專(zhuān)利名稱(chēng)：鍍?nèi)廴诮饘俚难b置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鍍?nèi)廴诮饘俚难b置。
如鑄鐵、不銹鋼、高鉻鋼等具有耐腐蝕性的鋼已用作設(shè)在熔融金屬中的鍍?nèi)廴诮饘俚难b置的元件。但是，由這些材料制的浸入式輥、支承輥等不能保證長(zhǎng)期使用，因?yàn)槿廴诮饘俑g性很強(qiáng)。另外，當(dāng)輥、軸承之類(lèi)被腐蝕或磨損時(shí)，由于鋼板發(fā)生振動(dòng)使得不能均勻地形成鍍金屬薄膜，這會(huì)惡化鍍金屬的質(zhì)量。
另外，在熔融金屬用的鐵基元件被熔融金屬腐蝕時(shí)，在熔融金屬中形成稱(chēng)為“鐵渣”的鐵和熔融金屬的化合物(雜質(zhì))，不但惡化鍍的薄膜的質(zhì)量而且縮短熔融金屬本身的壽命。
因此，在鍍?nèi)廴诮饘俚难b置中，必須在短的周期中更換輥，由于在每次更換輥時(shí)中斷生產(chǎn)使鍍金屬的產(chǎn)品的生產(chǎn)率很差。
為了解決上述問(wèn)題，已知在熔融金屬中用的元件包覆著對(duì)熔融生產(chǎn)有耐腐蝕性的金屬陶瓷或陶瓷，或在熔融金屬中用的整個(gè)元件由金屬陶瓷或陶瓷制成。
但是，在用等離子噴涂法進(jìn)行表面處理的技術(shù)中，由于在熔體噴涂的薄膜中形成有針孔，熔融金屬滲入針孔使主體材料腐蝕，熔體噴涂的薄膜很容易從主體材料上剝落下，因此可靠性很低。另一方面，由于放在熔融金屬中的元件一般尺寸較大，從技術(shù)上及經(jīng)驗(yàn)上言很難使整個(gè)元件用金屬陶瓷或陶瓷制成。
本發(fā)明涉及鍍?nèi)廴诮饘俚难b置，用來(lái)把要鍍金屬的工件浸在熔融金屬中對(duì)工件鍍以金屬，特別涉及包括對(duì)熔融金屬有好的耐腐蝕性及抗磨性的元件的鍍?nèi)廴诮饘俚难b置。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種鍍?nèi)廴诮饘俚难b置，可長(zhǎng)時(shí)期工作，具有鍍金屬產(chǎn)品的好的生產(chǎn)率，可進(jìn)行好質(zhì)量的鍍金屬。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明的特征在于鍍?nèi)廴诮饘俚难b置包括在表面上有鐵的硅化物薄膜的鐵基元件。優(yōu)選地，鐵的硅化物由Fe3Si和FeSi中任一種制成。
本發(fā)明的發(fā)明人研究了多種材料在熔融的Zn-Al合金中的耐腐蝕性，發(fā)現(xiàn)鐵的硅化物對(duì)這種熔融金屬具有好的耐腐蝕性。
作為鐵的硅化物，有Fe3Si、Fe5Si3、FeSi、FeSi2等。Fe3Si薄膜可通過(guò)滲硅法形成，通過(guò)這種方法，硅滲入鋼板的表面。例如，滲硅法可以是這樣一種方法，鋼元件及硅粉或碳化硅粉裝在容器中，在通入氯氣的同時(shí)把上述材料加熱到930-1000℃[參見(jiàn)“Metal Progress”33(1938)p367]；或在10％SiCl4+90％N2的混合氣流中把鋼元件加熱到1200℃約20分鐘[參見(jiàn)“Journal of Metallurgical Association of Japan”26(1962)p157]；或把鋼元件浸在熔融的Mg-Si合金槽中，并加熱到800℃-900℃保持幾分鐘[參見(jiàn)“Iron and Steel”,83(1997)p25]。
