[發(fā)明專利]一種熱鍍鋅沉沒輥及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711088254.3
• 申請日: 2017-11-08
• 公開（公告）號: CN107779804A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發(fā)明（設計）人: 王茂庭
• 申請（專利權）人: 王茂庭
• 主分類號: C23C2/06
• 分類號: C23C2/06;C23C26/02;C04B35/58
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種熱鍍鋅沉沒輥及其制備方法。

熱鍍鋅也稱熱浸鍍鋅，是鋼鐵構件浸入熔融的鋅液中獲得金屬覆蓋層的一種防止鋼鐵材料在自然環(huán)境中腐蝕的最經(jīng)濟有效的方法。經(jīng)熱鍍鋅處理的鋼鐵構件在大氣、海水、土壤等腐蝕環(huán)境中都有著優(yōu)良的耐蝕性。近年來隨高壓輸電、交通、通訊事業(yè)迅速發(fā)展，對鋼鐵件防護要求越來越高，熱鍍鋅需求量也不斷增加。

沉沒輥是熱鍍鋅設備的關鍵部件。傳統(tǒng)的沉沒輥主要以鋼鐵材料為主，但由于鐵在鋅液中會形成多孔疏松的低熔點Fe5Zn21和FeZn13金屬間化合物( 俗稱鋅渣) 并漂移到鋅液中，其抗熔融鋅液腐蝕性很差，因此使用壽命較短，需經(jīng)常更換，嚴重影響生產(chǎn)的正常進行。而且，由于鋼的腐蝕造成鋅液增鐵，嚴重影響熱鍍鋅制品的純度。

采用表面處理技術提高鋼鐵材料沉沒輥抗熔融鋅液腐蝕性能是一種切實有效的方法。較為常用的沉沒輥表面處理方法主要有滲鍍法和熱噴涂。雖然滲鍍法具有成本低廉，簡便易行等優(yōu)點，但是采用滲鍍法獲得的硼化物涂層，滲層厚度受到限制，生成FeB/ Fe2 B 兩種金屬間化合物的膨脹系數(shù)差別很大，而且比較脆，在鋅液腐蝕的惡劣環(huán)境很容易開裂，因此其性能有待于進一步提高。熱噴涂是研究更多、應用更加廣泛的沉沒輥表面處理技術。目前用于耐熔鋅腐蝕涂層的材料主要有：WC/Co、CrWMo和FeCrAl等。由于這些材料構成的涂層具有較好的耐融鋅腐蝕性能，因此用在無溫差變化的靜態(tài)工況條件下收到了較好的效果。盡管如此，熱噴涂方法也有其不足之處，其最大的缺點在于熱噴涂層均不可避免存在一定的孔隙率, 這些孔隙的存在為鋅的擴散提供了擴散通道，且涂層與基體間結合力差、易脫落。因此有必要發(fā)展新的低成本高性能的涂層材料及其制備技術。

本發(fā)明要解決的技術問題是：克服現(xiàn)有的沉沒輥表面采用滲鍍法獲得的硼化物涂層，滲層厚度受到限制，生成FeB/Fe2B 兩種金屬間化合物的膨脹系數(shù)差別很大，而且比較脆，在鋅液腐蝕的惡劣環(huán)境很容易開裂，以及采用熱噴涂方法，其熱噴涂層存在一定的孔隙率, 這些孔隙的存在為鋅的擴散提供了擴散通道，且涂層與基體間結合力差、易脫落的不足；本發(fā)明提供一種熱鍍鋅沉沒輥及其制備方法，本發(fā)明基體表面涉及的防護涂層具體高熔點、高硬度、高耐磨性、高導熱性和高抗腐蝕性，且防護涂層與基體呈冶金結合。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種熱鍍鋅沉沒輥，具有基體，基體表面具有防護涂層，所述的防護涂層采用電火花沉積工藝制備，所述的防護涂層的材料為ZrB2中摻有石墨的陶瓷復合材料。

由于電火花沉積是直接利用具有高能量密度的電能對工件表面進行強化處理，通過火花放電作用將作為電極的導電材料熔滲進金屬工件表層，形成合金化表面強化層，從而使工件的物理、化學、機械性能得到改善。電火花沉積涂層是材料表面在電火花放電作用下，經(jīng)微區(qū)高溫冶金過程所形成，所以它與基體材料結合極為牢固。ZrB2中包含Zr-Zr金屬鍵、B-B共價鍵、B-Zr離子鍵，ZrB2的這些特點決定了它具有高熔點、高硬度、高耐磨性、高導熱性和高抗腐蝕性。ZrB2中摻雜的石墨可以起到提高復合材料的常溫導電性能，以及提高復合材料的熱震性能，單純的ZrB2陶瓷熱震性能較差，在經(jīng)歷冷熱循環(huán)時易發(fā)生裂紋甚至是粉化，只有摻入石墨，才能使復合材料的能夠滿足電火花沉積電極的導電性能要求，同時可以經(jīng)受電火花沉積時的冷熱循環(huán)。

進一步地：所述的ZrB2中摻有石墨的陶瓷復合材料由5~20wt%的石墨和80~95 wt%的ZrB2組成。石墨粉末加入量較少不能實現(xiàn)其在復合材料中的作用，加入量過多則會是最終沉積所得涂層中的ZrB2含量會太低，導致其在硬度及耐磨性方面不能滿足應用要求，而且過高的石墨含量在沉積過程中還可能會對基體起到滲碳的作用形成碳化物陶瓷從而影響到涂層與基體之間的結合。

為使防護涂層具有更好的耐磨損性能、耐熔融鋅液腐蝕性能、耐熱氧化性，防護涂層厚度為10~50μm。

前述的熱鍍鋅沉沒輥的制備方法，其工藝步驟為：

1）以不銹鋼輥作為基體，并進行表面預處理：將切割好的不銹鋼輥用砂紙打磨，然后對打磨后的不銹鋼輥表面進行除油清洗，吹干備用；

2）電火花沉積：將ZrB2中摻有石墨的陶瓷復合材料作為沉積電極，將沉積電極固定于電火花沉積設備的工作槍中，將基體不銹鋼輥固定于電火花沉積設備陰極，啟動電火花沉積設備，將電火花工作槍移動至不銹鋼輥表面沉積防護涂層。

為進一步提高防護涂層與基體的結合強度，提高涂層致密性、優(yōu)化涂層組織，從而提同涂層的耐磨耐蝕性能，對其工藝步驟進行具體闡述：