專(zhuān)利名稱(chēng)：金屬部件表面強(qiáng)化處理方法
一種金屬部件表面強(qiáng)化處理方法，本方法涉及采用熱噴涂手段在金屬部件表面涂復(fù)強(qiáng)化層以提高金屬部件在高溫下的工作壽命，或?qū)σ涯p的高溫工作金屬部件表面進(jìn)行修復(fù)處理。
眾所周知，高溫下工作的金屬部件大多用價(jià)格昂貴的耐熱材料，例如Ni-Cr等耐熱鋼制成，提高這些部件的高溫工作壽命對(duì)降低工廠(chǎng)產(chǎn)品成本，節(jié)約原材料有很大意義。特別是鋼廠(chǎng)用的連續(xù)加熱爐爐輥，由于使用條件惡劣損壞尤為嚴(yán)重。
本發(fā)明之前也有在金屬部件表面噴涂高熔點(diǎn)，高高溫強(qiáng)度合金層的表面強(qiáng)化處理方法，例如在加熱爐爐輥表面噴涂Ni-Al合金層，但由于表面強(qiáng)化層與基體材料結(jié)合性能差，使用時(shí)強(qiáng)化層易于剝落，特開(kāi)昭49-22343揭示了一種先在輥面基體噴涂一層與基體材料結(jié)合良好的Ni-Mo打底層，然后再?lài)娡縉i-Al合金層，最終噴涂純Al強(qiáng)化層的方法，解決剝落問(wèn)題，但這種工藝處理復(fù)雜，在噴涂打底層后要進(jìn)行1000℃保溫50小時(shí)的熱處理，噴涂強(qiáng)化層后又要進(jìn)行高溫長(zhǎng)期的擴(kuò)散退火處理，因此工藝不能一氣哈成，而且成本高、能耗大。
本發(fā)明目的就是要提供一種工藝簡(jiǎn)便，成本低廉的金屬部件表面強(qiáng)化處理方法，也即通過(guò)選擇合適的強(qiáng)化層材料及涂復(fù)順序，只要采用簡(jiǎn)單的熱噴涂手段，就能在金屬部件表面涂復(fù)與基體材料結(jié)合性能良好，又具有高溫工作性能的強(qiáng)化層。
所涂復(fù)的金屬表面強(qiáng)化層之所以在高溫工作下易于剝落，其主要原因是二種材料的熱膨脹系數(shù)不同造成的。為此本發(fā)明除了在基體材料表面涂復(fù)一層與基體材料具有良好附著性能的打底層外，還根據(jù)基體材料與所選擇的強(qiáng)化層之間的熱膨脹系數(shù)差異大小，在打底層上噴涂一層以上的過(guò)渡層?；w材料與強(qiáng)化層之間的膨脹系數(shù)相差越大，則過(guò)渡層的層數(shù)要越多，所選用的過(guò)渡層材料的熱膨脹系數(shù)要在基體材料與強(qiáng)化層之間，而各過(guò)渡層材料之間的熱膨脹系數(shù)也是遞增或遞減的，在熱噴涂過(guò)程中，各層之間還會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散和滲透作用，因此，采取這種措施后，就能解決基體材料與強(qiáng)化層間結(jié)合性能差，高溫工作下易于剝落的問(wèn)題。
本發(fā)明的特點(diǎn)是在金屬部件表面噴涂一層與基體材料結(jié)合良好的金屬、合金或復(fù)合金屬打底層，然后噴涂至少一層以上的金屬陶瓷過(guò)渡層，再?lài)娡拷饘偬沾蓮?qiáng)化層，最后刷涂封孔劑進(jìn)行封孔處理。工藝一氣哈成，中間無(wú)需進(jìn)行任何處理。
