一種陶瓷沉沒輥及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種陶瓷沉沒輥及其制備方法，具有基體，基體表面具有防護(hù)涂層，所述的防護(hù)涂層材料由TiO2、Al2O3以及SiO2組成，將防護(hù)涂層材料進(jìn)行燒焙冷卻、塑化、壓鑄、保壓、脫脂、冷卻、上釉、燒結(jié)后冷卻后作為沉積電極，用電火花沉積法將所述防護(hù)涂層與表面打磨除油清洗的不銹鋼基體相結(jié)合。本發(fā)明解決了沉沒輥在使用時(shí)會(huì)被快速腐蝕而損壞、涂層與基體間結(jié)合力差和易脫落的問題，提高了沉沒輥的抗腐蝕性及耐磨性，增加了使用壽命，減少了生產(chǎn)成本。
【專利說明】一種陶瓷沉沒輥及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及了沉沒輥制備領(lǐng)域，尤其涉及了一種陶瓷沉沒輥及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 熱鍍鋅也稱熱浸鍍鋅，是鋼鐵構(gòu)件浸入熔融的鋅液中獲得金屬覆蓋層的一種防止 鋼鐵材料在自然環(huán)境中腐蝕的最經(jīng)濟(jì)有效的方法。經(jīng)熱鍍鋅處理的鋼鐵構(gòu)件在大氣、 海水、土壤等腐蝕環(huán)境中都有著優(yōu)良的耐蝕性。近年來隨高壓輸電、交通、通訊事業(yè)迅速發(fā) 展，對鋼鐵件防護(hù)要求越來越高，熱鍍鋅需求量也不斷增加。
[0003] 沉沒輥是熱鍍鋅設(shè)備的關(guān)鍵部件。傳統(tǒng)的沉沒輥主要以鋼鐵材料為主，但由于鐵 在鋅液中會(huì)形成多孔疏松的低熔點(diǎn)Fe5Zn21和FeZnl3金屬間化合物（俗稱鋅渣） 并漂移到鋅液中，其抗熔融鋅液腐蝕性很差，因此使用壽命較短，需經(jīng)常更換，嚴(yán)重影響生 產(chǎn)的正常進(jìn)行。而且，由于鋼的腐蝕造成鋅液增鐵，嚴(yán)重影響熱鍍鋅制品的純度。
[0004] 采用表面處理技術(shù)提高鋼鐵材料沉沒輥抗熔融鋅液腐蝕性能是一種切實(shí)有效的 方法。較為常用的沉沒輥表面處理方法主要有滲鍍法和熱噴涂。雖然滲鍍法具有成本 低廉，簡便易行等優(yōu)點(diǎn)，但是采用滲鍍法獲得的硼化物涂層，滲層厚度受到限制，生成FeB/ Fe2 B兩種金屬間化合物的膨脹系數(shù)差別很大，而且比較脆，在鋅液腐蝕的惡劣環(huán)境很容易 開裂，因此其性能有待于進(jìn)一步提高。熱噴涂是研究更多、應(yīng)用更加廣泛的沉沒輥表面處理 技術(shù)。目前用于耐熔鋅腐蝕涂層的材料主要有：WC/Co、CrWMo和FeCrAl等。由于這些材 料構(gòu)成的涂層具有較好的耐融鋅腐蝕性能，因此用在無溫差變化的靜態(tài)工況條件下收到了 較好的效果。盡管如此，熱噴涂方法也有其不足之處，其最大的缺點(diǎn)在于熱噴涂層均不可避 免存在一定的孔隙率，這些孔隙的存在為鋅的擴(kuò)散提供了擴(kuò)散通道，且涂層與基體間結(jié)合 力差、易脫落。因此有必要發(fā)展新的低成本高性能的涂層材料及其制備技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的就在于提供了一種陶瓷沉沒輥及其制備 方法，解決了沉沒輥在使用時(shí)會(huì)被快速腐蝕而損壞、涂層與基體間結(jié)合力差和易脫落的問 題，提高了沉沒輥的抗腐蝕性及耐磨性，增加了使用壽命，減少了生產(chǎn)成本。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的： 一種陶瓷沉沒輥，具有基體，基體表面具有防護(hù)涂層，所述的防護(hù)涂層材料由Ti〇2、 A1203以及Si02組成，所述各組分之間的質(zhì)量分為Ti025(T60份、Al 20335?40份、Si025?20份。