由于Fe5Si3、FeSi或FeSi2制的鐵的硅化物薄膜不能通過(guò)滲硅法形成，這種鐵的硅化物薄膜通過(guò)等離子噴涂法形成。但是，鐵的硅化物Fe5Si3和FeSi2分別以粉末形式使用時(shí)，它們分別在1193℃和1204℃分解生成Si。因此，鐵的硅化物Fe5Si3和FeSi2不適合作為原材料粉末來(lái)形成鐵的硅化物薄膜。由于FeSi粉的熔點(diǎn)為1410℃且是不穩(wěn)定的，優(yōu)選地通過(guò)等離子噴涂法使用FeSi粉末形成噴涂的FeSi薄膜這樣來(lái)形成鐵的硅化物薄膜。
在本發(fā)明中，F(xiàn)e3Si薄膜通過(guò)滲硅法使用Mg-Si合金槽形成，而FeSi薄膜通過(guò)等離子噴涂法使用FeSi作為原材料而形成。借助這些方法，可以比較容易地形成鐵的硅化物的密實(shí)的薄膜，并且形成的鐵的硅化物薄膜具有對(duì)鐵的主體材料有好的粘接性。因此，由于在表面上有鐵的硅化物薄膜的鐵基元件具有長(zhǎng)的壽命，甚至在熔融金屬中不被腐蝕，應(yīng)用這種元件的鍍?nèi)廴诮饘俚难b置可以長(zhǎng)時(shí)期工作，因此鍍出的產(chǎn)品的質(zhì)量改善了。
另外，在鐵主體和鐵的硅化物之間可以設(shè)置例如FeSi-12Co薄膜之類(lèi)的鐵、硅、鈷制成的中間薄膜。通過(guò)在鐵主體和鐵的硅化物薄膜之間設(shè)置中間薄膜，即使在加上熱沖擊時(shí)，仍可防止鐵的硅化物薄膜從鐵主體上剝落下來(lái)。
本發(fā)明的另一特點(diǎn)是在熔融金屬中的鐵制的轉(zhuǎn)動(dòng)體的表面有鐵的硅化物。包括這種在表面上有鐵的硅化物的浸入式輥、支承輥等的鍍?nèi)廴诮饘俚难b置可長(zhǎng)期工作，因此鍍出的產(chǎn)品的生產(chǎn)率改進(jìn)，因?yàn)榻胧捷伜椭С休伨哂泻玫哪透g性及抗磨性。另外，由于很少產(chǎn)生鐵渣，減少了鍍金屬產(chǎn)品的缺陷，鍍的質(zhì)量改善了，熔融金屬本身的壽命也延長(zhǎng)了。
本發(fā)明的另一特點(diǎn)是支承所述的轉(zhuǎn)動(dòng)體的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸承包括一個(gè)與表面有鐵的硅化物接觸的由碳纖維制的元件。在鍍?nèi)廴诮饘俚难b置中，應(yīng)用一組件，其中在鐵的主體的表面上設(shè)有Fe3Si薄膜的轉(zhuǎn)動(dòng)軸及由如碳/碳纖維復(fù)合材料之類(lèi)的碳纖維制的軸承結(jié)合在一起，即使裝置工作較長(zhǎng)的時(shí)間，鋼板也不會(huì)發(fā)生振動(dòng)，并且因此鍍的質(zhì)量可長(zhǎng)時(shí)間保持，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)軸的腐蝕和磨損很小。
下面通過(guò)附圖及實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，附圖中

圖1是示出模擬輥和鋼板之間的摩擦和磨損的摩擦及磨損試驗(yàn)結(jié)果的曲線(xiàn)圖；圖2是示出模擬輥和軸承之間的摩擦和磨損的摩擦及磨損試驗(yàn)結(jié)果的曲線(xiàn)圖；圖3是示出鍍?nèi)廴诮饘俚难b置的第一實(shí)施例的示意圖；圖4是示出一個(gè)浸入式輥的示意圖；圖5是示出浸入式輥的橫剖面的示意圖；圖6是示出軸承的示意圖；圖7是示出當(dāng)浸入式輥及軸承結(jié)合時(shí)沿軸向的橫剖面的示意圖；圖8是示出軸承的另一個(gè)實(shí)例的示意圖；圖9是示出浸入式輥的橫剖面的示意圖；圖10是示出軸承的另一實(shí)例的示意圖。
已對(duì)模擬在本發(fā)明的鍍?nèi)廴诮饘俚难b置中用的鐵元件的試驗(yàn)試樣進(jìn)行了各種試驗(yàn)。試樣是一個(gè)直徑為10mm及長(zhǎng)度為20mm的碳鋼(SASC)的圓柱體，具有硅化鐵薄膜。有兩種試樣作為試驗(yàn)試樣制備出，試樣A有Fe3Si薄膜，而試樣B有FeSi薄膜。
