，需要进行表面退锌和辊面修磨，以使其重新达到上机工作状态。同时，由于现代工业发展的需要，各种新型高铝含量镀层不断涌现，熔融液的工作温度超过500℃，WC-Co涂层无法满足新的使用要求。而使用硼化物类耐熔蚀性能较好的陶瓷材料制备的涂层存在脆性并且热膨胀系数与不锈钢基体差异较大，易导致沉没辊在温度变化大的使用过程中涂层发生剥落。因此，对沉没辊和稳定辊等工件的表面涂层性能提出了更高要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种耐熔融金属浸蚀复合涂层的制备方法，本方法制备的复合涂层结构致密、结合良好，具有较高的耐熔蚀和耐磨损性能，并与锌液具有较低的浸润特性，减少了工件表面粘铝、锌现象，有效地提高了工件的使用寿命，提高了热镀板的生产质量。
为解决上述技术问题，本发明耐熔融金属浸蚀复合涂层的制备方法包括如下步骤：
步骤一、对工件基体表面进行除油、除湿和喷砂毛化预处理；
步骤二、采用等离子喷涂方式在工件基体表面喷涂金属Mo粉末，形成打底层；
步骤三、采用等离子喷涂方式在打底层表面喷涂CoMoCr合金粉末，形成中间结合防护层；
步骤四、采用等离子喷涂方式在中间结合防护层表面喷涂钛酸钾晶须粉末，形成工作涂层。
进一步，采用等离子喷涂方式在中间结合防护层与工作涂层之间喷涂由CoMoCr合金粉末和钛酸钾晶须粉末混合组成的过渡层。
进一步，所述过渡层中钛酸钾晶须含量为25 ～ 55wt%。
进一步，所述过渡层的厚度为0.02～0.04 mm。
进一步，所述打底层的厚度为0.03～0.05 mm，所述中间结合防护层的厚度为0.02～0.04 mm，所述工作涂层的厚度为0.06～0.09 mm。
进一步，所述金属Mo粉末的粒度范围为15～75μm，所述CoMoCr合金粉末的粒度范围为10 ～ 53μm，所述钛酸钾晶须粉末的粒度范围20～125μm。
进一步，所述CoMoCr合金粉末的成分重量百分比为26～30％Mo、6.0～19％Cr，余量为Co和杂质。
由于本发明耐熔融金属浸蚀复合涂层的制备方法采用了上述技术方案，即本方法首先对工件基体表面进行预处理；然后采用等离子喷涂方式依次在工件基体表面喷涂金属Mo粉末形成打底层、喷涂CoMoCr合金粉末形成中间结合防护层、喷涂钛酸钾晶须粉末形成工作涂层。本方法制备的复合涂层结构致密、结合良好，具有较高的耐熔蚀和耐磨损性能，并与锌液具有较低的浸润特性，减少了工件表面粘铝、锌现象，有效地提高了工件的使用寿命，提高了热镀板的生产质量。
具体实施方式
本发明耐熔融金属浸蚀复合涂层的制备方法包括如下步骤：
步骤一、对工件基体表面进行除油、除湿和喷砂毛化预处理；
步骤二、采用等离子喷涂方式在工件基体表面喷涂金属Mo粉末，形成打底层；
步骤三、采用等离子喷涂方式在打底层表面喷涂CoMoCr合金粉末，形成中间结合防护层；
步骤四、采用等离子喷涂方式在中间结合防护层表面喷涂钛酸钾晶须粉末，形成工作涂层。
优选的，采用等离子喷涂方式在中间结合防护层与工作涂层之间喷涂由CoMoCr合金粉末和钛酸钾晶须粉末混合组成的过渡层。
优选的，所述过渡层中钛酸钾晶须含量为25 ～ 55wt%。
优选的，所述过渡层的厚度为0.02～0.04 mm。
