一种冶金辊表面提高硬度的涂层及其生产工艺
阅读说明：本技术 一种冶金辊表面提高硬度的涂层及其生产工艺 (Coating for improving hardness of surface of metallurgical roller and production process thereof ) 是由 陈道龙 于 2020-05-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种冶金辊表面提高硬度的涂层及其生产工艺,属于高硬度涂层技术领域,包括如下重量百分比的原料：25％～45％碳化钨、16％～28％碳化钛、14％～25％氮化硼、8％～12％镍基、5％～15％铬、2％～8％纳米陶瓷颗粒、2％～8％碳粉。涂层中增加微量碳粉提高涂层的含碳量,降粘合材料镍基、铬和氮化硼的使用量,进而提高涂层硬度,且向涂层中熔入陶瓷颗粒,采用二次烧结或波动烧结对成型后的涂层再进行高温加热、高温保温,提高涂层的致密性,结构层间隙小,硬度大幅度提高。(The invention discloses a coating for improving the hardness of the surface of a metallurgical roller and a production process thereof, belonging to the technical field of high-hardness coatings and comprising the following raw materials in percentage by weight: 25 to 45 percent of tungsten carbide, 16 to 28 percent of titanium carbide, 14 to 25 percent of boron nitride, 8 to 12 percent of nickel base, 5 to 15 percent of chromium, 2 to 8 percent of nano ceramic particles and 2 to 8 percent of carbon powder. The carbon content of the coating is increased by adding trace carbon powder in the coating, the use amount of nickel base, chromium and boron nitride of a viscosity reduction material is reduced, the hardness of the coating is further improved, ceramic particles are fused into the coating, high-temperature heating and high-temperature heat preservation are carried out on the formed coating by adopting secondary sintering or fluctuation sintering, the compactness of the coating is improved, the gaps between structural layers are small, and the hardness is greatly improved.)
技术领域
本发明涉及其高硬度涂层技术领域，特别涉及其一种冶金辊表面提高硬度的涂层及其生产工艺。
背景技术
冶金辊是用于机械加工常用的零件，其表面需要涂覆高硬度的涂层，以提高辊体本身的性能，避免其在轧制高硬度材料时发生变形。