[0007] -種陶瓷沉沒輥的制備方法，包括以下步驟： (1)表面預(yù)處理：以不銹鋼輥?zhàn)鳛榛w，用砂紙逐級打磨后放入丙酮溶液中進(jìn)行表面除 油清洗，然后用去離子水沖洗后吹干備用； (2 )將防護(hù)涂層材料投入球磨機(jī)中，并加以輔料，混合均勻，并在1500-1800°C的溫度下 焙燒1. 5~2h，焙燒完成后進(jìn)行冷卻； (3)將步驟（2)的材料進(jìn)行塑化、壓鑄、保壓、脫脂、冷卻、上釉，并通過燒結(jié)成型設(shè)備對 材料進(jìn)行燒結(jié)，冷卻后得到復(fù)合材料； (4)將步驟（3)的復(fù)合材料作為沉積電極，將沉積電極固定于電火花沉積設(shè)備的工作槍 中，將基體固定于電火花沉積設(shè)備陰極，啟動(dòng)電火花沉積設(shè)備，將電火花工作槍移動(dòng)至不銹 鋼輥表面沉積防護(hù)涂層，同時(shí)沉積過程中設(shè)有氬氣溫度控制保護(hù)裝置，采用側(cè)吹氬氣的方 法控制不繡鋼表面的溫度不高于75°C。
[0008] 作為一種優(yōu)選方案，所述防護(hù)涂層的厚度為2(Γ40 μ m。
[0009] 作為一種優(yōu)選方案，所述的防護(hù)涂層材料還包括液化的滑石瓷蠟餅。
[0010] 作為一種優(yōu)選方案，所述輔料的質(zhì)量分為粘結(jié)劑4(Γ60份、塑化劑2(Γ40份、分散 齊[J 10?20份。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果： 1. 具有較低的熱膨脹系數(shù)、合適的孔隙率以及較高的撓曲強(qiáng)度，提高了沉沒輥的耐磨 損性能； 2. 采用的防護(hù)涂層具有較高的表面硬度、良好的耐磨損性能、耐熔融鋅液腐蝕性能、 耐熱氧化性，提高了沉沒輥的抗腐蝕性，增加了使用壽命，減少了生產(chǎn)成本。

【具體實(shí)施方式】
[0012] 以下將結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明提供的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明，應(yīng)理解下述具體 實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0013] 實(shí)施例1 : 一種陶瓷沉沒輥，具有基體，基體表面具有防護(hù)涂層，所述的防護(hù)涂層材料由Ti〇2、 ΑΙΑ以及Si02組成，所述各組分之間的質(zhì)量分為Ti0252份、Al20 335份、Si0213份，并且另 外加入液化的滑石瓷蠟餅；防護(hù)涂層的厚度為20 μ m。
[0014] 一種陶瓷沉沒輥的制備方法，包括以下步驟： (1) 表面預(yù)處理：以不銹鋼輥?zhàn)鳛榛w，用砂紙逐級打磨后放入丙酮溶液中進(jìn)行表面除 油清洗，然后用去離子水沖洗后吹干備用； (2) 將防護(hù)涂層材料投入球磨機(jī)中，并加以輔料，混合均勻，并在1600°C的溫度下焙燒 1. 7h，焙燒完成后進(jìn)行冷卻；輔料的質(zhì)量分為粘結(jié)劑50份、塑化劑30份、分散劑20份； (3) 將步驟（2)的材料進(jìn)行塑化、壓鑄、保壓、脫脂、冷卻、上釉，并通過燒結(jié)成型設(shè)備對 材料進(jìn)行燒結(jié)，冷卻后得到復(fù)合材料； (4) 將步驟（3)的復(fù)合材料作為沉積電極，將沉積電極固定于電火花沉積設(shè)備的工作槍 中，將基體固定于電火花沉積設(shè)備陰極，啟動(dòng)電火花沉積設(shè)備，將電火花工作槍移動(dòng)至不銹 鋼輥表面沉積防護(hù)涂層，同時(shí)沉積過程中設(shè)有氬氣溫度控制保護(hù)裝置，采用側(cè)吹氬氣的方 法控制不繡鋼表面的溫度不高于75°C。
[0015] 通過以上步驟制造的防護(hù)涂層，其熱膨脹系數(shù)約為2. 55ΧΚΓ6 (1/K)、孔隙率約為 35%、撓曲強(qiáng)度約為9. IMPa。
[0016] 實(shí)施例2: 一種陶瓷沉沒輥，具有基體，基體表面具有防護(hù)涂層，所述的防護(hù)涂層材料由Ti〇2、 ΑΙΑ以及Si02組成，所述各組分之間的質(zhì)量分為Ti0260份、Al20 340份、Si0210份，并且另 外加入液化的滑石瓷蠟餅；防護(hù)涂層的厚度為40 μ m。