對(duì)于基體材料為Ni-Cr系耐熱鋼而言，打底層可采用Ni、Cr、Ni-Cr、Ni-Cr-Al、Ni-Al、Ni-Mo等金屬、合金、復(fù)合金屬的噴涂線(xiàn)材或噴涂粉末，打底層的厚度一般控制在0.05～0.15毫米之間，過(guò)厚會(huì)降低涂層自身的結(jié)合強(qiáng)度，過(guò)薄起不到打底層的作用，過(guò)渡層可采用Ni、Mo、Al等金屬粉末與Al、Si、Ti、Zr、Mg等氧化物陶瓷組成的復(fù)合金屬陶瓷粉末噴涂，噴涂過(guò)渡層旨在于降低基體材料與金屬陶瓷工作層之間懸殊的熱膨脹系數(shù)，為此要噴涂一層以上的過(guò)渡層，所選用的各過(guò)渡層之間的熱膨脹系數(shù)要依次遞減，也即第一層過(guò)渡層其膨脹系數(shù)要接近打底層，而最后一層過(guò)渡層的膨脹系數(shù)要接近金屬陶瓷工作層，過(guò)渡層的層數(shù)主要視基體材料與所選用的金屬陶瓷工作層之間的熱膨脹系數(shù)懸殊程度，相差大則層數(shù)要多些，各過(guò)渡層噴涂的厚度一般控制在0.05～0.10毫米之間，過(guò)薄、過(guò)厚均不理想。
工作強(qiáng)化層可以采用Ni、Mo、Al等金屬粉末與Si、Ci、Ti的氧化物或炭化物陶瓷粉末組成的復(fù)合金屬陶瓷選擇原則是耐熱穩(wěn)定性與高溫耐磨性好的金屬陶瓷材料，涂復(fù)厚度控制在0.07～0.20毫米范圍，過(guò)薄使用效果差，過(guò)厚則涂層自身結(jié)合性能下降。
由于金屬陶瓷工作層中有孔隙存在，因此還需進(jìn)行封孔處理，封孔材料選用各類(lèi)耐高溫的無(wú)機(jī)封孔材料。
各涂層可采用等離子或火焰噴涂等各種噴涂方法在基體材料表面依次一次噴涂而成，冷卻后再進(jìn)行封孔處理。
本發(fā)明也可應(yīng)用于基體為普碳鋼、不銹鋼等部件。
下面為本發(fā)明的實(shí)施例。
在φ230毫米加熱爐舊爐輥的表面進(jìn)行表面強(qiáng)化噴涂處理，爐輥材料為Ni20Cr25Si2。
在爐輥表面先噴涂一層NiCrAl打底層，然后再?lài)娡咳龑覰iMoAl2O3金屬陶瓷的過(guò)渡層，第一層過(guò)渡層NiMo金屬粉末為70%，Al2O3為30%、第二層過(guò)渡層NiMo金屬粉末為50%，Al2O3為50%，第三層過(guò)渡層NiMo金屬粉末為30%，Al2O3為70%，最后再?lài)娡恳粚覣lMo金屬粉末為10%，Cr2O3為90%的金屬陶瓷工作層，各噴涂層厚度均控制在0.1毫米左右，并采用火焰噴涂，依次一次噴涂而成，噴涂總厚度約為0.5毫米，表面再刷涂本所的GY-1封孔劑進(jìn)行封孔處理。
將經(jīng)過(guò)上述噴涂修復(fù)后的舊爐輥與21支表面無(wú)強(qiáng)化層的新?tīng)t輥同時(shí)安裝在爐溫為1100～1200℃的不銹鋼鋼管固溶處理連續(xù)加熱爐中使用，經(jīng)過(guò)一年對(duì)比試用，新?tīng)t輥先后有5支爆裂，中途更換，報(bào)廢率為23.81%，試驗(yàn)結(jié)束，經(jīng)檢查又有11支需更換檢修，報(bào)廢和返修率高達(dá)76%，而三支經(jīng)表面涂復(fù)強(qiáng)化層的舊輥其表面金屬陶瓷涂復(fù)層一年使用后，表面形成了一層結(jié)合十分牢固的釉黑色致密保護(hù)層。經(jīng)檢測(cè)，原始涂層厚度約為0.5毫米(涂復(fù)總厚度)，使用后涂層厚度為0.40～0.45毫米，涂層金屬向基材料擴(kuò)散深度約0.6毫米，一年使用后涂層損耗小于0.1毫米，大大提高了爐輥的高溫工作壽命。