专利号为CN201410639074.X提供一种新型复合金属涂层，包括基体和涂层，其制备过程包括如下步骤：1)配料：所述新型复合金属涂层的原料及其质量百分比为：镍15-20％、铜65-70％、碳3-5％、硅4-8％和氧化钇2-8％；将所述配料进行混磨制得涂料；2)基体表面处理；3)流涂：将上述涂料浇注在所述基体上，并使涂料在基体表面流匀制得后薄均匀的涂层；4)涂层烧制。通过上述方式，本发明具有金属的强度和韧度又有具有陶瓷材料耐高温、高温抗氧化、耐磨、耐腐蚀等优点。但是该涂层硬度低，致密性低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冶金辊表面提高硬度的涂层及其生产工艺，涂层中增加微量碳粉提高涂层的含碳量，降粘合材料镍基、铬和氮化硼的使用量，进而提高涂层硬度，且向涂层中熔入陶瓷颗粒，采用二次烧结或波动烧结对成型后的涂层再进行高温加热、高温保温，提高涂层的致密性，结构层间隙小，硬度大幅度提高，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种冶金辊表面提高硬度的涂层，包括如下重量百分比的原料：25％～45％碳化钨、16％～28％碳化钛、14％～25％氮化硼、8％～12％镍基、5％～15％铬、2％～8％纳米陶瓷颗粒、2％～8％碳粉。
进一步地，所述纳米陶瓷颗粒包括重量百分比为68％～89％的羟基磷灰石和11％～32％的剩余成分，其中羟基磷灰石的化学式为Ca10(PO4)6(OH)2，剩余成分为SiC或TiB2。
进一步地，包括如下重量百分比的原料：35％碳化钨、24％碳化钛、20％氮化硼、12％镍基、5％铬、2％纳米陶瓷颗粒、2％碳粉。
进一步地，包括如下重量百分比的原料：36％碳化钨、23％碳化钛、19％氮化硼、11％镍基、3％铬、4％纳米陶瓷颗粒、4％碳粉。
进一步地，包括如下重量百分比的原料：38％碳化钨、22％碳化钛、16％氮化硼、10％镍基、2％铬、6％纳米陶瓷颗粒、6％碳粉。
进一步地，包括如下重量百分比的原料：40％碳化钨、21％碳化钛、14％氮化硼、8％镍基、1％铬、8％纳米陶瓷颗粒、8％碳粉。
根据本发明的另一个方面，提供一种冶金辊表面提高硬度的涂层的生产工艺，包括以下步骤：
S1：对冶金辊表面预处理；
S2：选用碳化钨、碳化钛、氮化硼、镍基、铬、纳米陶瓷颗粒和碳粉混合研磨制得粉末颗粒；
S3：将S1中冶金辊置入雾化塔中，S2中制得的涂料加热至熔融状并向雾化塔中喷出，液态涂料被均匀喷涂于冶金辊表面；
S4：制备好的涂层进行波动烧结。
进一步地，S4中将涂层在高温电炉中进行二次烧结。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出的一种冶金辊表面提高硬度的涂层及其生产工艺，涂层中增加微量碳粉提高涂层的含碳量，降粘合材料镍基、铬和氮化硼的使用量，进而提高涂层硬度，且向涂层中熔入陶瓷颗粒，采用二次烧结或波动烧结对成型后的涂层再进行高温加热、高温保温，提高涂层的致密性，结构层间隙小，硬度大幅度提高。
附图说明
图1为本发明的冶金辊表面提高硬度的涂层的生产工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
一种冶金辊表面提高硬度的涂层，包括如下重量百分比的原料：35％碳化钨、24％碳化钛、20％氮化硼、12％镍基、5％铬、2％纳米陶瓷颗粒、2％碳粉，其中碳化钛，分子式为TiC，为灰色金属光泽的结晶固体，质硬，硬度仅次于金刚石，碳化钨是一种由钨和碳组成的化合物，为黑色六方晶体，有金属光泽，硬度与金刚石相近，纯的碳化钨易碎，掺入碳化钛、氮化硼以提高抗爆能力和化学性质的稳定性，氮化硼采用六方氮化硼，由氮原子和硼原子所构成的晶体，化学组成为43.6％的硼和56.4％的氮，所述纳米陶瓷颗粒包括重量百分比为68％～89％的羟基磷灰石和11％～32％的剩余成分，羟基磷灰石的化学式为Ca10(PO4)6(OH)2，剩余成分为SiC或TiB2，镍基和和。
请参阅图1，为了更好的展现冶金辊表面提高硬度的涂层的生产工艺的流程，本实施例现提出一种冶金辊表面提高硬度的涂层的生产工艺，包括以下步骤：
S1：对冶金辊表面预处理；在室温下用碱溶液清洗冶金辊表面，后用40度恒温硝酸腐蚀20秒，硝酸和水的比例为1：4，用铁氰化钾溶于腐蚀4分钟，再用硝酸腐蚀30秒，最后采用丙酮清洗，干燥，干燥后至喷涂期间，将冶金辊放置于真空腔体内；
S2：选用碳化钨、碳化钛、氮化硼、镍基、铬、纳米陶瓷颗粒和碳粉混合研磨制得粉末颗粒；粒径小于100nm，粒径越小，粉末状颗粒在高温下融化速度越快；
S3：将S1中冶金辊置入雾化塔中，S2中制得的涂料加热至熔融状并向雾化塔中喷出，液态涂料被均匀喷涂于冶金辊表面；加热温度为3700℃～3900℃，降温至3000℃以下后涂层定型，冶金辊置入雾化塔中并以匀速旋转，涂料加热至熔融状并从雾化塔上中部小孔流出，同时喷入高压气体，高压气体为惰性气体，本实施例中采用气体Ar，液态涂料被均匀喷涂于冶金辊表面，涂层厚度在6mm以内；
