專利名稱：用于熱噴涂的金屬陶瓷粉末及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于熱噴涂的材料及制備方法，尤其涉及一種用于帶鋼連退生產(chǎn)線中溫段爐輥表面涂層的熱噴涂金屬陶瓷粉末及制備方法。
背景技術(shù)：
為獲得性能優(yōu)良的帶鋼制品，帶鋼通常需要在連續(xù)退火爐中進(jìn)行熱處理。退火 帶鋼的表面必須沒有劃痕、污點(diǎn)或輕微傷痕等缺陷；同時(shí)，在冷熱加工工藝中得到的帶 鋼原始表面質(zhì)量，也必須在退火中得到維持。由于熱處理通常是在微氧化環(huán)境、溫度在 600-1200°C、高速運(yùn)行并具有一定張力載荷。因此，提升傳送帶鋼爐輥的表面狀態(tài)，不僅是 保證連續(xù)退火帶鋼品質(zhì)的關(guān)鍵，而且還能夠滿足連退生產(chǎn)的長壽命、高效率的要求。目前，在高品質(zhì)帶鋼連退生產(chǎn)線爐輥表面，大多實(shí)施具有高性價(jià)比的熱噴涂涂層 保護(hù)處理。一般，中溫段爐輥表面熱噴涂涂層應(yīng)盡量同時(shí)滿足的使用要求有(1)具有優(yōu)良的抗積瘤性能；(2)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性；(3)具有良好的高溫耐摩擦磨損性能；(4)具有較高的硬度；(5)具有良好的抗剝落性能。而熱噴涂粉末則是決定爐輥涂層綜合性能優(yōu)劣的關(guān)鍵因素之一。目前，與本發(fā)明 相近的熱噴涂涂層粉末情況如下1，專利CN101003086提供一種Cr3C2-NiCr復(fù)合粉末制備技術(shù)，將鎳鉻合金(重 量比為70-80% Ni、10-20% Cr)、合金含量為15-50 %與碳化鉻Cr3C2進(jìn)行配比，制備出 15-50% NiCr+Cr3C2 復(fù)合粉末。2，專利JP711420A的粉末組分體系中含有1-60%的CrB2、ZrB2、WB、TiB2系硼化物 陶瓷中的一種，含有5-50%的Cr3C2、TaC, WC、ZrC, TiC、NbC系碳化物陶瓷中的一種，余量為 MCrAlY(M 為 Co、Ni、Fe)金屬合金。3，專利US6572518A的粉末組分體系中含有1-5%的硼化物陶瓷(CrB2、ZrB2, WB、 TiB2等中的一種)、含有5-10%的碳化物陶瓷(Cr3C2、TaC、WC、ZrC、TiC、NbC系中的一種)， 含用多于10%的稀土氧化物(Y203、La203、CeO2等中的一種)，余量為MCrAlY(M為Co、Ni、 Fe)金屬合金。對(duì)常規(guī)普通的鋼板、以及高強(qiáng)度鋼板(抗拉強(qiáng)度大于340MPa的冷軋鋼板和抗拉強(qiáng) 度大于440MPa的熱軋鋼板)少批量生產(chǎn)時(shí)，上述專利1至3的涂層具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性、 抗積瘤作用和耐磨損性能。然而，隨著連退高強(qiáng)度鋼板的需求量和生產(chǎn)量越來越大、退火溫度越來越高，上述 涂層的化學(xué)穩(wěn)定性、抗積瘤作用和耐磨損性能有所減弱。同時(shí)，高溫和大張力工況條件下， 涂層的高溫耐磨性能往往也有所變差。此外，連退爐中不同工序段有著不同的工況條件，以 及為提高連退生產(chǎn)線的生產(chǎn)率和適應(yīng)多品種帶鋼的生產(chǎn)，爐輥表面熱噴涂涂層的使用工況越來越苛刻，如必須能夠承受更高的溫度、更高錳含量和更高強(qiáng)度鋼板的生產(chǎn)。因此，對(duì)熱噴涂涂層有著更高的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有優(yōu)良綜合性能、用于帶鋼連退生產(chǎn)線 中溫段爐輥表面涂層的熱噴涂金屬陶瓷粉末及制備方法，利用本粉末制得的涂層不僅具有 良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗積瘤性能，而且還具有良好的高溫耐磨損性能，進(jìn)而能夠滿足實(shí)際 生產(chǎn)的長壽命使用要求。