關(guān)于試樣A，通過(guò)滲硅法在碳鋼的圓柱體表面上形成Fe3Si薄膜。詳細(xì)地說(shuō)，通過(guò)把碳鋼圓柱體浸在850℃Mg-3％Si的合金槽中15分鐘，使具有約100μm厚度的Fe3Si薄膜形成在圓柱體的表面上。Mg-3％Si的合金槽是把高純的3％(重量)的硅加入到工業(yè)用的鎂中制得熔化的Mg-3％Si合金。
關(guān)于試樣B，通過(guò)等離子噴涂法在碳鋼制的圓柱體表面上形成FeSi薄膜。詳細(xì)地說(shuō)，通過(guò)把平均顆粒尺寸為5μm的FeSi粉末以等離子噴射流噴涂到圓柱體表面上形成約為250μm厚的FeSi薄膜。
由光學(xué)顯微鏡觀察到試樣A及B的鐵的硅化物薄膜是非常致密的。進(jìn)行了三種試樣(1)腐蝕試驗(yàn)；(2)摩擦及磨損試驗(yàn)；(3)耐熱沖擊試驗(yàn)。
(1)腐蝕試驗(yàn)試樣A及試樣B放在鋅-鋁合金槽中，測(cè)量溶解的鐵的硅化物的量。鋅-鋁合金槽是把鋅和鋁的合金熔化而制備出。通過(guò)改變鋅鋁合金的組成比，制出460℃-620℃的鋅鋁合金槽。在以圓周速度為20米/分的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)試樣的狀態(tài)下，試樣在鋅鋁合金槽中保持100小時(shí)，然后切割試樣，用光學(xué)顯微鏡觀察Fe-Si系化合物薄膜。
為了比較起見(jiàn)，分別在碳鋼圓柱體試樣的表面制成帶有Fe-C系化合物薄膜、Fe-S系化合物薄膜、Fe-P系化合物薄膜、氮化鐵(主要成分為含F(xiàn)e2-3N的Fe4N6)和硼化鐵(FeB及Fe2B)薄膜，并類(lèi)似試樣A和B進(jìn)行試驗(yàn)。
試驗(yàn)結(jié)果示于表1
表1
腐蝕狀態(tài)◎沒(méi)有腐蝕，○稍微腐蝕，△大量腐蝕，×表面薄膜失落關(guān)于試樣A(Fe3Si薄膜)，直到Al濃度為60％，沒(méi)有觀察到Fe3Si薄膜的腐蝕，在Al濃度為100％稍微觀察到Fe3Si薄膜的腐蝕。關(guān)于試樣B(FeSi薄膜)，直到Al濃度為100％沒(méi)有觀察到FeSi薄膜的腐蝕。
關(guān)于具有Fe-C系化合物薄膜的試樣，在含有約5％Al的鋁-鋅合金槽中，F(xiàn)e-C系化合物薄膜已失落。
關(guān)于具有Fe-S系化合物薄膜的試樣，在含1％鋁的鋅-鋁合金槽中，F(xiàn)e-S系化合物薄膜已失落，甚至在含低于0.5％鋁的鋅-鋁合金槽中Fe-S系化合物薄膜大部分腐蝕樣。
關(guān)于具有Fe-P系化合物薄膜的試樣，甚至在純鋅槽中都發(fā)生腐蝕，而且不管鋁的濃度如何，薄膜都失落。
具有鐵氮化物(主要成分為Fe4N6)薄膜的試樣在任何槽中都腐蝕。
關(guān)于具有鐵硼化物(FeB和Fe2B)的試樣，直到鋁濃度為1％沒(méi)有觀察到腐蝕，但是在鋁濃度為10％時(shí)觀察到稍有腐蝕，鋁濃度高于55％時(shí)，觀察到腐蝕。
從上述試驗(yàn)結(jié)果明白在碳鋼主體的表面上形成的鐵的硅化物的耐腐蝕性是好的，在鋁濃度高于55％的熔融金屬中是穩(wěn)定的。
另外，通過(guò)等離子噴涂方法形成的鐵的硅化物FeSi薄膜沒(méi)有剝落。
關(guān)于通過(guò)等離子噴涂方法在碳鋼主體的表面上形成的其它陶瓷薄膜(Al2O3,ZrO2,TiC,WC-12Co,TiB2等)，在Zn-55％Al的熔融金屬槽中，薄膜本身并不腐蝕，但是從主體上剝落下來(lái)。可認(rèn)為其理由是在通過(guò)等離子噴涂法形成的其它陶瓷薄膜中有針孔，熔融金屬穿過(guò)針孔達(dá)到主體使主體腐蝕。另一方面，為什么通過(guò)等離子噴涂法形成的鐵的硅化物FeSi薄膜不剝落的原因是其在形成薄膜時(shí)針孔的直徑很小，或者沒(méi)有針孔形成，因?yàn)榕cAl2O3、ZnO2、TiC、WC-12Co、TiB2的2000-3100℃熔點(diǎn)相比，F(xiàn)eSi的熔點(diǎn)低到1410℃。
