[发明专利]导卫辊及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有耐磨涂层的复合导卫辊及其制备方法，尤其涉及一种具有耐磨碳化物涂层的复合导卫辊及其制备方法，具体涉及一种应用于合金钢表面的耐磨碳化物涂层复合导卫辊及其制备方法。

背景技术

在钢铁冶金设备中，滚动式轧钢导卫辊的使用非常广泛，且更换频繁、用量大。由于导卫辊工作条件非常严酷，需要长时间承受轧制型材高温、热冲击和高速摩擦磨损等因素的影响，所以用传统材料(如高铬铸铁、球墨铸铁、高合金钢、硬质合金材料及堆焊复合材料等)所制成的导卫辊经常因磨损、开裂、粘钢等原因失效。

高铬铸铁虽硬度高、耐磨性能好，但由于材料脆性大导致发生断裂，且机加工性能差；球墨铸铁的耐磨性和抗热冲击性能均较差，不能满足使用要求而被淘汰；堆焊材料虽然能提高使用寿命，但堆焊设备昂贵，堆焊一次，其寿命增加不大；高合金钢在高温下会发生退火现象，且由于材料本身不存在高硬质相，所以耐磨性能大幅下降；高合金粉末冶金液相烧结方法在国内外已有大量报道，但研究尚不成熟，该方法制备的复合材料，其合金成分在基体中难以分布均匀、可控性差，且由于添加了表面活性剂，使得材料组织中出现大量气孔等缺陷。

目前，导卫辊主要使用的材料为Cr12MoV合金钢，但几乎每班一换以保证生产稳定，导致了大量合金材料的浪费，给生产企业造成了很大的经济损失。

然而仅仅提高导卫辊基体材料的硬度仍然不足以保证其服役的持久性，因此在其工作部位的表面增加涂层是解决该问题既经济又有效的手段。现阶段使用较多的为碳化物材料的涂层，其具有硬度高、耐磨损性能优越的特点，以涂层方式覆盖在金属合金基体表面可以提高由基体材料制备的零部件的耐磨性与寿命。其中VC_p是一种常见的涂层材料，其有如下特点特性：

(1)具备密度低、强度高、弹性模量高、抗氧化、耐磨、耐腐蚀等优异的物理化学性能；

(2)烧结过程中长大倾向小，颗粒一般呈圆形，是一种较为理想的增强材料；

(3)钒资源丰富，容易获得，价格比较低廉，碳化钒在金属基复合材料中获得普遍应用；

(4)具有很高的热稳定性和高硬度的面心立方结构，晶格常数和晶格类型与奥氏体非常接近，这便于更好地与钢铁基体结合；

(5)VC_p的标准生成焓△G₀值低，其合成反应易于进行；

(6)VC_p涂覆的钢铁基复合材料除了硬度高、耐磨性好外，可切削加工、锻造、焊接、热处理强化且变形小，而且具有普通熔炼钢的冷热加工性能。因此，VC_p涂层材料被广泛地用作无屑冷热金属加工工具、切削刀具、各种模具、耐磨耐热耐蚀零件的耐磨表面。

目前制备碳化物涂层的方法有化学气相沉积法、物理气相沉积法、热喷涂方法、热渗镀方法等，但是这些方法，存在生产设备要求苛刻、生产效率低、涂层结合强度低等不足。

因此如何在导卫辊工作表面获得VC_p涂层，并且选择一种生产设备简单、工艺流程短的制备方法，获得与基体结合力好、不易脱落且力学性能、耐磨性能优异的涂层是亟待解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种导卫辊，其辊身表面具有一种耐磨涂层，而辊芯仍为合金钢基体，该耐磨涂层为V₂C致密陶瓷层，其化学稳定性和耐磨性好，具有低摩擦系数、高硬度、低表面能以及低传热性；并且进一步地，提供一种用于获得上述复合导卫辊的制备方法。

进一步地，本发明还提供一种导卫辊，其辊身表面具有一种梯度复合涂层，其优选被涂覆于辊身基体表面，以提高其表面的耐磨性和断裂韧性，特别是合金钢表面，并且提供一种用于获得上述涂层的制备方法。

所述导卫辊，包括辊身、辊颈和辊头三部分。其中在其辊身工作表面具有耐磨涂层。优选地，具体辊身直径为500-13000mm，辊身长度为1000-4000mm。该长度的选择有利保证辊身工作部位的表面具有很高的硬度和很好的耐磨性，而辊身部分具有很好的韧性。

为实现本发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种辊身表面具有耐磨涂层的导卫辊，该耐磨涂层为V₂C致密陶瓷层；优选地，V₂C致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。