高温炉辊表面纳米ZrB2增强CoNiCrAlY金属陶瓷复合粉末、涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及金属陶瓷涂层技术领域，具体涉及高温炉辊表面纳米ZrB2增强CoNiCrAlY金属陶瓷复合粉末、涂层及其制备方法，通过分步式机械合金化的方法制备出粒径在15～45μm的适用于热喷涂的金属陶瓷复合粉末，然后使用氧

【技术实现步骤摘要】
高温炉辊表面纳米ZrB2增强CoNiCrAlY金属陶瓷复合粉末、涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属陶瓷涂层
，具体涉及高温炉辊表面纳米ZrB2增强CoNiCrAlY金属陶瓷复合粉末、涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]高温炉辊是用于带钢连续退火线、热镀锌线的退火炉内的关键传输部件，工作温度高达1000℃。高温炉辊在输送高温带钢时，由于长期处于高载荷、高温度等苛刻环境中，其失效原因主要有以下3方面：1)带钢在输送过程中对炉辊辊面的冲击和较高的载荷摩擦作用，造成辊面磨损形成刮痕；2)均热炉内的温度较高，长期处于高温状态下的炉辊尽管炉内有还原性的气氛(N2混合少量H2)进行保护，但仍会发生少量氧化；3)高温环境中，炉辊表面容易生成铁或锰的氧化物，形成氧化皮粘附在辊面，造成辊面形成结瘤物。这些失效不仅会降低生产出的带钢表面质量，还会大大缩短高温炉辊的使用寿命，影响带钢的生产。
[0003]MCrAlY合金在高温下尤其是900℃～1150℃范围内具有良好的高温抗氧化性，所以在高温炉辊防护涂层领域具有重要研究意义，常用于金属陶瓷涂层的基体相。然而，对于涂层的耐磨性，主要是利用陶瓷增强相改善金属相在此方面的缺点。目前的研究中，碳化物陶瓷易在高于850℃的温度下和超音速火焰喷涂过程中发生脱碳分解，缩短涂层寿命；氧化物陶瓷因其热膨胀系数与金属相不匹配而体积膨胀致使涂层剥落。ZrB2作为超高温材料，具有高熔点(3246℃)、高热导率(39W/mK)、低密度(6.12g/cm3)、低热膨胀系数(6.88<br/>×
10
‑6K
‑1)、高硬度及较好的抗氧化、抗热震及耐磨损性能。但ZrB2韧性较差，在非常高的温度下才能致密化，而CoNiCrAlY合金涂层具有较优异的抗氧化性能，但其硬度较低，耐磨性较差，在CoNiCrAlY中添加ZrB2能够很好的弥补这一缺陷。目前，制备金属陶瓷粉末的方法主要是团聚造粒、烧结+破碎、团聚造粒+烧结以及机械合金化。团聚造粒法得到的粉末喷涂中容易破碎、沉积效率低，烧结+破碎和团聚造粒+烧结的粉末易在烧结过程中产生氧化膜，均不适合超音速火焰喷涂。
[0004]鉴于上述缺陷，本专利技术创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决目前团聚造粒法制备的金属陶瓷粉末喷涂中容易破碎、沉积效率低，烧结+破碎和团聚造粒+烧结的粉末易在烧结过程中产生氧化膜，均不适合超音速火焰喷涂的问题，提供了高温炉辊表面纳米ZrB2增强CoNiCrAlY金属陶瓷复合粉末、涂层及其制备方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术公开了高温炉辊表面纳米ZrB2增强CoNiCrAlY金属陶瓷复合粉末的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1，将CoNiCrAlY与ZrB2粉末按比例混合；
[0008]S2，将步骤S1中得到的混合粉末球磨，抽真空后通入氩气；
[0009]S3，将S2中真空处理后的混合粉末球磨，然后过分筛机得到CoNiCrAlY
‑
ZrB2金属陶瓷粉末。
[0010]所述步骤S1中CoNiCrAlY粉末粒径为15～45μm，其中元素质量百分比为Ni 30～34％，Cr 20～23％，Al 6～10％，Y 0.4～0.7％，余量Co。ZrB2粉末粒径为1～3μm，其纯度≥99.5％。
[0011]所述步骤S1中混合采用预混机，预混机的转速为60r/min，混合时间为2h。
[0012]所述步骤S2中CoNiCrAlY与ZrB2质量比为8:2(CoNiCrAlY 160g，ZrB
2 40g)，先以质量比8:1(CoNiCrAlY 160g，ZrB
2 20g)混合球磨，分别在球磨15h和20h后将质量比提高到8:1.5(CoNiCrAlY 160g，ZrB
2 30g)和8:2(CoNiCrAlY 160g，ZrB
2 40g)；GCr15钢磨球按直径选取15mm、10mm、6mm、5mm，且按1:4:2:1的比例配成混合磨球，使磨球与粉末质量比为10:1；抽真空时，真空泵压强设置为10Pa，抽真空时间为10min；氩气以0.5Pa的压强通3min。
[0013]所述步骤S3中球磨的转速为220rpm，球磨时间为35h。
[0014]本专利技术还公开了上述制备方法制得的高温炉辊表面纳米ZrB2增强CoNiCrAlY金属陶瓷复合粉末，所述CoNiCrAlY
