[发明专利]一种金属陶瓷复合热喷涂高温炉辊及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种在高温条件下工作的抗高温金属陶瓷复合涂层及其制备方法，尤其涉及的是一种金属陶瓷复合热喷涂高温炉辊及其制备方法。

背景技术

Inconel718合金是一种沉淀硬化型镍铬合金，它在700℃以上的高温条件下具有很高的蠕变断裂强度，它被应用于燃气轮机、火箭发动机、航天器、泵和工具。由于这种合金在超音速火焰喷涂和热处理过程中具有稳定的热学性能（如热变形）和中温条件下的高硬度而被选作高温炉辊用基材。

20世纪80年代初，利用超音速火焰喷涂技术成功地制取了WC-Co等材料高质量的耐磨涂层，标志着世界热喷涂工艺上一项重要技术的诞生。超音速火焰喷涂技术是在普通火焰喷涂技术基础上发展起来的，其火焰温度低（约3000℃）、喷涂速度大（约1500m/s），其在喷涂金属、陶瓷粉末过程中能有效抑制化合物的分解，所制得的涂层表面硬度高、孔隙率低、均匀性好，涂层和基体的结合强度大。超音速火焰喷涂技术已成为制备耐磨涂层的首选方案。

随着新材料的不断研发与应用，金属碳化物以其具有优于氧化物的高温耐磨性能而受到国内外材料研究者的关注。金属陶瓷是由金属粘结相与陶瓷硬质相组成的复合材料，其兼备陶瓷硬度高、耐磨性好及金属韧性好的特点。金属陶瓷复合热喷涂涂层克服了陶瓷热喷涂涂层孔隙率大及金属热喷涂涂层与基体的热膨胀系数差别大的缺点。

采用超音速火焰喷涂工艺制备获得具有高硬度、高耐磨性、高热稳定性和高耐蚀性的WC-Co、WC-CoCr等系列涂层的研究已有报道。尽管如此，很少有研究关注于比其它WC基材料具有更优异的抗氧化性、耐磨性和耐化学腐蚀性的超音速火焰喷涂WC-CrC-Ni涂层，尤其是有关WC-CrC-Ni涂层在高于450℃的高温条件下的摩擦磨损行为的研究就更少。

热处理能够减少材料内部的缺陷，消除残余应力，提高材料性能。对较厚涂层进行合适的热处理，能提高涂层化学成分的均匀性，提高涂层表面的显微硬度，提高涂层和基体的结合力。尽管如此，有关热处理工艺的研究多集中于块体材料和薄膜材料，有关较厚涂层的热处理报道还比较少。随着科学技术的快速发展，对生产出在高温条件下工作的部件的需求越来越大，因此有必要针对这种技术需要开发新产品，扩大超音速火焰喷涂金属陶瓷复合涂层工程化应用范围。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种金属陶瓷复合热喷涂高温炉辊及其制备方法，将抗高温金属陶瓷复合涂层经过热处理之后，涂层化学成分均匀，涂层表面的显微硬度显著提高，涂层表面附近形成致密氧化物薄膜，涂层和基体的结合更为紧密。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明所述炉辊的上设有金属陶瓷复合涂层，所述涂层为WC-CrC-Ni粉末通过超音速火焰喷涂技术喷涂到Inconel718合金工件上制得，所述涂层物相包括WC、Cr₃Ni₂、W₂C相和Cr₂O₃相。

所述WC-CrC-Ni粉末由50～75%WC、5～15%Cr₇C₃、5～10%Ni₃C、10～15%Cr₂O₃和5～10%Cr₃Ni₂晶体相组成，按体积百分比计。

所述Inconel718合金工件的硬度为Hv450±10。

一种金属陶瓷复合热喷涂高温炉辊的制备方法，包括以下步骤：

（1）先用丙酮清洗基体，然后用三氧化二铝对基体进行喷砂除锈，使其表面粗糙度达到Ra3.1～3.3μm，用超音速火焰喷涂将WC-CrC-Ni粉末喷涂到Inconel718合金工件上；

（2）将喷涂有WC-CrC-Ni涂层的Inconel718合金工件分别加热至500℃、650℃、800℃和950℃，分别保温一定时间后随炉冷却。

所述步骤（1）中，丙酮清洗基体5～10分钟，用60目的三氧化二铝对基体进行喷砂除锈5～10分钟。

所述步骤（1）中，超音速火焰喷涂工艺参数是：O₂流量是30～38FMR，H₂流量是53～61FMR，喷射距离是6～8inch，送粉速率是25～35g/min，喷枪移动速度是3mm/s，涂层厚度为300～350μm。

所述步骤（2）中，工件加热的加速度是29℃/min。