一种纳米复合热障涂层及其制备方法与应用、一种拉矫辊技术

本发明专利技术公开了一种纳米复合热障涂层及其制备方法与应用、一种拉矫辊，属于材料技术领域。制备包括：采用超低压等离子喷涂方式制备氧化锆基复合涂层，喷涂过程中将7YSZ和Al同时独立送粉。喷涂过程中，上述两种原料发生气化，在两相界面形成Al

【技术实现步骤摘要】
一种纳米复合热障涂层及其制备方法与应用、一种拉矫辊
本专利技术涉及材料
，具体而言，涉及一种纳米复合热障涂层及其制备方法与应用、一种拉矫辊。
技术介绍
钢坯连铸技术是一种制钢技术，能够以更少的能源成本得到更高的铸坯产量和质量，已经成为世界钢铁行业的主要技术手段之一。钢水通过连铸机浇铸成为钢坯的过程大致为：炼钢炉中炼出的钢水首先注入到钢水罐中，钢水罐中的钢水以适当的速度进入中间罐，再由拉矫机和结晶器的振动装置共同作用，从结晶器下方将经过一次冷却后外表皮凝结的坯料连续拉出，最后经冷却凝固后被切割器切割成坯料。近年来，在各界学者的共同努力下，我国的连铸技术取得了一定的进步，为我国钢铁行业的蓬勃发展提供了动力，但是与西方发达国家的发展水平还有不小的差距。现如今，如何实现高质量，高效率，寿命长的连铸技术，以适应快速发展的经济，是现阶段许多钢铁行业的研究人员在努力解决的问题。其中，拉矫辊作为板坯连铸机的核心部件，其保持正常工作是连铸机能生产出高质量的钢坯的关键保障之一。由于连铸机拉矫辊的工作环境十分恶劣，目前广泛应用于企业连铸生产线上的拉矫辊在工作时过早的报废，使用寿命很短，既增加了生产的成本，又影响到了钢坯生产的连续性和生产效率，严重制约了连铸技术的发展。为了改善连铸技术的这一缺陷，研究如何提高拉矫辊的使用寿命对连铸技术的发展非常具有意义。拉矫辊经常会保持很长时间的高负荷工作，且工作环境十分复杂和恶劣，造成拉矫辊失效的因素有很多，且通常是几种因素共同作用才导致拉矫辊失效甚至报废，主要的失效形式有：辊子过度弯曲、辊内冷却装置泄露、辊子表面磨损和热疲劳裂纹。其中辊内冷却装置的失效和辊子过度弯曲这两种失效形式可以根据实际的情况，通过工艺方案的改进和结构的合理化设计，从根本上解决问题。而辊子表面磨损和热疲劳裂纹这两种失效形式，在目前的研究现状下，无法从根本上避免，广大研究工作者都在致力于延缓这两种失效形式的出现时间。为了提高拉矫辊的使用寿命，研究新型高温材料，提高材料各项高温性能是一种途径之一。从提高拉矫辊材料的热强性入手，通过加入合金元素，提高表面氧化膜的稳定性，从而提高其抗氧化性，并且通过基体晶界的强化、弥散强化等提高钢的热强性。也可在辊套材料中加入适当的钨元素，可以减缓辊套表面热疲劳裂纹的产生速度，从而提高了辊套的疲劳寿命。还有许多国内外的研究者从提高材料本身的耐磨性入手，通过合金化等处理方法提高钢的耐磨性，从而提高拉矫辊的使用寿命。国内外的许多学者也有从拉矫辊的结构方面入手研究，并且取得了一些实质性的进展。拉矫辊破坏的主要原因是辊子断面循环变化的热应力幅值过大，又因为辊子表面材料的机械性能在高温环境下有明显下降，从而造成表面龟裂，裂纹沿着深度方向不断扩大，最终失效。新型预应力拉矫辊可以降低辊子表面应力幅值，改善辊子在工作时的热疲劳环境，在工作时拉矫辊会预先产生机械应力也就是预应力。实际生产中，拉矫辊的使用寿命是由材料性能最薄弱的环节所决定的，根据拉矫辊的工况，最薄弱的环节就是材料的表面。拉矫辊在使用过程中，受到高温载荷发生的氧化，高温钢坯表面产生的氧化铁皮碎屑在相互运动中产生的磨损等，这些因素共同作用使得拉矫辊表面发生破坏或失效。国内外学者进行了大量的拉矫辊表面改性技术的研究，其中常用的材料表面改性技术主要包括：(1)堆焊技术：目前应用很多的是在拉矫辊表面进行堆焊处理，选用新型的堆焊材料、优化堆焊工艺参数，可以延缓辊子表面热疲劳裂纹的产生时间，并且分布的更稀疏。与普通工艺方案下辊子表面出现的严重龟裂和磨损相比，提高了拉矫辊的使用寿命和铸坯质量，并且降低了生产成本。堆焊技术的主要优点在于辊子表面的综合性能好，并且可以重复修补。(2)激光表面合金化：利用高能的激光束对辊面合金化，这种方法可改变金属性能，又可节约材料、降低成本，在表面获得耐磨、防腐蚀和抗高温氧化性的合金层。对比这几个研究方向可以发现，改变拉矫辊的材料和结构虽然可以在一定程度上提高拉矫辊的使用寿命，但是性能好的材料往往成本较高，目前应用很广泛的辊子表面堆焊处理虽然可以让基体和堆焊材料之间达到冶金结合，结合力很好，但是堆焊层质量非常依赖与堆焊材料即金属粉末的质量，目前的堆焊材料我国主要依赖于进口，堆焊修复的成本比较高，不能完全国产自主。激光表面合金化，这种方法尽管可以获得高性能耐磨表面，但是由于激光热应力较大，耐磨表面容易出现裂纹，导致服役寿命不长。鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的之一包括提供一种纳米复合热障涂层的制备方法，该方法简单，易操作，条件可控。本专利技术的目的之二包括提供一种由上述制备方法制备而得纳米复合热障涂层，该纳米复合热障涂层具有较高的隔热耐磨性能。