有熱噴涂層的工作輥的制作方法
【專利說明】有熱噴涂層的工作輥 本申請是2007年5月8日提交的題為"有熱噴涂層的工作輥"的國家申請?zhí)枮?200780017210.X(PCT/US2007/011094)的發(fā)明專利申請的分案申請。 相關(guān)告利申請
[0001] 本申請要求2006年5月12日提交的美國臨時專利申請序號60/799, 656的權(quán)益， 該專利申請列為本文參考文獻。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及用于金屬和金屬合金例如鋁合金片材制造的有熱噴涂層工作輥，用于 金屬和金屬合金例如鋁合金片材制造的工作輥的制備方法，使用有熱噴涂層工作輥的金屬 和金屬合金例如鋁合金片材的制造方法，和用于金屬和金屬合金例如鋁合金片材制造的工 作輥外圓周表面涂布用熱噴涂粉末。
【背景技術(shù)】
[0003] 工作輥在金屬和金屬合金片材的制造中發(fā)揮重要作用。例如，鋁工業(yè)給以連續(xù)方 式運行鋁合金片材生產(chǎn)線設(shè)定高值。顯著的損耗（能源、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)率、產(chǎn)品損壞等）是 與鋁合金片材生產(chǎn)中的故障時間相聯(lián)系的。高線速度和為減少片材厚度與改善片材品質(zhì)而 由工作輥施加的力引起工作輥表面的顯著損壞。鋁合金片材用來形成容器例如罐頭盒料、 運輸器部件、耐腐蝕建筑材料、箔材等。
[0004] 在一種典型的鋁合金片材制造方法中，可以澆鑄一種板坯和使其退火（均化），然 后可以將該鋁合金加熱和冷軋（變薄），以提供中等厚度片材。板坯和片材溫度及其它操作 控制在這些步驟中會是決定性的。然后，可以讓該鋁合金片材經(jīng)由工作輥通過，以調(diào)整厚度 (最終規(guī)格）和改善片材表面拋光。
[0005] 一般來說，與鋁合金片材接觸的工作輥理想地滿足下列條件：該輥是耐磨蝕的 (延長兩次停車維修之間的時間）；該輥對該鋁合金片材造成最低限度表面損害；該輥能耐 受不同類型潤滑劑引起的腐蝕；和該輥的壽命周期成本是低的。
[0006] 常用工作輥是從鐵系合金制造的，而且由于由高速生產(chǎn)線和軋制過程施加的高力 引起的磨損而顯有有限壽命。軋輥一旦其表面品質(zhì)降低且該輥負面地影響該片材的品質(zhì)就 會退役。潛在品質(zhì)問題的實例包括包輥、碎肩、振動、表面缺陷（坑、槽）、表面粗糙度增大 等。鐵系輥可以以附加成本鍍鉻，但輥壽命延長受到限制。
[0007] 業(yè)內(nèi)目前繼續(xù)需要可以使用更長時間而不損害金屬或金屬合金片材的表面品質(zhì) 的工作棍。也繼續(xù)需要有改善的耐磨蝕和腐蝕性能的工作棍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明部分地涉及用于金屬或金屬合金例如鋁合金片材制造的工作輥，該工作輥 包含一種有外圓周表面的圓柱狀結(jié)構(gòu)和所述圓柱狀結(jié)構(gòu)的外圓周表面上的熱噴涂層，所述 熱噴涂層包含約65~約95wt%-種或多種第VI族金屬碳化物和約5~約35wt%-種或 多種選自鉻、錳、鐵、鈷和鎳的過渡金屬。
[0009] 本發(fā)明也部分地涉及用于金屬或金屬合金例如鋁合金片材制造的工作輥的制備 方法，包含（i)提供一種有外圓周表面的圓柱狀結(jié)構(gòu)，和（ii)將一種涂料熱噴到所述圓柱 狀結(jié)構(gòu)的外圓周表面上，所述熱噴涂料包含約65~約95wt%-種或多種第VI族金屬碳化 物和約5~約35wt%-種或多種選自鉻、錳、鐵、鈷和鎳的過渡金屬。
[0010] 本發(fā)明進一步部分地涉及金屬或金屬合金例如鋁合金片材的制造方法，包含（i) 澆鑄一種金屬或金屬合金板坯和任選地使其退火，（ii)軋制該金屬或金屬合金板坯以提供 一種中間規(guī)格金屬或金屬合金片材，和（iii)讓該中間規(guī)格金屬或金屬合金片材通過一個 或多個工作輥以提供最終規(guī)格金屬或金屬合金片材，所述一個或多個工作輥包含一種有外 圓周表面的圓柱狀結(jié)構(gòu)和所述圓柱狀結(jié)構(gòu)的外圓周表面上的一個熱噴涂層，所述熱噴涂層 包含約65~約95wt%-種或多種第VI族金屬碳化物和約5~約35wt% -種或多種選自 鉻、錳、鐵、鈷和鎳的過渡金屬。
[0011] 本發(fā)明又進一步部分地涉及一種用于金屬或金屬合金例如鋁合金片材制造的工 作輥的外圓周表面涂布用熱噴粉末，包含約65~約95wt%-種或多種第VI族金屬碳化物， 和約5~約35wt%-種或多種選自鉻、錳、鐵、鈷和鎳的過渡金屬。
