[发明专利]一种抗高温氧化耐磨涂层制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料表面处理技术领域，具体是涉及一种在耐热钢表面上制备抗高温氧化耐磨涂层的方法。

背景技术

随着国民经济的高速发展，对高质量冷轧薄钢板需求量不断增加，适合连续、大批量生产的连续退火生产线被开发出来。连续退火炉内,炉辊工作状况恶劣，承受机械应力和热腐蚀，其使用寿命和表面质量直接影响到产品的作业率和质量。热喷涂防护涂层已被广泛应用于退火炉内关键部件上。由于退火后要求带钢表面必须无划痕和轻微伤痕等缺陷，故炉辊表面喷涂涂层品质状态至关重要。

炉辊涂层制备工艺技术中常采用等离子喷涂、超音速火焰喷涂、爆炸喷涂等工艺方法。例如：PRAXAIR采用气体爆燃喷涂方法，对 700 ℃以下的低、中温区域的钢辊喷涂镍铬碳化铬 (NiCr–80%Cr₃C₂)材料；对 700 ℃以上的高温区域钢辊喷涂钴基高温合金(CoTaSiCrAlY+Al₂O₃)复合材料。川崎公司在Si₃N₄芯材上喷涂ZrSiO₄，SiC芯材上喷涂ZrO₂制成炉辊，用于1200℃连续退火炉中，其使用寿命达24个月，但是由于所采用的芯体材料为陶瓷材料，虽然密实、硬度高，但存在成型难、成品率低、易损坏、抗热冲击性能不好等缺点。新日铁公司在一般耐热钢表面喷涂SiC+Si粉+W粉、Si₃N₄+Si粉+W或SiC+Si₃N₄+Si粉+W制成的炉辊，在750℃下使用寿命高于2000小时；在SCH22上喷涂硼化物（ZrB₂、MoB、TiB₂、CrB、WB）的复合陶瓷涂层炉辊，长期使用温度＞850℃；等离子喷涂Y₂O₃-ZrO₂炉辊，在800℃下使用寿命为8个月，900℃时为2个月。日本钢铁公司名古屋工厂则采用爆炸喷涂技术，在炉辊表面喷涂CoCrAlY-Y₂O₃+CrB₂涂层，具有优异的抗积瘤性能，但是爆炸喷涂的效率较低，一般爆炸频率不超过4-10次/s，这会在辊面造成明显的条纹痕迹，从而制约了该技术的广泛应用。

宝钢机械厂和中国农机院表面工程技术研究所制备的超合金 MCrAlY 涂层及其与NiCr-碳化物的复合涂层，可提高炉辊表面抗热腐蚀、耐磨损及抗积瘤性能。武汉工业大学及武汉钢铁公司在耐热合金钢(NiCrW)表面先喷涂Ni基合金底层材料，再喷涂Y₂O₃-ZrO₂和Ni基合金的复合过渡层，最后喷涂以Y₂O₃-ZrO₂为主的面层，生产出一种新型炉辊，920℃以上寿命达3个月，860～920℃达6个月。

目前国外正激烈开展一些极端工况环境下（如高温1100℃以上）部件的表面处理技术，这些新工艺的研发必将成为钢铁生产领域的核心技术，因此有必要紧跟步伐，开发出新型的高新技术，为我国钢铁工业的发展提供长足的动力。MCrAlY涂层具有优良的抗高温氧化和腐蚀性能，但在高温下硬度低，钢铁工业中高温退火炉辊存在严重的磨损，需要提高MCrAlY涂层的高温硬度。例如，增加陶瓷氧化物颗粒来增加涂层得高温硬度。采用热喷涂方法制备的MCrAlY+陶瓷复合涂层具有良好的红硬性，可以提高高温部件的耐磨性能。然而，传统的超音速火焰喷涂焰流温度低，导致喷涂粉末在焰流中较难充分熔融，涂层的沉积率低，生产成本非常高；虽然等离子喷涂熔点高，但涂层的孔隙率高，结合强度较低，在使用过程中涂层容易剥落。因此，亟需开发新的高温防护涂层制备工艺。超音速等离子喷涂结合了超音速火焰喷涂焰流速度高和等离子喷涂焰流温度高的特点，可以获得高性能的MCrAlY+陶瓷复合涂层。该新技术在钢铁工业中高温部件对涂层高致密度和高结合强度的要求有其用武之地。

发明内容

本发明的目的是针对连续退火炉辊在高温环境中长期服役时而存在的耐磨性能及抗高温氧化性能不够理想的问题，提供一种高效率、低成本，能够制备出与基体结合良好且耐磨性能及抗高温氧化性能优异的涂层的抗高温氧化耐磨涂层制备方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所述的抗高温氧化耐磨涂层制备方法，其特点是包括以下步骤：