优选的，所述打底层的厚度为0.03～0.05 mm，所述中间结合防护层的厚度为0.02～0.04 mm，所述工作涂层的厚度为0.06～0.09 mm。
优选的，所述金属Mo粉末的粒度范围为15～75μm，所述CoMoCr合金粉末的粒度范围为10 ～ 53μm，所述钛酸钾晶须粉末的粒度范围20～125μm。
优选的，所述CoMoCr合金粉末的成分重量百分比为26～30％Mo、6.0～19％Cr，余量为Co和杂质。
通常热镀机组中沉没辊和稳定辊为316L等不锈钢材料制成，本方法在经净化和粗化处理后的工件表面上先喷涂一层具有自结合性能的金属Mo粉末以提高涂层与基体的结合强度，具有自结合性能的涂层与基体之间不但存在机械结合还发生微冶金结合，其基本原理是Mo材料在喷涂时熔滴携带有大量的热能，过热的熔滴与空气中的氧气发生氧化反应又施放出大量的热量使熔滴的温度进一步升高，在熔滴与基体碰撞时发生冶金结合，形成自结合层。自结合层存在于基体与工作涂层之间，良好的结合既提高了与基体的结合力又提供一个粗糙的表面给工作涂层。同时，Mo涂层具有良好的耐液态金属腐蚀性能，并具有疏液性。
CoMoCr合金与Mo金属具有良好的相容性及结合性能，钴是很好的粘结相，铬的加入可以强化粘结相、提高涂层的抗氧化性能，同时，CoMoCr涂层中能够形成莱维氏相的金属间化合物，具有硬度高、耐液态金属腐蚀、耐磨损、抗高温氧化可达800℃，该中间结合防护层还能够有效的阻止沉没辊涂层在使用前的预热过程中400℃以上高温空气对Mo底层的渗透氧化损伤，保证复合涂层与基体的良好结合。
工作涂层的钛酸钾分子式为K2O nTiO2，当n=6时就是六钛酸钾，晶体结构为隧道式，钾离子被包覆于隧道中间，而隔离周边的原子，从而具有很高的化学稳定性，机械强度较高。形成的晶须是一种新型针状短纤维，是一种高性能复合材料增强剂，具有良好的力学性能和物理性能，还具有很高的耐热性能（1200℃）和良好的耐熔蚀和抗磨损性能，且与液态ZnAl不相互亲和润湿，具备抗粘结性能。同时，涂层所形成的微观组织呈现纤维状结构，有利于改善涂层韧性及抗热震性能。
等离子喷涂方式是通过采用非转移型电弧产生的高温等离子射流对喷涂材料进行加热与加速，使喷涂材料达到高温高速状态，从枪管高速喷出在基体上沉积形成涂层。由于等离子射流具有能量密度高、温度高、速度高的特点，喷涂材料范围广，可以沉积所有具有物理熔点的材料。等离子喷涂涂层组织较为细密，氧化物含量和孔隙率较低，涂层与基体间的结合以及涂层粒子间的结合强度较高。
实施例1：
对待喷辊体基材表面进行除油、除湿和喷砂毛化预处理，采用等离子喷涂方式首先在基体上喷涂金属Mo粉末，形成0.05 mm厚的打底层；同样采用等离子喷涂方式在打底层表面喷涂CoMoCr合金粉末，形成0.02mm厚的中间结合防护层；在中间结合防护层上喷涂一层由CoMoCr和钛酸钾晶须混合组成厚度为0.04 mm的过渡层，该过渡层中钛酸钾晶须含量35 %；采用同样喷涂方式在中间结合防护层及过度层表面喷涂钛酸钾晶须粉末，形成0.08mm的表面工作涂层。
实施例2：
对待喷辊体基材表面进行除油、除湿和喷砂毛化预处理，采用等离子喷涂方式首先在基体上喷涂金属Mo粉末，形成0.03 mm厚的打底层；同样采用等离子喷涂方式在打底层表面喷涂CoMoCr合金粉末，形成0.03mm厚的中间结合防护层；采用同样喷涂方式在中间结合防护层表面喷涂钛酸钾晶须粉末，形成0.09mm的表面工作涂层。