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明用于熱噴涂的金屬陶瓷粉末具體是一種 CoNiCrAlY+Cr3C2熱噴涂金屬陶瓷粉末，其中=CoNiCrAlY金屬合金組分中，含有25_35wt %的Ni、13_25wt %的Cr、 3-10襯％的A1、0. 1-1襯％的Y、余量為Co ；相對(duì)于金屬陶瓷粉末總量，CoNiCrAlY金屬合金 組分占金屬陶瓷粉末總量的20-35wt%，以及陶瓷組分為Cr3C2陶瓷，Cr3C2陶瓷占金屬陶瓷粉末總量的65_80wt%。進(jìn)一步，為得到最佳性能的金屬陶瓷粉末，上述CoNiCrAlY金屬合金組分中，含有 30wt %的Ni、25wt %的Cr、8wt %的Al、0. 7wt %的Y、余量為Co ；相對(duì)于金屬陶瓷粉末總量， CoNiCrAlY金屬合金組分占金屬陶瓷粉末總量的25wt %，所述Cr3C2陶瓷占金屬陶瓷粉末總 量的75wt%。進(jìn)一步，為得到最佳性能的金屬陶瓷粉末，所述CoNiCrAlY金屬合金組分中，含有 30wt %的Ni、13wt %的Cr、8wt %的Al、0. 7wt %的Y、余量為Co ；相對(duì)于金屬陶瓷粉末總量， CoNiCrAlY金屬合金組分占金屬陶瓷粉末總量的25wt %，所述Cr3C2陶瓷占金屬陶瓷粉末總 量的75wt%。上述CoNiCrAlY+Cr3C2熱噴涂金屬陶瓷粉末的粒度為10-70 μ m。上述CoNiCrAlY金屬合金組分的粒度為1_15 μ m。上述Cr3C2陶瓷組分的粒度為3-10 μ m。上述用于熱噴涂的金屬陶瓷粉末的制備方法由所述已設(shè)定重量百分比、平均顆粒 直徑為3-10 μ m的Cr3C2陶瓷組分和平均顆粒直徑為1_15 μ m的CoNiCrAlY金屬合金組分 組成，經(jīng)充分混粉和燒結(jié)后，采用霧法制粉，通過燒結(jié)制密，經(jīng)破碎篩分后分選至10-70 μ m 粒度范圍。由于本發(fā)明用于熱噴涂的金屬陶瓷粉末及制備方法采用了上述技術(shù)方案，即采用 一定重量百分比的CoNiCrAlY金屬合金組分與Cr3C2陶瓷組分組合成性能優(yōu)異的用于熱噴 涂的金屬陶瓷粉末，并采用霧法制粉，經(jīng)充分混粉和燒結(jié)制密后，破碎篩分成粉末；其用于 帶鋼連退生產(chǎn)線中溫段爐輥表面涂層，同時(shí)也適用于具有相應(yīng)要求的零部件的表面涂層； 利用本粉末制得的涂層不僅具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗積瘤性能，而且還具有良好的高溫 耐磨損性能，進(jìn)而能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的長壽命使用要求。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明用于熱噴涂的金屬陶瓷粉末具體是一種CoNiCrAlY+Cr3C2熱噴涂金屬陶瓷 粉末，
其中=CoNiCrAlY金屬合金組分中，含有25_35wt %的Ni、13_25wt%的Cr、 3-10襯％的A1、0. 1-1襯％的Y、余量為Co ；相對(duì)于金屬陶瓷粉末總量，CoNiCrAlY金屬合金 組分占金屬陶瓷粉末總量的20-35wt%，以及陶瓷組分為Cr3C2陶瓷，Cr3C2陶瓷占金屬陶瓷粉末總量的65_80wt%。進(jìn)一步，為得到最佳性能的金屬陶瓷粉末，上述CoNiCrAlY金屬合金組分中，含有 30wt %的Ni、25wt %的Cr、8wt %的Al、0. 7wt %的Y、余量為Co ；相對(duì)于金屬陶瓷粉末總量， CoNiCrAlY金屬合金組分占金屬陶瓷粉末總量的25wt %，所述Cr3C2陶瓷占金屬陶瓷粉末總 量的75wt%。進(jìn)一步，為得到最佳性能的金屬陶瓷粉末，所述CoNiCrAlY金屬合金組分中，含有 30wt %的Ni、13wt %的Cr、8wt %的Al、0. 7wt %的Y、余量為Co ；相對(duì)于金屬陶瓷粉末總量， CoNiCrAlY金屬合金組分占金屬陶瓷粉末總量的25wt %，所述Cr3C2陶瓷占金屬陶瓷粉末總 量的75wt%。上述CoNiCrAlY+Cr3C2熱噴涂金屬陶瓷粉末的粒度為10-70 μ m。上述CoNiCrAlY金屬合金組分的粒度為1_15 μ m。上述Cr3C2陶瓷組分的粒度為3-10 μ m。