[0017] 一種陶瓷沉沒輥的制備方法，包括以下步驟： (1) 表面預(yù)處理：以不銹鋼輥?zhàn)鳛榛w，用砂紙逐級打磨后放入丙酮溶液中進(jìn)行表面除 油清洗，然后用去離子水沖洗后吹干備用； (2) 將防護(hù)涂層材料投入球磨機(jī)中，并加以輔料，混合均勻，并在1750°C的溫度下焙燒 1. 7h，焙燒完成后進(jìn)行冷卻；輔料的質(zhì)量分為粘結(jié)劑40份、塑化劑40份、分散劑20份； (3) 將步驟（2)的材料進(jìn)行塑化、壓鑄、保壓、脫脂、冷卻、上釉，并通過燒結(jié)成型設(shè)備對 材料進(jìn)行燒結(jié)，冷卻后得到復(fù)合材料； (4) 將步驟（3)的復(fù)合材料作為沉積電極，將沉積電極固定于電火花沉積設(shè)備的工作槍 中，將基體固定于電火花沉積設(shè)備陰極，啟動(dòng)電火花沉積設(shè)備，將電火花工作槍移動(dòng)至不銹 鋼輥表面沉積防護(hù)涂層，同時(shí)沉積過程中設(shè)有氬氣溫度控制保護(hù)裝置，采用側(cè)吹氬氣的方 法控制不繡鋼表面的溫度不高于75°C。
[0018] 通過以上步驟制造的防護(hù)涂層，其熱膨脹系數(shù)約為2. 5Χ1(Γ6 (1/K)、孔隙率約為 36%、撓曲強(qiáng)度約為9. 5MPa。
[0019] 使用Ti02、A1203與Si0 2組成的材料，能夠表現(xiàn)出于低于2. 8X10_6 (1/K)的熱膨 脹系數(shù)，復(fù)合陶瓷的孔空間的體積計(jì)至少31%的孔隙率，并且具有大于約8. 5MPa的撓曲強(qiáng) 度；使用粘結(jié)劑能夠提高材料磨料之間粘結(jié)強(qiáng)度；添加塑化劑可以使得材料磨料的柔韌性 增強(qiáng)，容易加工；分散劑能夠在材料磨料進(jìn)行塑化后，去除固定雜質(zhì)顆粒，提升材料的光澤； 將滑石瓷蠟餅融化后添加進(jìn)材料，不僅使得材料在球磨機(jī)中更加容易進(jìn)行研磨，同時(shí)還能 提升防護(hù)涂層的光澤，增強(qiáng)其美觀。
[0020] 最后需要說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制性技術(shù)方 案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，那些對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而 不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1. 一種陶瓷沉沒輥，具有基體，基體表面具有防護(hù)涂層，其特征在于：所述的防護(hù)涂層 材料由Ti0 2、Al203以及Si02組成，所述各組分之間的質(zhì)量分為Ti0 25(T60份、Al20335~40份、 Si025?20 份。
2. -種制備權(quán)利要求1所述的陶瓷沉沒輥的制備方法，其特征是包括以下步驟： (1)表面預(yù)處理：以不銹鋼輥?zhàn)鳛榛w，用砂紙逐級打磨后放入丙酮溶液中進(jìn)行表面除 油清洗，然后用去離子水沖洗后吹干備用； (2 )將防護(hù)涂層材料投入球磨機(jī)中，并加以輔料，混合均勻，并在1500-1800°C的溫度下 焙燒1. 5~2h，焙燒完成后進(jìn)行冷卻； (3) 將步驟（2)的材料進(jìn)行塑化、壓鑄、保壓、脫脂、冷卻、上釉，并通過燒結(jié)成型設(shè)備對 材料進(jìn)行燒結(jié)，冷卻后得到復(fù)合材料； (4) 將步驟（3)的復(fù)合材料作為沉積電極，將沉積電極固定于電火花沉積設(shè)備的工作槍 中，將基體固定于電火花沉積設(shè)備陰極，啟動(dòng)電火花沉積設(shè)備，將電火花工作槍移動(dòng)至不銹 鋼輥表面沉積防護(hù)涂層，同時(shí)沉積過程中設(shè)有氬氣溫度控制保護(hù)裝置，采用側(cè)吹氬氣的方 法控制不繡鋼表面的溫度不高于75°C。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷沉沒輥，其特征在于：所述防護(hù)涂層的厚度為 20?40 μ m。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷沉沒輥，其特征在于：所述的防護(hù)涂層材料還包括 液化的滑石瓷蠟餅。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種陶瓷沉沒輥的制備方法，其特征在于：所述輔料的質(zhì)量 分為粘結(jié)劑4(Γ60份、塑化劑2(Γ40份、分散劑1(Γ20份。
【文檔編號】C23C4/12GK104152838SQ201410338282
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】馬中亮, 于興仁 申請人:江蘇南山冶金機(jī)械制造有限公司