因此，可以說(shuō)與通過(guò)等離子噴涂法形成其它陶瓷薄膜相比，通過(guò)等離子噴涂法形成鐵的硅化物FeSi薄膜具有高的包覆碳鋼主體的性能。
接著，進(jìn)行了改變?cè)嚇覣(Fe3Si薄膜)與試樣B(FeSi薄膜)的薄膜厚度的腐蝕試驗(yàn)。
關(guān)于試樣A，通過(guò)把碳鋼主體浸入850℃的Mg-3％Si合金槽中0.5、1、3、5、10分鐘制出平均厚度為4、8、20、40、70μm的試樣。關(guān)于試樣B，通過(guò)使用平均顆粒尺寸為5μm的FeSi粉末，改變等離子噴涂的掃描速度制備出平均厚度為20、45、60、95、135μm的試樣。
使用Zn-55％Al合金槽在槽溫為600℃、不轉(zhuǎn)動(dòng)、浸入時(shí)間為100小時(shí)的條件下進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)，在腐蝕試驗(yàn)后，從槽中抽出試樣，并浸入HCl水溶液中直到氣泡(H2)消失，用肉眼及光學(xué)顯微鏡觀察試樣表面，檢查有無(wú)腐蝕。
結(jié)果，對(duì)于試樣A，在具有平均厚度為4和8μm的試樣發(fā)現(xiàn)了腐蝕缺陷，在具有平均厚度高于20μm的試樣中沒(méi)發(fā)現(xiàn)腐蝕缺陷。對(duì)于試樣B，在具有平均厚度為20μm的試樣中發(fā)現(xiàn)了腐蝕缺陷，但是在具有平均厚度高于45μm的試樣中未發(fā)現(xiàn)腐蝕缺陷。
可以認(rèn)為在試樣A和B之間可承受腐蝕的薄膜厚度的不同的理由是與通過(guò)滲硅法形成的薄膜相比，通過(guò)等離子噴涂法形成的薄膜的粗糙度大，與鋅-鋁合金接觸的薄膜的面積更寬，因此薄膜容易腐蝕。從上述結(jié)果得出，通過(guò)滲硅法形成Fe3Si薄膜時(shí)，薄膜厚度最好高于20μm，而通過(guò)等離子噴涂法形成FeSi薄膜時(shí)，薄膜厚度最好高于45μm。
(2)摩擦及磨損試驗(yàn)開(kāi)始，為了研究輥和鋼板之間的摩擦系數(shù)和輥的磨損量，使用試樣A和由低碳鋼制成的一試樣。低碳鋼試樣模擬要涂覆的鋼板。
通過(guò)把碳鋼主體浸入800℃的Mg-5％Si合金槽中1小時(shí)制備出試樣A。試樣A的表面上有約150μm的比較多孔的薄膜，在多孔薄膜及主體之間有密實(shí)的Fe3Si薄膜。通過(guò)用x射線(xiàn)衍射法分析成分，在鄰近表面位置發(fā)現(xiàn)少量的有過(guò)量Si的FeSi2，但是形成薄膜的其它部分是Fe3Si。把試樣A以表面壓力為5Mpa與低碳鋼試樣接觸，以轉(zhuǎn)速為16米/分轉(zhuǎn)動(dòng)試樣A，在改變鋅-鋁合金槽中的成分比和連續(xù)工作10小時(shí)的條件下進(jìn)行摩擦及磨損試驗(yàn)。
圖1示出了試驗(yàn)結(jié)果。為了比較起見(jiàn)，在圖1中也示出了具有約100μm厚度的FeB薄膜的試樣的試驗(yàn)結(jié)果。
在由符號(hào)O顯示的試樣A(Fe3Si薄膜)的試驗(yàn)結(jié)果中，在所有種類(lèi)的鋅-鋁合金槽沒(méi)有看到腐蝕及磨損，摩擦系數(shù)為0.1左右。這是足夠低的摩擦系數(shù)。因此，由于在主體表面有Fe3Si薄膜的元件的耐腐蝕性及抗磨性?xún)?yōu)秀，可以說(shuō)在主體表面有Fe3Si薄膜的元件適合作為在熔融金屬中用的元件，也適合作為與鋼板接觸的元件如浸入式輥或支承輥。