S4：制备好的涂层进行波动烧结，波动烧结是将温度低于1000℃以下的涂层置于高温电炉中，以5℃/min的升温速率将温度升至2880℃～2980℃，而后迅速降温至1600℃，并保温1-2h；将涂层在高温电炉中进行二次烧结，二次烧结是将温度低于1000℃以下的涂层置于高温电炉中，以5℃/min的升温速率将温度升至1600℃并保温1-2h。
实施例二：
一种冶金辊表面提高硬度的涂层，包括如下重量百分比的原料：36％碳化钨、23％碳化钛、19％氮化硼、11％镍基、3％铬、4％纳米陶瓷颗粒、4％碳粉，其中碳化钛，分子式为TiC，为灰色金属光泽的结晶固体，质硬，硬度仅次于金刚石，碳化钨是一种由钨和碳组成的化合物，为黑色六方晶体，有金属光泽，硬度与金刚石相近，纯的碳化钨易碎，掺入碳化钛、氮化硼以提高抗爆能力和化学性质的稳定性，氮化硼采用六方氮化硼，由氮原子和硼原子所构成的晶体，化学组成为43.6％的硼和56.4％的氮，所述纳米陶瓷颗粒包括重量百分比为68％～89％的羟基磷灰石和11％～32％的剩余成分，羟基磷灰石的化学式为Ca10(PO4)6(OH)2，剩余成分为SiC或TiB2。
请参阅图1，为了更好的展现冶金辊表面提高硬度的涂层的生产工艺的流程，本实施例现提出一种冶金辊表面提高硬度的涂层的生产工艺，包括以下步骤：
S1：对冶金辊表面预处理；在室温下用碱溶液清洗冶金辊表面，后用40度恒温硝酸腐蚀20秒，硝酸和水的比例为1：4，用铁氰化钾溶于腐蚀4分钟，再用硝酸腐蚀30秒，最后采用丙酮清洗，干燥，干燥后至喷涂期间，将冶金辊放置于真空腔体内；
S2：选用碳化钨、碳化钛、氮化硼、镍基、铬、纳米陶瓷颗粒和碳粉混合研磨制得粉末颗粒；粒径小于100nm，粒径越小，粉末状颗粒在高温下融化速度越快；
S3：将S1中冶金辊置入雾化塔中，S2中制得的涂料加热至熔融状并向雾化塔中喷出，液态涂料被均匀喷涂于冶金辊表面；加热温度为3700℃～3900℃，降温至3000℃以下后涂层定型，冶金辊置入雾化塔中并以匀速旋转，涂料加热至熔融状并从雾化塔上中部小孔流出，同时喷入高压气体，高压气体为惰性气体，本实施例中采用气体Ar，液态涂料被均匀喷涂于冶金辊表面，涂层厚度在6mm以内；
S4：制备好的涂层进行波动烧结，波动烧结是将温度低于1000℃以下的涂层置于高温电炉中，以5℃/min的升温速率将温度升至2880℃～2980℃，而后迅速降温至1600℃，并保温1-2h；将涂层在高温电炉中进行二次烧结，二次烧结是将温度低于1000℃以下的涂层置于高温电炉中，以5℃/min的升温速率将温度升至1600℃并保温1-2h。
实施例三：
一种冶金辊表面提高硬度的涂层，包括如下重量百分比的原料：38％碳化钨、22％碳化钛、16％氮化硼、10％镍基、2％铬、6％纳米陶瓷颗粒、6％碳粉，其中碳化钛，分子式为TiC，为灰色金属光泽的结晶固体，质硬，硬度仅次于金刚石，碳化钨是一种由钨和碳组成的化合物，为黑色六方晶体，有金属光泽，硬度与金刚石相近，纯的碳化钨易碎，掺入碳化钛、氮化硼以提高抗爆能力和化学性质的稳定性，氮化硼采用六方氮化硼，由氮原子和硼原子所构成的晶体，化学组成为43.6％的硼和56.4％的氮，所述纳米陶瓷颗粒包括重量百分比为68％～89％的羟基磷灰石和11％～32％的剩余成分，羟基磷灰石的化学式为Ca10(PO4)6(OH)2，剩余成分为SiC或TiB2。
请参阅图1，为了更好的展现冶金辊表面提高硬度的涂层的生产工艺的流程，本实施例现提出一种冶金辊表面提高硬度的涂层的生产工艺，包括以下步骤：
S1：对冶金辊表面预处理；在室温下用碱溶液清洗冶金辊表面，后用40度恒温硝酸腐蚀20秒，硝酸和水的比例为1：4，用铁氰化钾溶于腐蚀4分钟，再用硝酸腐蚀30秒，最后采用丙酮清洗，干燥，干燥后至喷涂期间，将冶金辊放置于真空腔体内；
S2：选用碳化钨、碳化钛、氮化硼、镍基、铬、纳米陶瓷颗粒和碳粉混合研磨制得粉末颗粒；粒径小于100nm，粒径越小，粉末状颗粒在高温下融化速度越快；
S3：将S1中冶金辊置入雾化塔中，S2中制得的涂料加热至熔融状并向雾化塔中喷出，液态涂料被均匀喷涂于冶金辊表面；加热温度为3700℃～3900℃，降温至3000℃以下后涂层定型，冶金辊置入雾化塔中并以匀速旋转，涂料加热至熔融状并从雾化塔上中部小孔流出，同时喷入高压气体，高压气体为惰性气体，本实施例中采用气体Ar，液态涂料被均匀喷涂于冶金辊表面，涂层厚度在6mm以内；
