[發明專利]一種基于軋輥的氧化鋯熱障涂層的制備方法

有效

• 申請號: 201410111086.5
• 申請日: 2014-03-24
• 公開（公告）號: CN103911581A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 孫登月;董玉杰;張軍營;侯廣義
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: C23C4/14
• 分類號: C23C4/14;C23C4/18;C23C4/10
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 崔鳳英

技術領域

本發明屬于機械技術領域，特別涉一種適用于軋輥涂層的制備方法。

技術背景

在對帶有液芯的厚板坯進行大壓下量軋制時，由于鑄坯在二冷區溫度較高（表面約1000℃），拉坯速度較低（小于1m/min），壓下量大，每一軋制周期軋輥輥面與鑄坯接觸時間近10秒鐘，是普通軋輥與高溫板坯接觸時間的60倍，導致軋輥輥身表面受到嚴重熱疲勞而發生龜裂，在熱應力和機械應力的綜合作用下，裂紋向深處擴展，短時間內導致輥子報廢。

目前，采用等離子噴涂納米氧化鋯（ZrO2-8%Y2O3）團聚粉末制備了納米氧化鋯熱障涂層,并利用2000w直流快速激勵橫流式CO₂激光器對其進行重熔處理。對重熔后的熱障涂層進行了組織結構、氧化動力學、高溫熱腐蝕動力學、高溫隔熱性能、抗熱震以及結合強度等性能分析。如《氧化鋯熱障涂層在航空發動機上的應用和發展》（[J].航空發動機.2010,36(06):53-57，孫福波,涂泉.）介紹了氧化鋯熱障涂層(TBCs)的特性、制備方法及其特點，分析了TBCs在航空發動機上的應用情況，并對TBCs技術的發展做出了展望。《航空發動機隔熱屏等離子噴涂氧化鋯熱障涂層工藝研究》（[J].航空工藝技術.1995(05)，沈肖鎮,王曉東,劉會剛,等.）介紹了在某新型發動機加力燃燒室隔熱屏上等離子噴涂氧化鋯熱障涂層工藝，重點介紹了涂層抗熱震性能、抗高溫氧化性能及隔熱效果。《激光重熔等離子噴涂納米氧化鋯熱障涂層組織與性能研究》（[D].西南交通大學,2009，郝云飛.）

上述熱障涂層多用于航空發動機，利用熱障涂層高熔點,低熱導率、低輻射率和高反射率等特點，噴涂在發動機熱端部件（如火焰筒、加力燃燒室、渦輪葉片）的表面，將部件與高溫燃氣隔絕開來，以降低部件的工作溫度，并保證部件免受燃氣的高溫腐蝕與沖蝕，有效提高了熱端部件的使用壽命。但該熱障涂層應用于軋輥的相關報道非常少，因為軋制過程中的熱沖擊作用，熱障涂層極易被破壞失去隔熱效果，單純地由等離子噴涂工藝加工得到的涂層和軋輥基體之間的結合強度不能達到涂層軋輥工作時的要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能提高輥面硬度、耐磨性，可以有效降低軋輥輥面溫度的基于軋輥的氧化鋯熱障涂層的制備方法。本發明主要是以軋輥為基體，在輥身表面經等離子噴涂以及激光重熔制備熱障涂層，本發明主要應用于連鑄機拉矯輥、熱軋軋機軋輥、液芯大壓下軋機軋輥。

本發明的制備方法如下：

1、調制處理

對加工好的軋輥進行預熱處理，860℃-890℃加熱保溫兩小時，降溫到740℃-760℃保溫四小時，爐冷到500℃左右出爐；進行淬火，溫度為1020℃-1050℃，保溫30min，油冷至室溫；回火溫度為530℃-560℃，回火兩個小時，回火兩次。

2、清洗

對步驟1經過處理的軋輥用丙酮進行清洗，以去除其表面的油污；為了提高粘結層和基體金屬的結合強度，在軋輥清洗完成后，應及時進行噴砂粗化處理；噴砂處理后至下一步噴涂粘結層的間隔時間越短越好，時間間隔最長不要超過兩個小時。

3、等離子噴涂

用等離子噴涂設備將預先配比好的NiCoCrAlY合金粉末噴涂在軋輥表面，形成過渡層，噴涂過程中進行氬氣保護，粘結層厚度0.1-0.2mm，接著采用質量分數8%氧化釔穩定的氧化鋯粉末進行大氣等離子噴涂陶瓷頂層，陶瓷層厚度0.3-0.4mm。

所述NiCoCrAlY合金粉末成分的質量百分比為Ni：72-76.5、Co：5-6、Cr：14-16、Al：4-5.5、Y：0.5。

4、激光重熔

為了提高涂層與基體的結合強度，在等離子噴涂熱障涂層的基礎上再進行激光器重熔。采用2000w直流快速激勵橫流式CO₂激光器對步驟3的等離子噴涂表面進行重熔處理，重熔過程中采用氬氣進行冷卻和保護，壓力為0.25MPa，調節激光功率范圍為350-600w，離焦量為40-60mm，掃描速率為2-4mm/s，光斑直徑為4.5mm，激光比能約為30-40J/mm²，搭接率為30%，最好激光功率為505w，離焦量為50mm，掃描速率為3mm/s，光斑直徑為4.5mm，激光比能為37.2J/mm²，搭接率為30%，經激光重熔加工后可以得到致密、結合強度較高、滿足實際生產需要的涂層，提高軋輥的的使用壽命。