另一方面，在由符號(hào)●示出的具有FeB薄膜的試樣的試驗(yàn)結(jié)果中，觀察到在鋁濃度為10％的鋅-鋁合金槽中發(fā)生磨損及腐蝕。當(dāng)鋁濃度進(jìn)一步增加時(shí)，由腐蝕形起的磨損大大地增加了。在鋁濃度為高于60％時(shí)，F(xiàn)eB薄膜失落。因此，具有FeB薄膜的元件不適合于用作在熔融金屬中用的元件。
接著，為了研究輥及軸承之間的摩擦系數(shù)及輥的磨損量，使用試樣A，試樣B和碳/碳纖維制成的試樣。碳/碳纖維試樣模擬支承浸入式輥或支承輥的軸的軸承。
通過(guò)把碳鋼主體浸入850℃的Mg-3％Si的合金槽中20小時(shí)在試樣A的表面上有約180μm厚的Fe3Si薄膜。借助等離子噴涂法在試樣B的表面上有約100μm厚的FeSi薄膜，通過(guò)把在表面上預(yù)浸有基體(樹(shù)脂族碳)的成分的碳纖維(5-7μm)熱壓成形為纖維束隨后在真空中2300℃下燒結(jié)得到碳/碳纖維試樣。由于碳/碳纖維復(fù)合材料對(duì)熔融金屬具有高的耐腐蝕性及具有固體潤(rùn)滑性，碳/碳纖維復(fù)合材料已用作滑動(dòng)件。
通過(guò)把試樣A與試樣B放置成與以表面壓力為5Mpa與低碳鋼試樣接觸，在Zn-55％Al合金槽中以16米/分的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)試樣A和試樣B，連續(xù)操作10小時(shí)，這樣來(lái)進(jìn)行摩擦及磨損試驗(yàn)。
圖2示出試驗(yàn)結(jié)果。為比較起見(jiàn)，在圖2中也示出由不銹鋼304試樣及碳/碳纖維試樣的試驗(yàn)結(jié)果。
在試樣A(Fe3Si薄膜)和碳/碳纖維組合中及在試樣B(FeSi薄膜)和碳/碳纖維組合中，摩擦系數(shù)為約0.1，而從開(kāi)始試驗(yàn)后10小時(shí)前，磨損量都很小。因此，通過(guò)在浸入式輥或支承輥的軸的表面上形成Fe3Si薄膜及與碳/碳纖維軸承組合可得到具有高的抗腐蝕性、高的耐磨性及高的可靠性的滑動(dòng)部分。
另一方面，在不銹鋼試樣和碳/碳纖維試樣組合中，摩擦系數(shù)小，但是隨時(shí)間增加不銹鋼的磨損量增加。
另外，由于在摩擦及磨損試驗(yàn)中鐵的硅化物不會(huì)從試樣A和B的主體上剝落，可以說(shuō)在鐵的硅化物薄膜和主體之間的粘接性很好。
(3)抗熱沖擊試驗(yàn)使用了在碳鋼主體的表面上形成鐵的硅化物得到的試樣C及通過(guò)把FeSi-12Co薄膜再加上鐵的硅化物形成在碳鋼主體的表面上得到試樣D來(lái)研究熱沖擊試驗(yàn)。
借助等離子噴涂法在外徑為250mm、內(nèi)徑為210mm和長(zhǎng)度為300mm的S45C型碳鋼的空心圓柱體上形成約200μm厚的FeSi薄膜得到試樣C。如制備試樣C那樣，借助等離子噴涂法在同樣的主體上形成約70μm的FeSi-12Co的中間薄膜，隨后在中間薄膜上形成約200μm厚的FeSi薄膜制得試樣D。
試樣進(jìn)行熱沖擊試驗(yàn)，先扔入加熱到600℃的Zn-55％Al合金槽中，隨后浸入HCl水溶液除去附著的Zn-Al，隨后用肉眼觀察表面。
在試樣C的邊緣部分發(fā)生剝落。認(rèn)為這是由于熱沖擊造成的熱膨脹不同引起的應(yīng)力而造成剝落。另一方面，試樣D中沒(méi)有發(fā)生剝落。
因此，為了改進(jìn)抗熱沖擊性，最好在碳鋼主體和FeSi薄膜之間設(shè)FeSi-12Co中間薄膜。
(實(shí)施例1)下面說(shuō)明按照本發(fā)明的鍍?nèi)廴诮饘俚难b置的第一實(shí)施例。該鍍?nèi)廴诮饘俚难b置包括在碳鋼主體的表面上有鐵的硅化物的元件。圖3示出了鍍?nèi)廴诮饘俚难b置的第一實(shí)施例。