S4：制备好的涂层进行波动烧结，波动烧结是将温度低于1000℃以下的涂层置于高温电炉中，以5℃/min的升温速率将温度升至2880℃～2980℃，而后迅速降温至1600℃，并保温1-2h；将涂层在高温电炉中进行二次烧结，二次烧结是将温度低于1000℃以下的涂层置于高温电炉中，以5℃/min的升温速率将温度升至1600℃并保温1-2h。
实施例四：
一种冶金辊表面提高硬度的涂层，包括如下重量百分比的原料：40％碳化钨、21％碳化钛、14％氮化硼、8％镍基、1％铬、8％纳米陶瓷颗粒、8％碳粉，其中碳化钛，分子式为TiC，为灰色金属光泽的结晶固体，质硬，硬度仅次于金刚石，碳化钨是一种由钨和碳组成的化合物，为黑色六方晶体，有金属光泽，硬度与金刚石相近，纯的碳化钨易碎，掺入碳化钛、氮化硼以提高抗爆能力和化学性质的稳定性，氮化硼采用六方氮化硼，由氮原子和硼原子所构成的晶体，化学组成为43.6％的硼和56.4％的氮，所述纳米陶瓷颗粒包括重量百分比为68％～89％的羟基磷灰石和11％～32％的剩余成分，羟基磷灰石的化学式为Ca10(PO4)6(OH)2，剩余成分为SiC或TiB2。
请参阅图1，为了更好的展现冶金辊表面提高硬度的涂层的生产工艺的流程，本实施例现提出一种冶金辊表面提高硬度的涂层的生产工艺，包括以下步骤：
S1：对冶金辊表面预处理；在室温下用碱溶液清洗冶金辊表面，后用40度恒温硝酸腐蚀20秒，硝酸和水的比例为1：4，用铁氰化钾溶于腐蚀4分钟，再用硝酸腐蚀30秒，最后采用丙酮清洗，干燥，干燥后至喷涂期间，将冶金辊放置于真空腔体内；
S2：选用碳化钨、碳化钛、氮化硼、镍基、铬、纳米陶瓷颗粒和碳粉混合研磨制得粉末颗粒；粒径小于100nm，粒径越小，粉末状颗粒在高温下融化速度越快；
S3：将S1中冶金辊置入雾化塔中，S2中制得的涂料加热至熔融状并向雾化塔中喷出，液态涂料被均匀喷涂于冶金辊表面；加热温度为3700℃～3900℃，降温至3000℃以下后涂层定型，冶金辊置入雾化塔中并以匀速旋转，涂料加热至熔融状并从雾化塔上中部小孔流出，同时喷入高压气体，高压气体为惰性气体，本实施例中采用气体Ar，液态涂料被均匀喷涂于冶金辊表面，涂层厚度在6mm以内；
S4：制备好的涂层进行波动烧结，波动烧结是将温度低于1000℃以下的涂层置于高温电炉中，以5℃/min的升温速率将温度升至2880℃～2980℃，而后迅速降温至1600℃，并保温1-2h；将涂层在高温电炉中进行二次烧结，二次烧结是将温度低于1000℃以下的涂层置于高温电炉中，以5℃/min的升温速率将温度升至1600℃并保温1-2h。
对比例：
一种冶金辊表面提高硬度的涂层，包括如下重量百分比的原料：40％碳化钨、23％碳化钛、18％氮化硼、13％镍基、6％铬。
为了更好的展现冶金辊表面提高硬度的涂层的生产工艺的流程，本实施例现提出一种冶金辊表面提高硬度的涂层的生产工艺，包括以下步骤：
S1：对冶金辊表面预处理；在室温下用碱溶液清洗冶金辊表面，后用40度恒温硝酸腐蚀20秒，硝酸和水的比例为1：4，用铁氰化钾溶于腐蚀4分钟，再用硝酸腐蚀30秒，最后采用丙酮清洗，干燥，干燥后至喷涂期间，将冶金辊放置于真空腔体内；
S2：选用碳化钨、碳化钛、氮化硼、镍基、铬混合研磨制得粉末颗粒；粒径小于100nm；
S3：S2中制得的涂料加热至熔融状并向雾化塔中喷出，液态涂料被均匀喷涂于冶金辊表面；涂层厚度在6mm以内，降温后成型。
分别选取喷涂有实施一、实施二、实施三、实施例四和对比例中涂层的冶金辊各500个，总计2500个，均采用布氏硬度的检测方法对冶金辊表面涂层硬度进行测量，去掉最大值和最小值后计算硬度平均值。
表1中2500个冶金辊表面涂层硬度测量情况统计表
从表1中可以看出，实施一、实施二、实施三、实施例四相比对比例的硬度明显提高，且提高幅度达17.2％～18.0％。
综上所述：本发明提出的一种冶金辊表面提高硬度的涂层及其生产工艺，涂层中增加微量碳粉提高涂层的含碳量，降粘合材料镍基、铬和氮化硼的使用量，进而提高涂层硬度，且向涂层中熔入陶瓷颗粒，采用二次烧结或波动烧结对成型后的涂层再进行高温加热、高温保温，提高涂层的致密性，结构层间隙小，硬度大幅度提高。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。