实施例3：
对待喷辊体基材表面进行除油、除湿和喷砂毛化预处理，采用等离子喷涂方式首先在基体上喷涂CoMoCr合金粉末，形成0.04mm厚的打底兼中间结合防护层；在中间结合防护层上喷涂一层由CoMoCr和钛酸钾晶须混合组成厚度为0.03 mm的过渡层，该过渡层中钛酸钾晶须含量25 %；采用同样喷涂方式在过渡层表面喷涂钛酸钾晶须粉末，形成0.07mm的表面工作涂层。
本方法的特点：
1.Mo涂层与不锈钢基体之间具有自结合性能，既提高了与基体的结合力又提供一个粗糙的表面给结合层，同时，Mo涂层具有良好的耐液态金属腐蚀性能，并具有疏液性；
2.CoMoCr合金与Mo金属具有良好的相容性及结合性能，涂层中的莱维氏相的金属间化合物性能优异，该层还能够有效的阻止打底层Mo的高温氧化，同时该层也可直接作为打底层使用；
3.钛酸钾晶须陶瓷材料的引入，改善了涂层的耐腐蚀和耐磨损性能，同时，涂层的纤维状组织结构，有利于改善陶瓷相的韧性及抗热震性能；
4.采用等离子喷涂材料范围广，涂层组织较为细密，氧化物含量和孔隙率较低，从而保证复合涂层的整体使用性能和涂层制备的简便易行。
本方法所制备的耐熔融金属浸蚀复合涂层强度高、韧性好，有很强的耐高温和抗热震性能，同时具有优异的耐磨损、耐熔融铝锌液腐蚀能力，通过金属陶瓷复合过渡，涂层和不锈钢基体热胀系数相对接近，涂层不易剥落，与传统涂层相比，使用性能大为增强。

Claims (7)

1.一种耐熔融金属浸蚀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、对工件基体表面进行除油、除湿和喷砂毛化预处理；
步骤二、采用等离子喷涂方式在工件基体表面喷涂金属Mo粉末，形成打底层；
步骤三、采用等离子喷涂方式在打底层表面喷涂CoMoCr合金粉末，形成中间结合防护层；
步骤四、采用等离子喷涂方式在中间结合防护层表面喷涂钛酸钾晶须粉末，形成工作涂层。
2.根据权利要求1所述的耐熔融金属浸蚀复合涂层的制备方法，其特征在于：采用等离子喷涂方式在中间结合防护层与工作涂层之间喷涂由CoMoCr合金粉末和钛酸钾晶须粉末混合组成的过渡层。
3.根据权利要求2所述的耐熔融金属浸蚀复合涂层的制备方法，其特征在于：所述过渡层中钛酸钾晶须含量为25 ～ 55wt%。
4.根据权利要求2或3所述的耐熔融金属浸蚀复合涂层的制备方法，其特征在于：所述过渡层的厚度为0.02～0.04 mm。
5.根据权利要求1所述的耐熔融金属浸蚀复合涂层的制备方法，其特征在于：所述打底层的厚度为0.03～0.05 mm，所述中间结合防护层的厚度为0.02～0.04 mm，所述工作涂层的厚度为0.06～0.09 mm。
6.根据权利要求1所述的耐熔融金属浸蚀复合涂层的制备方法，其特征在于：所述金属Mo粉末的粒度范围为15～75μm，所述CoMoCr合金粉末的粒度范围为10 ～ 53μm，所述钛酸钾晶须粉末的粒度范围20～125μm。
7.根据权利要求1或2所述的耐熔融金属浸蚀复合涂层的制备方法，其特征在于：所述CoMoCr合金粉末的成分重量百分比为26～30％Mo、6.0～19％Cr，余量为Co和杂质。
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