‑
ZrB2金属陶瓷复合粉末粒径为15～45μm，硬度为11.82GPa。
[0015]本专利技术还公开了上述高温炉辊表面纳米ZrB2增强CoNiCrAlY金属陶瓷复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0016](1)喷涂前，对高温炉辊基体表面进行除油净化处理，然后对表面进行喷砂粗化处理，并对粗化处理后的基体进行预热处理；
[0017](2)使用氧
‑
煤油超音速火焰喷涂技术，氧气作为助燃剂，煤油作为燃料，氩气作为送粉载气，空气作为冷却介质，将如权利要求6所述的金属陶瓷复合粉末喷涂于高温炉辊基体表面，形成CoNiCrAlY
‑
ZrB2复合涂层。
[0018]所述步骤(1)中喷砂材料为粒度为60目棕刚玉砂，喷砂压力为3～5MPa，喷砂后基体表面粗糙度达到2.5～3μm，基体预热温度达到80～120℃。
[0019]所述步骤(2)中氧气流量为900L/min，煤油流量为26L/h，喷涂距离为380mm，喷涂步距3mm，喷涂速度为800mm/s，送粉电压为3.3V，送粉速率为60g/min。
[0020]本专利技术还公开了上述制备方法制得的高温炉辊表面纳米ZrB2增强CoNiCrAlY金属陶瓷复合涂层，所述CoNiCrAlY金属陶瓷复合涂层厚度为200～300μm，硬度为700～900HV
0.3
，断裂韧性为5.21
±
0.19MPa
·
m
1/2
，涂层的孔隙率为0.28
±
0.03％。
[0021]与现有技术比较本专利技术的有益效果在于：
[0022]1、采用分步式机械合金化法制备得到的金属陶瓷复合粉末，具有近球形形状，这使得粉末具有一定的流动性，粉末粒度均匀，且ZrB2陶瓷相在CoNiCrAlY基体相中均匀分散，得到的复合粉末硬度高，克服传统的团聚造粒、烧结得到的粉末脆性大，在喷涂过程中易破碎的缺点；
[0023]2、制备的CoNiCrAlY
‑
ZrB2复合涂层厚度为200～300μm，硬度可达到900HV
0.3
，涂层的断裂韧性达到了5.21MPa
·
m
1/2
，涂层孔隙率达到0.28％；
[0024]3、本专利技术所制备的复合涂层在高达1000℃高温下具有较好的抗氧化性能和良好的减摩耐磨性能，提高了在严苛环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温炉辊表面纳米ZrB2增强CoNiCrAlY金属陶瓷复合粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将CoNiCrAlY与ZrB2粉末按比例混合；S2，将步骤S1中得到的混合粉末球磨，抽真空后通入氩气；S3，将S2中真空处理后的混合粉末球磨，然后过分筛机得到CoNiCrAlY
‑
ZrB2金属陶瓷粉末。2.如权利要求1所述的一种高温炉辊表面纳米ZrB2增强CoNiCrAlY金属陶瓷复合粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中CoNiCrAlY粉末粒径为15～45μm，其中元素质量百分比为Ni 30～34％，Cr 20～23％，Al 6～10％，Y 0.4～0.7％，余量为Co，ZrB2粉末粒径为1～3μm，其纯度≥99.5％。3.如权利要求1所述的一种高温炉辊表面纳米ZrB2增强CoNiCrAlY金属陶瓷复合粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中混合采用预混机，预混机的转速为60r/min，混合时间为2h。4.如权利要求1所述的一种高温炉辊表面纳米ZrB2增强CoNiCrAlY金属陶瓷复合粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中CoNiCrAlY与ZrB2按8:2的质量比混合球磨，先以质量比8:1混合球磨，分别在球磨15h和20h后将质量比提高到8:1.5和8:2；GCr15钢磨球按直径选取15mm、10mm、6mm、5mm，且按1:4:2:1的比例配成混合磨球，使磨球与粉末质量比为10:1；抽真空时，真空泵压强设置为10Pa，抽真空时间为10min；氩气以0.5Pa的压强通3min。5.如权利要求1所述的一种高温炉辊表面纳米ZrB2增强CoNiCrAlY金属陶瓷复合粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中球磨的转速为220rpm，球磨时间为35h。6.一种采用如权利要求1～5任一项所述的制备方法制得的高温炉辊表面纳米ZrB2增强CoNiCrAlY金属陶瓷复...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨康，徐国正，张世宏，王硕煜，倪振航，
申请(专利权)人：安徽马钢表面技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：