專利名稱：阻滲碳涂層及涂覆方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于用金屬和陶瓷材料噴涂的涂層。主要適用于大型鑄鐵件中，特別適用于大型煉鐵高爐的水冷爐壁。
象大、中型煉鐵高爐水冷爐壁之類的水冷系統(tǒng)，通常是把無縫鋼管直接鑄在鑄鐵中。使用時，無縫鋼管中通水，達(dá)到水冷效果。在這種水冷爐壁的鑄造過程中，無縫鋼管事先規(guī)范地置于鑄模之中，澆鑄時，高溫(約1380℃)鐵水直接與鋼管接觸，而鐵水的含C量一般為3.5～3.8%，所用無縫鋼管的含碳量為0.17～0.24%。這樣，在澆鑄及隨后的冷卻過程中，會造成鐵水中的碳向鋼管中大量擴(kuò)散滲入，其最大深度可達(dá)幾毫米，致使鋼管外表面的碳含量大大提高，達(dá)到1～3%。碳含量的劇增，使鋼管表層形成硬而脆的滲碳體，導(dǎo)致鋼管表面變硬變脆，在使用過程中，因外力作用，鋼管過早地斷裂、漏水，嚴(yán)重地影響使用效果，甚至造成重大事故。
為了解決上述問題，以往通常是在澆鑄前，在鋼管外表面涂覆一層涂層，把鋼管和鐵水隔開。其涂料有鋁粉加水玻璃、氧化鋁加水玻璃、二氧化汞加水玻璃、石英粉加磷酸鋁等，這些涂料中都加入了不同種類的粘結(jié)劑。上述涂層具有一定的阻滲碳作用，但均有深度不等的(0.135～1.35mm)的滲C層(《鋼鐵》，1988.№4)。中國專利CN86106703A提供了在鑄鐵內(nèi)嵌鋼背表面無機(jī)滲C涂料及涂敷工藝，為了防滲C，采用了Si-Fe-MgO-膨潤土及粘結(jié)劑組成的涂料。
上述的防滲碳涂層都有一個共同的特點，就是在涂料中都有種類不同的粘結(jié)劑。使用這類涂料，一方面需要增加烘干工序;另一方面，烘干后與下一工序的時間間隔必須嚴(yán)加控制，否則，粘結(jié)劑將水解。更重要的是，上述涂層與高溫鐵水接觸時，易起泡、開裂和脫落。另外，上述涂層在常溫下強(qiáng)度很低，搬運時易擦傷。因此，這類涂層難以獲得穩(wěn)定可靠的阻滲碳效果，不能達(dá)到完全阻滲碳，仍有約0.2mm左右深度的滲碳層和局部嚴(yán)重滲碳。
本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好阻滲碳效果的無粘結(jié)劑的阻滲碳涂層及涂覆方法，該涂層不僅能有效阻止鐵水中的碳向鋼管中滲入，同時具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，而且還可使鑄件與基體間保持有微松動狀態(tài)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明涂層首先采用無粘結(jié)劑的阻滲碳涂料，其化學(xué)成分(重量%)為Al2O390～99.9%，Ni、Al中任一種或兩者之和為0.1～10%。
Al2O3耐磨、耐沖刷侵蝕，高溫化學(xué)性能穩(wěn)定，不與碳作用，且耐Fe、Co、Ni等熔融金屬的侵蝕，在對鋼管等的阻滲碳作用中起決定性作用。
加入金屬Ni，一方面Ni對C不敏感，能起阻滲碳作用，另一方面，在特定需要的結(jié)構(gòu)件中，Ni能改善阻滲碳涂層的導(dǎo)熱性能。
加入Al，也可以起到與Ni同樣的作用。
控制Ni、Al一定含量，是為了在某一結(jié)構(gòu)件中使鑄件與鋼管之間要保持微松動狀態(tài)，即鋼管與鑄鐵之間不產(chǎn)生焊合，并且在工作條件下，二者可以相對位移。
本發(fā)明所述的阻滲碳涂層，是將上述阻滲碳涂料，采用熱噴涂技術(shù)涂覆在工件表面的，包括火焰噴涂、電弧噴涂、電弧等離子噴涂。
該阻滲碳涂層有單層結(jié)構(gòu)、雙層結(jié)構(gòu)和三層結(jié)構(gòu)。
所謂單層結(jié)構(gòu)阻滲碳涂層，是指沒有底層，只有阻滲碳工作層，即將本發(fā)明阻滲碳涂料直接熱噴涂在工件表面。
所謂雙層結(jié)構(gòu)阻滲碳涂層是指先在工件表面涂覆一層結(jié)合層，然后再在結(jié)合層上噴涂阻滲碳工作層。其目的是使阻滲碳工作層與基體的結(jié)合更加牢固。結(jié)合層采用低碳鋼或Fe-Cr-Al合金涂料。