鍍?nèi)廴诮饘俚难b置的第一實(shí)施例包括一個(gè)鍍金屬槽2，其中充滿(mǎn)了熔融金屬1；用來(lái)把一條鋼板3導(dǎo)入鍍金屬槽2中的導(dǎo)向嘴4；用來(lái)抑制鋼板3振動(dòng)的支承輥6，鋼板3放在鍍金屬槽2中；和一個(gè)氣體清掃裝置7，用來(lái)除去從鍍金屬槽2中抽出的鋼板3的表面上述粘附著的熔融金屬。在該實(shí)施例中，浸入式輥5和支承輥6與熔融金屬接觸的全部表面涂有鐵的硅化物薄膜。浸入式輥5和支承輥6的軸分別由固定在鍍金屬槽2中的軸承8,9支承。支承輥6的直徑約為浸入式輥5的直徑的三分之一。
具有在外面用氫氣等還原激活的表面的鋼板3的帶通過(guò)導(dǎo)入嘴4導(dǎo)入鍍金屬槽2中的熔融金屬1中。鋼板3的移動(dòng)方向由浸入式輥5改變，并通過(guò)支承輥6從鍍金屬槽2中抽出，過(guò)分的熔融金屬1由氣體清掃裝置7除去來(lái)調(diào)節(jié)鍍金屬的厚度，隨后鋼板以鍍好的鋼板被送出。鋼板3的供送及卷繞聯(lián)動(dòng)，使得恒定的張緊力施加到鋼板3上。供送及卷繞速度為10-200米/分。
下面說(shuō)明在鍍?nèi)廴诮饘俚难b置的實(shí)施例中用的浸入式輥5及支承輥6。
圖4示出浸入式輥5。浸入輥5包括S45C碳鋼的圓柱體主體10及S45C碳鋼制的軸11。軸11制成帶法蘭形狀，用螺栓12與主體10連接。與浸入式輥5類(lèi)似，支承輥6也包括S45C碳鋼的圓柱體主體及S45C碳鋼制的軸。
圖5示出浸入式輥5的橫剖面。Fe3Si薄膜13設(shè)在浸入式輥5的S45C碳鋼的表面上。下面說(shuō)明把Fe3Si薄膜13設(shè)在浸入式輥5上的方法。
首先進(jìn)行預(yù)處理，把S45C碳鋼在900℃下保持10小時(shí)，隨后在爐中緩慢冷卻。用S45C碳鋼進(jìn)行機(jī)加工制得主體10，隨后把主體10與軸裝配成輥。
接著硅化處理，通過(guò)滲硅在輥的表面上形成Fe3Si薄膜13。在硅化處理中，輥懸掛在不銹鋼(SU5 316)圓桶中，在圓桶中加入Mg-3％Si的合金塊，合金塊是通過(guò)把3％重量％的純硅加入工業(yè)用的鎂中制成。
圓桶在氬氣的電爐中加熱到800℃使Mg-5％Si合金熔化，輥在該熔融金屬中保持3小時(shí)。
在硅化處理后，從熔融金屬中抽出輥并轉(zhuǎn)到加熱到800℃的電爐中，再以30℃/小時(shí)的速度冷卻到室溫。在浸入式輥5的主體10和軸11的表面上形成厚110μm-140μm的Fe3Si薄膜而沒(méi)有開(kāi)裂或剝落。也以與浸入式輥5的同樣方式制成支承輥。
下面說(shuō)明固定到鍍金屬槽中的軸承8,9。軸承8,9分別用來(lái)支承浸入式輥5和支承輥6的軸。
圖6示出軸承8。由于鋼板3的張力從下側(cè)施加到浸入式輥5，浸入式輥5的軸承8是半球形的。碳/碳纖維復(fù)合材料15襯在耐熱鋼制的夾持器14的內(nèi)表面上。類(lèi)似于浸入式輥5，夾持器14的表面涂有Fe3Si薄膜13。支承輥6的軸承9可以類(lèi)似于浸入式輥5的軸承8，但是由碳/碳纖維復(fù)合材料15及夾持器14形成的圓柱形軸承是可以接受的。
圖7示出浸入式輥5和軸承8組合起來(lái)沿軸向的剖面圖。Fe3Si薄膜設(shè)在軸11的側(cè)表面及端表面上，并與碳/碳纖維復(fù)合材料15接觸并在其上滑動(dòng)。
浸入式輥5及軸承8裝在具有充著600℃的Zn-55％Al合金的槽2的鍍?nèi)廴诮饘俚难b置中，并連續(xù)地用100小時(shí)。在使用后，主體10和軸11沒(méi)有看到磨損，并且碳/碳纖維復(fù)合材料15的滑動(dòng)表面是光滑的。另外，主體無(wú)附著的碎渣，并處在好的狀態(tài)。