【附圖說明】
[0012] 圖1是一幅顯微照片，顯示放大5000倍的本發(fā)明涂層的微結(jié)構(gòu)。
[0013] 圖2是一幅曲線圖，顯示在設(shè)定的時間間隔上來自以下實施例的組合物A、B、C和 D的表面粗糙度，其測定和比較旨在確定表面滯留。 發(fā)明的詳細描沭
[0014] 如以上指出的，本發(fā)明部分地涉及用于金屬或金屬合金例如鋁合金片材制造的工 作輥的外圓周表面涂布用熱噴粉末，包含約65~約95wt%-種或多種第VI族金屬碳化物， 和約5~約35wt%-種或多種選自鉻、錳、鐵、鈷和鎳的過渡金屬。較好，本發(fā)明部分地涉及 用于鋁合金片材制造的工作輥的外圓周表面涂布用熱噴粉末，包含約76~約86wt%鎢、約 3~約5. 5wt%碳、約7~約13wt%鈷、和約2. 5~約7wt%絡(luò)。
[0015] 所提供的熱噴粉末能得到有所希望耐磨損和腐蝕性能的熱噴涂料，尤其可用于金 屬合金例如鋁合金片材軋制過程中使用的工作輥。此外，也提供了使用這樣的熱噴粉末在 該工作輥上形成熱噴涂層的方法。
[0016] 例示性第VI族金屬碳化物可以用式MXC代表，式中M表示Cr、Co、Mo和W中一種 或多種，x是1~12的整數(shù)。MXC這一短語可以由^2(：、116(：^9(：和吣 2(：組成。本發(fā)明中 使用的適用第VI族金屬碳化物包括，例如，WC、MoC、CrC、WCrC、WMoC、CrMoC等。本發(fā)明中 使用的第VI族金屬碳化物的適用混合物包括，例如，WC和WCrC、WC和CrC等?？捎脕碜鳛?金屬基料的例示性過渡金屬包括Cr、Mn、Fe、Co和Ni中一種或多種。本發(fā)明中可用的過渡 金屬的適用混合物包括，例如，Cr和Co、Cr和Mo等。
[0017] 該熱噴粉末中一種或多種第VI族金屬碳化物的含量可以在約65~約95wt%、較 好約70~約90wt%范圍內(nèi)。如果一種或多種第VI族金屬碳化物的含量太低，則該熱噴涂 層的耐磨損性能可能下降。如果一種或多種第VI族金屬碳化物的含量太高，則該熱噴涂層 的韌性和粘合力可能降低。關(guān)于鉻，要理解的是，鉻既可以作為過渡金屬存在，也可以作為 第VI族金屬碳化物存在。
[0018] 該熱噴粉末中一種或多種過渡金屬的金屬基料含量可以在約5~約35wt%、較好 約10~約30wt%范圍內(nèi)。如果一種或多種過渡金屬的含量太低，則該熱噴涂層的韌性和 粘合力可能下降或該熱噴涂層的耐磨損或耐氧化性能可能下降。如果該基料相中一種或多 種過渡金屬的含量太高，則該熱噴涂層的耐磨損性能或該熱噴涂層的韌性和粘合力可能下 降。關(guān)于鉻，要理解的是，鉻既可以作為第VI族金屬碳化物也可以作為過渡金屬存在。
[0019] 如以上所指出，本發(fā)明的較好熱噴粉末包含WCCoCr。這樣的粉末可以用于金屬合 金例如鋁合金軋制過程中使用的工作輥用熱噴涂料的制造。該較好粉末中各元素濃度可以 改變但應(yīng)當在以下提出的范圍內(nèi)。
[0020] 該熱噴粉末中鎢的含量可以在約76~約86wt%、較好約78~約84wt%范圍內(nèi)。 若鎢的含量太低，則該熱噴涂層的耐磨損性能可能降低。若鎢的含量太高，則該熱噴涂層的 韌性和粘合力可能降低。
[0021] 該熱噴粉末中碳的含量可以在約3~約5. 5wt%、較好的約3. 5~約5. 2wt%范圍 內(nèi)。若碳的含量太低，則熱噴涂層的耐磨損性能可能降低。若碳的含量太高，則熱噴涂層的 韌性和粘合力可能降低。
[0022] 該熱噴粉末中鈷的含量可以在約7~約13wt%、較好約7~約llwt%范圍內(nèi)。若 鈷的含量太低，則該熱噴涂層的韌性和粘合力可能降低。若鈷的含量太高，則該熱噴涂層的 耐磨損性能可能降低。
[0023] 該熱噴粉末中鉻的含量在約2. 5~約7wt%、較好約3~約6wt%范圍內(nèi)。若鉻的 含量太低，則該熱噴涂層的耐磨損和耐氧化性能可能降低。若鉻的含量太高，則該熱噴涂層 的韌性和粘合力可能降低。
[0024]鉻的添加是該較好組合物的一種重要改性，因為鉻在該涂層中形成一種粘滯氧化 物層，后者起到腐蝕屏障的作用。鉻在該熱噴涂層中可以以很多形式存在，作為涂層濺射邊 界中的氧化物、作為涂層基料相中鈷的金屬合金、和潛在地作為耐磨損復(fù)合碳化物。這些鉻 相改善了該涂層的耐腐蝕性能，并降低了該涂層內(nèi)和該涂層與輥基之間電流相互作用的潛 力。
[0025] 該熱噴粉末中第VI族金屬碳化物和金屬基料例如鎢、碳、鈷和鉻的總含量應(yīng)當不 低于97%。在熱噴粉末含有除第VI族金屬碳化物和過渡金屬外的成分的情況下，這些其它 成分在該熱噴粉末中的含量小于