所謂三層結(jié)構(gòu)阻滲碳層是指該涂層由結(jié)合層、阻滲碳工作層和保護(hù)層組成。結(jié)合層和保護(hù)層都選用低碳鋼或Fe-Cr-Al合金涂料。保護(hù)層既能保護(hù)工作層，又能促使工作層與鑄件結(jié)合更加牢固。先噴涂結(jié)合層，然后噴涂阻滲碳工作層，再在其上噴涂保護(hù)層。
本發(fā)明阻滲碳涂層的制備方法如下先將工件(如鋼管)表面去油、去污、除銹，并進(jìn)行噴砂處理，然后采用熱噴涂技術(shù)，將配制好的阻滲碳涂料、結(jié)合層或保護(hù)層涂料，根據(jù)不同需要按其單層、雙層或三層結(jié)構(gòu)，依次序?qū)⑺鼈儑娡吭诠ぜ?。在噴涂過程中，基體(工件)溫度不能超過100℃，涂層總厚度＜0.15mm。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、該阻滲碳涂層具有良好的阻滲碳作用，阻滲碳效果可達(dá)到99%以上(指被涂敷面積)。
2、涂層的熱穩(wěn)定性好，結(jié)合牢固，且使鑄件與被涂工件之間保持微松動狀態(tài)。
3、該涂層在常溫仍具有一定的強(qiáng)度，而且與基體的結(jié)合強(qiáng)度也較高，因此，在運輸及隨后的使用過程中，不開裂、脫落。
4、該涂層有較高的導(dǎo)熱系數(shù)。
實施例根據(jù)本發(fā)明所述的阻滲碳涂料的化學(xué)成分范圍，配制了五批阻滲碳涂料，其具體化學(xué)成分如表1所示。選擇了外徑φ60mm的20＃碳鋼管件作基體，首先進(jìn)行去油污處理，接著對表面進(jìn)行噴砂處理，然后將五個批號的涂料按照表1所示的涂層結(jié)構(gòu)，分別涂覆在五批鋼管表面，然后將它們置于鑄模中，并將鐵水注入鑄模。經(jīng)5～10小時的自然冷卻后，剖開鑄件，檢測鋼管表面有無滲碳層，結(jié)果表明，鋼管表面未發(fā)現(xiàn)滲碳層，說明本發(fā)明阻滲碳涂層的阻滲碳效果良好。
表1 實施例阻滲碳涂料的化學(xué)成分、基體材料和涂層結(jié)構(gòu)
注雙層或三層結(jié)構(gòu)時，結(jié)合層和保護(hù)層均采用Fe-Cr-Al涂料。
權(quán)利要求
1.一種阻滲碳涂層，其特征在于A、該涂層所用的阻滲碳涂料的化學(xué)成分(重量%)為Al2O390～99.9%，Ni或Al加任一種或兩者之和為0.1～10%；B、該涂層的結(jié)構(gòu)有三種單層結(jié)構(gòu)、雙層結(jié)構(gòu)和三層結(jié)構(gòu)；單層結(jié)構(gòu)為單一的阻滲碳工作層，雙層結(jié)構(gòu)為結(jié)合層和阻滲碳工作層，三層結(jié)構(gòu)為結(jié)合層、阻滲碳工作層和保護(hù)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂層，其特征在于雙層結(jié)構(gòu)時，靠近工件表面為結(jié)合層，其上是阻滲碳工作層;三層結(jié)構(gòu)時，靠近工件表面為結(jié)合層，中間為阻滲碳工作層，外層為保護(hù)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的涂層，其特征在于結(jié)合層和保護(hù)層涂料均采用低碳鋼或Fe-Cr-Al合金，工作層采用本發(fā)明所述的阻滲碳涂料。
4.一種權(quán)利要求1所述阻滲碳涂層的涂覆方法，先將基體(工件)去油污、除銹，并對表面進(jìn)行噴砂處理，然后采用熱噴涂技術(shù)在工件表面噴覆涂料，其特征在于噴覆過程中，基體溫度不能超過100℃;涂層總厚度＜0.15mm。
全文摘要
本發(fā)明系阻滲碳涂層及噴覆方法。其特征是涂層所采用的阻滲碳涂料的化學(xué)成分(重量％)為Al
文檔編號B22D19/00GK1066890SQ9210542
公開日1992年12月9日 申請日期1992年7月8日 優(yōu)先權(quán)日1992年7月8日
發(fā)明者蘇啟, 張虎寅, 俞淑延, 堵新心 申請人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院