因此，由于浸入式輥及支承輥的耐腐蝕性及抗磨性好，按照本發(fā)明的鍍?nèi)廴诮饘俚难b置可操作長(zhǎng)的時(shí)間，因此可改進(jìn)鍍金屬產(chǎn)品的生產(chǎn)率。另外，在浸入式輥及支承輥的軸部分腐蝕及磨損很小，即使裝置操作較長(zhǎng)的時(shí)間，鋼板也不發(fā)生振動(dòng)，因此可長(zhǎng)時(shí)期保持鍍金屬的質(zhì)量在好的狀態(tài)。另外，由于產(chǎn)生的鐵渣很小，可減小鍍的產(chǎn)品的缺陷及改善產(chǎn)品質(zhì)量，熔融金屬本身的壽命也延長(zhǎng)了。
雖然碳/碳纖維復(fù)合材料15襯在軸承8的夾持器14的內(nèi)表面，但是碳/碳纖維復(fù)合材料15的塊也可以埋在夾持器14中，如8所示。
雖然在上述說(shuō)明中，浸入式輥5、支承輥6和軸承8,9的表面涂有鐵硅化物薄膜，除了上述元件外，鐵的硅化物也可以形成在鍍?nèi)廴诮饘俚难b置中用的其它元件的表面上。
例如，通過(guò)對(duì)導(dǎo)向輥的表面、氣體清掃裝置7的噴嘴部分、與要鍍金屬的鋼板接觸的導(dǎo)入嘴4、用來(lái)更換熔融金屬的管、閥和泵的表面涂上鐵的硅化物，可防止這些元件被熔融金屬腐蝕。
但是在有氧氣的氣氛中，鐵的硅化物會(huì)被熔融金屬腐蝕，必須避免空氣形成非氧化氣氛。關(guān)于導(dǎo)入嘴4，僅僅導(dǎo)入嘴4的內(nèi)側(cè)，其處在氫氣中，可以涂上鐵的硅化物薄膜。
按照鍍鋅-鋁合金熔融金屬的裝置的本實(shí)施例，由于在熔融金屬中用的元件如浸入式輥5、支承輥6、軸承8,9具有足夠的抗腐蝕性及抗磨性，裝置可操作長(zhǎng)的時(shí)間。
另外，在本實(shí)施例中，輥的全部表面涂以鐵的硅化物薄膜，但是根據(jù)熔融金屬的種類(lèi)，可以在浸入式輥5及支承輥6的主體用普通的材料，而僅僅在軸11的表面上涂有鐵的硅化物，該軸11上受到高的表面壓力及有滑動(dòng)。(實(shí)施例2)下面說(shuō)明按照本發(fā)明的鍍?nèi)廴诮饘俚难b置的第二實(shí)施例。該鍍?nèi)廴诮饘俚难b置的實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同在于浸入輥及支承輥，但是其它部分與第一實(shí)施例的一樣。
圖4示出浸入輥的橫剖面。在S45C碳鋼制的主體10及軸11的表面上設(shè)有厚度為約70μm的FeSi-12Co薄膜16，在薄膜16上形成厚度為約200μm的FeSi薄膜17。
下面說(shuō)明在浸入輥20上形成FeSi-12Co薄膜16及FeSi薄膜17的方法。使用類(lèi)似于浸入輥5那樣經(jīng)預(yù)處理、機(jī)加工及裝配制出的輥。
首先，通過(guò)等離子噴涂法在輥的表面上形成FeSi-12Co薄膜16。另外，通過(guò)等離子噴涂法在FeSi-12Co薄膜16上形成FeSi薄膜17。在制得的浸入式輥20上沒(méi)有觀察到開(kāi)裂或剝落。也以浸入式輥20類(lèi)似的方式制出支承輥。
按照本實(shí)施例的鍍?nèi)廴诮饘俚难b置可以達(dá)到在第一實(shí)施例所說(shuō)的鍍?nèi)廴诮饘俚难b置同樣的效果。由于浸入式輥20和支承輥具有好抗熱沖擊性、甚至在供應(yīng)或更換熔融金屬時(shí)，熔融金屬中發(fā)生迅速的溫度變化的情形下也可防止開(kāi)裂及剝落。
雖然按上述，碳鋼用作鍍?nèi)廴诮饘俚难b置的元件的主體材料，但并不限于碳鋼，只要通過(guò)滲硅法或等離子噴涂法可在這種材料上形成鐵的硅化物薄膜，則任何這種材料都可接受。
按照本發(fā)明，在表面有鐵的硅化物的鋼制元件甚至在熔融金屬中不腐蝕，并且壽命長(zhǎng)，應(yīng)用這種元件的鍍?nèi)廴诮饘俚难b置可長(zhǎng)時(shí)期工作，因此改善了鍍出的產(chǎn)品的生產(chǎn)率。鐵的硅化物優(yōu)選地形成為Fe3Si或FeSi。