本专利技术的目的之三包括提供一种上述纳米复合热障涂层的应用，例如可用于制备拉矫辊，可有效缓解其在服役过程中面临高温、高载荷和高摩擦等苛刻环境所造成的破坏或失效。本专利技术的目的之四包括提供一种含有上述纳米复合热障涂层的拉矫辊，具有较佳的耐高温、耐高应力载荷及耐高摩擦性能。本专利技术是这样实现的：第一方面，本专利技术实施例提供一种纳米复合热障涂层的制备方法，包括以下步骤：采用超低压等离子喷涂方式制备氧化锆基复合涂层。氧化锆基复合涂层的喷涂过程中将7YSZ原料和Al原料同时独立送粉。在可选的实施方式中，氧化锆基复合涂层的喷涂条件包括：喷涂功率为52-58kW，喷涂距离为800-900mm，氩气流量为32-38NLPM，氢气流量为60-65NLPM，7YSZ原料的送粉量为10-20g/min，Al原料的送粉量为7-15g/min。在可选的实施方式中，还包括将超低压等离子喷涂后的氧化锆基复合涂层进行热处理。在可选的实施方式中，热处理的条件包括：于大气环境下，采用火焰对氧化锆基复合涂层的表面进行高温处理。优选地，火焰是乙炔在氧气中燃烧得到。优选地，高温处理过程中将氧化锆基复合涂层的表面的温度控制在900-1000℃。在可选的实施方式中，制备氧化锆基复合涂层前，还包括采用超低压等离子喷涂方式制备用于设置于基体表面的粘结层，随后再于粘结层的表面制备氧化锆基复合涂层。在可选的实施方式中，粘结层的喷涂条件包括：喷涂功率为45-55kW，喷涂距离为400-500mm，氩气流量为90-110NLPM，氢气流量为5-10NLPM；优选地，粘结层的原料包括NiCoCrAlYTa、NiCr或NiCrAlY。在可选的实施方式中，还包括在制备粘结层前，对基体进行前处理。优选地，前处理包括清洗基体。优选地，以汽油和酒精对基体进行超声清洗。优选地，前处理还包括：对清洗后的基体的非喷涂区域进行保护，随后对喷涂区进行喷砂处理。优选地，用胶布黏贴对非喷涂区域进行保护。优选地，采用刚玉砂砾对喷涂区进行喷砂处理，更优地，采用40号刚玉砂砾对喷涂区进行喷砂处理。优选地，喷砂处理于0.2-0.5MPa的气压下进行，更优于0.5MPa的气压下进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米复合热障涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用超低压等离子喷涂方式制备氧化锆基复合涂层；/n所述氧化锆基复合涂层的喷涂过程中将7YSZ原料和Al原料同时独立送粉。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米复合热障涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用超低压等离子喷涂方式制备氧化锆基复合涂层；
所述氧化锆基复合涂层的喷涂过程中将7YSZ原料和Al原料同时独立送粉。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化锆基复合涂层的喷涂条件包括：喷涂功率为52-58kW，喷涂距离为800-900mm，氩气流量为32-38NLPM，氢气流量为60-65NLPM，所述7YSZ原料的送粉量为10-20g/min，所述Al原料的送粉量为7-15g/min。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，还包括将超低压等离子喷涂后的所述氧化锆基复合涂层进行热处理。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，热处理的条件包括：于大气环境下，采用火焰对所述氧化锆基复合涂层的表面进行高温处理；
优选地，所述火焰是乙炔在氧气中燃烧得到；
优选地，高温处理过程中将所述氧化锆基复合涂层的表面的温度控制在900-1000℃。


5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，制备所述氧化锆基复合涂层前，还包括采用超低压等离子喷涂方式制备用于设置于基体表面的粘结层，随后再于所述粘结层的表面制备所述氧化锆基复合涂层。


6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述粘结层的喷涂条件包括：喷涂功率为45-55kW，喷涂距离为400-500mm，氩气流量为90-110NLPM，氢气流量为5-10NLPM；
优选地，所述粘结层的原料包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小锋，付郎，邓子谦，牛少鹏，邓春明，邓畅光，刘敏，周克崧，
申请(专利权)人：广东省新材料研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44