上述用于熱噴涂的金屬陶瓷粉末的制備方法由所述已設(shè)定重量百分比、平均顆粒 直徑為3-10 μ m的Cr3C2陶瓷組分和平均顆粒直徑為1_15 μ m的CoNiCrAlY金屬合金組分 組成，經(jīng)充分混粉和燒結(jié)后，采用霧法制粉，通過燒結(jié)制密，經(jīng)破碎篩分后分選至10-70 μ m 粒度范圍。本發(fā)明用于熱噴涂的金屬陶瓷粉末中，CoNiCrAlY金屬合金組分具有著較好的綜 合性能，能夠確保零部件的長壽化、可靠性和安全性的工作要求。為使CoMCrAlY具有更好 的抗高溫、抗氧化和抗腐蝕等能力，優(yōu)化其組分是非常必要的。由于該組分中的鋁元素可以在涂層表面生成致密的Al2O3保護(hù)薄層，故具有提高 爐輥涂層化學(xué)穩(wěn)定性、抗積瘤性和抗腐蝕的能力，而Al含量卻與此有著很大的關(guān)聯(lián)。當(dāng)Al 含量超過IOwt %，會(huì)新生成過多的Al2O3薄層；過多新生成的Al2O3容易與帶鋼中的Mn及其 氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成MnAl2O4化學(xué)積瘤物；同時(shí)，還必須考慮工作條件下涂層中Al元 素?cái)U(kuò)散而導(dǎo)致涂層中Al含量的降低。此外，Al含量不宜低于3wt%，否則又不宜生成致密 的保護(hù)薄層；Al含量的不足，容易導(dǎo)致抗熱合金Co和/或M元素被氧化而過早起皮剝落。CoNiCrAlY金屬合金組分中Cr元素能夠提高爐輥涂層的抗氧化能力以及耐磨 性；但與此同時(shí)，如果Cr元素添加過多時(shí)，類似于Al元素，也會(huì)起到負(fù)面影響，容易形成 Mi^5Ciy5O3化學(xué)積瘤物。通常，Cr元素的添加量在13_25wt%之間。當(dāng)含量少于13wt%時(shí)， 爐輥涂層的抗氧化能力不足。而當(dāng)含量多于25%時(shí)，爐輥涂層又非常容易產(chǎn)生積瘤；并且 涂層非常脆，容易發(fā)生起皮剝落。而對(duì)于少量的稀土元素Y而言，它是一種穩(wěn)定化元素，可以提高涂層中合金與陶 瓷之間的結(jié)合性能，以及Al2O3保護(hù)薄層的持久性；同時(shí)，還能夠起到硬化涂層的作用，進(jìn)而 提高CoNiCrAlY金屬合金組分的工作性能。但當(dāng)Y的含量超過Iwt %時(shí)，反而會(huì)起到負(fù)面作 用；因此，通常在0. l-lwt%之間。下表為不同配比金屬陶瓷粉末各項(xiàng)性能對(duì)照表 對(duì)比本發(fā)明與相近專利CNlO 1003086可知(1) 二者的金屬合金體系完全不同本發(fā)明為CoNiCrAlY金屬合金；而CN101003086專利則為NiCr金屬合金。(2)由本發(fā)明的金屬陶瓷粉末制得的熱噴涂涂層具有比CN101003086專利更好的 綜合性能CNlO 1003086專利的NiCr-Cr3C2涂層，一方面，在較高溫度下由于脫碳Cr3C2會(huì)向 脆性的Cr7C3或Cr23C6相轉(zhuǎn)變，進(jìn)而消弱涂層性能；另一方面，微氧的工作環(huán)境下，鉻和碳化 鉻生成的致密氧化鉻Cr2O3會(huì)逐漸向不穩(wěn)定的CrO3相轉(zhuǎn)變，故涂層易產(chǎn)生膨脹，溫度變化大 容易導(dǎo)致涂層脫落。而本發(fā)明的CoNiCrAlY+Cr3C2粉末，會(huì)在涂層表面生成薄而致密的Al2O3膜層，一方 面可顯著提高涂層的化學(xué)穩(wěn)定性和抗積瘤性能力；另一方面，可有效防止氧向涂層中的進(jìn) 一步擴(kuò)散，從而大大減緩致密Cr2O3向不穩(wěn)定的CrO3相轉(zhuǎn)變的速度；再一方面，也可有益于 延緩Cr3C2的脫碳。本發(fā)明的金屬陶瓷粉末可同時(shí)兼顧爐輥涂層的化學(xué)穩(wěn)定性、耐積瘤性能和耐摩擦 磨損性能。這也是本發(fā)明和其他爐輥表面涂層金屬陶瓷粉末的顯著不同之處。本發(fā)明熱噴涂金屬陶瓷粉末粒度宜在10-70 μ m范圍，粉體的制取可通過?；療?結(jié)法制備原料粉由已設(shè)定重量百分比、平均顆粒直徑為3-10 μ m的陶瓷粉和平均顆粒直 徑為1-15 μ m的CoNiCrAlY合金粉組成；經(jīng)充分混粉和燒結(jié)后，采用霧法制粉，燒結(jié)制密，破 碎篩分后分選至10-70 μ m粒度范圍。這種方式制得的金屬陶瓷粉末各個(gè)組分分布穩(wěn)定而 均勻。為了獲得具有良好綜合性能的爐輥表面涂層，本發(fā)明金屬陶瓷粉末爐輥表面保護(hù) 涂層的制備采用熱噴涂方法，包括超音速火焰噴涂(如HVOF噴槍)、等離子噴涂(如APS噴 槍)、爆炸噴涂(如D-Gun噴槍)。