權(quán)利要求
1.一種金屬部件表面強(qiáng)化處理方法，采用熱噴涂手段在金屬基體材料上涂復(fù)強(qiáng)化層，包括先涂一層與基體材料結(jié)合良好的打底層，其特征在于，依次再涂復(fù)一層以上的金屬陶瓷過(guò)渡層。所選用的金屬陶瓷過(guò)渡層其熱膨脹系數(shù)要在打底層和強(qiáng)化工作層之間，各過(guò)渡層材料的熱膨脹系數(shù)值需遞減，然后再涂復(fù)一層金屬陶瓷工作層，最后再刷涂封孔劑封孔。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對(duì)基體材料為Ni-Cr系耐熱鋼而言，所說(shuō)的打底層可采用，Ni、Cr、Ni-Cr、Ni-Cr-Al、Ni-Al、Ni-Mo等金屬、合金、復(fù)合金屬的噴涂線(xiàn)材或噴涂粉末，所說(shuō)的過(guò)渡層可采用Ni、Mo、Al等金屬粉末與Al、Si、Ti、Zr、Mg等氧化物陶瓷組成的復(fù)合金屬陶瓷粉末，所說(shuō)的工作層可采用Ni、Mo、Al等金屬粉末與Si、Ti、Cr的氧化物或炭化物陶瓷組成的復(fù)合金屬陶瓷，所說(shuō)的封孔劑可采用各類(lèi)耐高溫的無(wú)機(jī)封孔材料。
3.如權(quán)利要求2所說(shuō)的方法，其特征在于，當(dāng)基體材料為Ni20Cr25Si2時(shí)，打底層選用NiCrAl，過(guò)渡層選用三層NiMo-Al2O3金屬陶瓷，第一層NiMo金屬粉末為70%，Al2O3為30%，第二層NiMo金屬粉末為50%，Al2O350%，第三層NiMo金屬粉末為30%，Al2O3為70%，工作層選用AlMo金屬粉末為10%，Cr2O3為90%的金屬陶瓷，封孔材料選用Gy-1封孔劑。
4.如權(quán)利要求1，2所述的方法，其特征在于，打底層厚度控制在0.05～0.15毫米，各過(guò)渡層控制在0.05～0.10毫米，工作層控制在0.07～0.20毫米。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，噴涂總厚度約為0.5毫米，打底層，三層過(guò)渡層，工作層，各層厚度控制在0.1毫米左右。
全文摘要
一種金屬部件表面強(qiáng)化處理方法，本方法涉及采用熱噴涂手段，在金屬表面涂復(fù)金屬陶瓷，以提高金屬部件在高溫下的工作壽命，或?qū)σ涯p的高溫工作金屬部件表面進(jìn)行修復(fù)處理。本發(fā)明已用于1100-1200熱處理爐爐輥表面的修復(fù)，噴涂金屬陶瓷與不噴涂爐輥經(jīng)一年對(duì)比試用，未噴涂的報(bào)廢和返修率高達(dá)76％，而噴涂輥表面涂層損耗小于0.1毫米，表面形成一層釉黑色致密保護(hù)層。
文檔編號(hào)C23C4/10GK1047113SQ89103019
公開(kāi)日1990年11月21日 申請(qǐng)日期1989年5月8日 優(yōu)先權(quán)日1989年5月8日
發(fā)明者張揚(yáng)止, 朱家華, 孫文英 申請(qǐng)人:上海鋼鐵工藝技術(shù)研究所