另外，通過(guò)在鐵主體及鐵的硅化物之間設(shè)置由鐵、硅、鈷制的中間薄膜，甚至在加上熱沖擊時(shí)，仍可防止鐵的硅化物從鐵的主體上剝落。
在包括具有在表面上有鐵的硅化物的浸入式輥和支承輥之類(lèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)體的鍍?nèi)廴诮饘俚难b置中，由于浸入式輥和支承輥具有極好的耐腐蝕性及抗磨性，裝置可以長(zhǎng)時(shí)期工作，因此改進(jìn)了鍍出的產(chǎn)品的生產(chǎn)率。另外，由于產(chǎn)生鐵渣很小，可降低鍍出產(chǎn)品的缺陷及改善產(chǎn)品質(zhì)量，并使熔融金屬本身的壽命延長(zhǎng)。
另外，在通過(guò)在鐵的主體的表面上有Fe3Si薄膜的轉(zhuǎn)動(dòng)軸及由碳/碳纖維復(fù)合材料之類(lèi)的碳纖維制的軸承的結(jié)合形成轉(zhuǎn)動(dòng)軸與軸承結(jié)合的部分的鍍?nèi)廴诮饘俚难b置中，由于轉(zhuǎn)動(dòng)軸中的腐蝕及磨損很小，即使裝置工作長(zhǎng)時(shí)期，鋼板也不發(fā)生振動(dòng)，因此可長(zhǎng)期保持鍍的產(chǎn)品的質(zhì)量在一個(gè)好的狀態(tài)。
權(quán)利要求
1．一種鍍?nèi)廴诮饘俚难b置，通過(guò)使固體金屬與熔融金屬接觸而鍍上金屬，所述的裝置包括一個(gè)在表面上有鐵的硅化物薄膜的鐵制元件。
2．按照權(quán)利要求1所述的鍍?nèi)廴诮饘俚难b置，其特征在于所述的鐵的硅化物由Fe3Si和FeSi中任一個(gè)制成。
3．按照權(quán)利要求1所述的鍍?nèi)廴诮饘俚难b置，其特征在于在所述的鐵元件和所述的鐵的硅化物薄膜之間設(shè)有由鐵、硅和鈷制成的中間薄膜。
4．按照權(quán)利要求1所述的鍍?nèi)廴诮饘俚难b置，其特征在于還包括一個(gè)用于在熔融金屬中移動(dòng)所述的固體金屬的鐵制的轉(zhuǎn)動(dòng)體，所述的轉(zhuǎn)動(dòng)體轉(zhuǎn)動(dòng)與所述的固體金屬接觸，所述的轉(zhuǎn)動(dòng)體的表面上有鐵的硅化物薄膜。
5．按照權(quán)利要求4所述的鍍?nèi)廴诮饘俚难b置，其特征在于還包括一個(gè)軸承，用來(lái)支承所述的轉(zhuǎn)動(dòng)體的轉(zhuǎn)動(dòng)軸以固定所述的轉(zhuǎn)動(dòng)體的一個(gè)位置，其特征在于所述的軸承包括一個(gè)碳纖維制的元件，所述的元件與所述的轉(zhuǎn)動(dòng)軸接觸，所述的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的表面上設(shè)有鐵的硅化物薄膜。
全文摘要
一種鍍?nèi)廴诮饘俚难b置,可長(zhǎng)期工作,鍍金屬產(chǎn)品的生產(chǎn)率高,鍍出的質(zhì)量好。與熔融金屬接觸的浸入式輥和支承輥的所有表面涂以鐵的硅化物薄膜。軸承包括由耐熱鋼制的夾持器,并襯以碳/碳纖維復(fù)合材料。夾持器的表面涂有Fe
文檔編號(hào)C23C2/00GK1235205SQ99106450
公開(kāi)日1999年11月17日 申請(qǐng)日期1999年5月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月11日
發(fā)明者中川師夫, 齊藤幸雄, 酒井淳次, 下夕村修, 芳村泰嗣, 高倉(cāng)芳生, 下釜宏德, 木村武久 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所