權(quán)利要求
一種用于熱噴涂的金屬陶瓷粉末，其特征在于所述的金屬陶瓷粉末具體是一種CoNiCrAlY+Cr3C2熱噴涂金屬陶瓷粉末，其中CoNiCrAlY金屬合金組分中，含有25-35wt％的Ni、13-25wt％的Cr、3-10wt％的Al、0.1-1wt％的Y、余量為Co；相對(duì)于金屬陶瓷粉末總量，CoNiCrAlY金屬合金組分占金屬陶瓷粉末總量的20-35wt％，以及陶瓷組分為Cr3C2陶瓷，Cr3C2陶瓷占金屬陶瓷粉末總量的65-80wt％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱噴涂的金屬陶瓷粉末，其特征在于所述CoMCrAlY 金屬合金組分中，含有30wt %的Ni、25wt %的Cr、8wt %的A1、0. 7wt %的Y、余量為Co ；相對(duì) 于金屬陶瓷粉末總量，CoNiCrAlY金屬合金組分占金屬陶瓷粉末總量的25wt%，所述Cr3C2 陶瓷占金屬陶瓷粉末總量的75wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱噴涂的金屬陶瓷粉末，其特征在于所述CoMCrAlY 金屬合金組分中，含有30wt %的Ni、13wt %的Cr、8wt %的A1、0. 7wt %的Y、余量為Co ；相對(duì) 于金屬陶瓷粉末總量，CoNiCrAlY金屬合金組分占金屬陶瓷粉末總量的25wt%，所述Cr3C2 陶瓷占金屬陶瓷粉末總量的75wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱噴涂的金屬陶瓷粉末，其特征在于所述 CoNiCrAlY+Cr3C2熱噴涂金屬陶瓷粉末的粒度為10-70 u m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱噴涂的金屬陶瓷粉末，其特征在于所述CoMCrAlY 金屬合金組分的粒度為1-15 iim。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱噴涂的金屬陶瓷粉末，其特征在于所述Cr3C2陶瓷組 分的粒度為3-10 iim。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱噴涂的金屬陶瓷粉末的制備方法，其特征在于原料 粉由所述已設(shè)定重量百分比、平均顆粒直徑為3-10 y m的Cr3C2陶瓷組分和平均顆粒直徑為 1-15 y m的CoNiCrAlY金屬合金組分組成，經(jīng)充分混粉和燒結(jié)后，采用霧法制粉，通過燒結(jié) 制密，經(jīng)破碎篩分后分選至10-70 u m粒度范圍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于熱噴涂的金屬陶瓷粉末及制備方法，本發(fā)明采用一定重量百分比的CoNiCrAlY金屬合金組分與Cr3C2陶瓷組分組合成性能優(yōu)異的用于熱噴涂的金屬陶瓷粉末，并采用霧法制粉，經(jīng)充分混粉和燒結(jié)制密后，破碎篩分成粉末；其用于帶鋼連退生產(chǎn)線中溫段爐輥表面涂層，同時(shí)也適用于具有相應(yīng)要求的零部件的表面涂層；利用本粉末制得的涂層不僅具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗積瘤性能，而且還具有良好的高溫耐磨損性能，進(jìn)而能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的長壽命使用要求。
文檔編號(hào)C23C24/08GK101862825SQ200910049440
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2009年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月17日
發(fā)明者劉榮慧, 畢剛, 顧軼蓉 申請(qǐng)人:上海寶鋼設(shè)備檢修有限公司