中厚硬质涂层制备工艺的探究

摘要

冶金热轧辊工作过程中要承受高温、冷热循环及较大轧制力的综合作用，主要失效形式是辊身磨损、热疲劳引起的热龟裂和剥落、断裂等。轧辊的质量直接影响到轧制生产效率和产品质量;因此，改善轧辊质量和提高轧辊的使用寿命具有重要意义。
　　目前，对提高轧辊质量和服役寿命的研究主要集中在辊材和表面改性两个方面。本课题采用高频感应熔覆和电接触强化技术，在42CrMo钢基体上进行中厚硬质涂层制备工艺的研究。选择了合适的粘结剂和保护层材料，并采用免喷涂技术进行预涂层的制备;对制备好的预涂层进行高频感应熔覆实践，分析了预涂层高频感应熔覆的特殊规律，并搭建了合理的实验平台。为了获得满足性能要求、成本较低的强化层，本论文还进行了合金涂层成分的设计，确定了强化层的成分及含量。为验证强化效果，对高频感应熔覆层进行了组织结构分析和性能测试;针对研究结果，对高频感应熔覆层进行了电接触二次强化，并对电接触强化层进行了相应的组织分析和性能测试。
　　本论文取得了以下研究成果:
　　1)采用免喷涂技术以醋酸纤维素的丙酮溶液作为粘结剂，逐层刷涂可以制备厚度均匀的预涂层;以石墨层及石棉布作为保护层，经过高频感应熔覆及电接触二次强化后能够制备中等厚度的硬质涂层。
　　2)不同合金成分的预涂层实验结果表明:WC增强镍基合金粉末能够通过高频感应熔覆及电接触复合工艺制备出性能较高的强化层;由于金属基陶瓷粉末（WC-12Co、WC-17Co等）不具备焊接性且润湿性差，通过高频感应熔覆技术不能制备出性能良好的强化层;按共晶成分配制的铁基合金粉末(Fe-Cr-C-H3BO3、Fe-Cr-WC-C-H3BO3)涂层，也不适合高频感应熔覆层的制备，试样成形性差，熔覆层表面质量差，涂层厚薄不均、不连续，夹渣及孔洞缺陷多。
　　3)采用免喷涂预涂层制备技术，通过高感应熔覆工艺成功制备出表面质量高的Ni60-WC涂层;经过显微组织分析和性能测试，结果表明:熔覆层的厚度均匀，组织致密;除原来的WC外，涂层中有W2C、Cr23C6、Cr2B、Ni3Fe、Cr7C3等新相生成;涂层与基体形成了冶金结合;显微硬度较高，红硬性好。但是，预涂层过厚会易导致夹生、孔洞和裂纹等缺陷;通过分析讨论提出了解决缺陷的方法;另外，感应熔覆制备强化层的厚度为≤0.4mm。
　　4)高频感应熔覆层经过电接触强化后组织更加致密;孔洞、夹生缺陷减少;显微硬度有了明显提高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 轧辊强化常用的表面改性技术

1．2．1 堆焊技术

1．2．2 热喷焊技术

1．2．3 激光重熔技术

1．2．4 电火花强化技术

1．2．5 轧辊常用表面改性技术的对比

1．3 热喷涂涂层的重熔后处理技术

1．4 免喷涂涂层制备技术

1．4．1 免喷涂技术简介

1．4．2 表面粘涂技术发展及应用

1．5 感应熔覆及电接触熔覆技术

1．5．1 感应熔覆技术

1．5．2 电接触熔覆技术

1．6 本论文的研究目标及主要内容

第二章 实验材料、设备及研究方法

2．1 实验材料及设备

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验设备

2．2 实验平台的搭建及研究方法

2．2．1 实验平台的搭建

2．2．2 研究方法

第三章 预涂层感应熔覆工艺实践

3．1 预涂层的免喷涂制备工艺

3．1．1 试样的预处理工艺

3．1．2 免喷涂预涂层的制备工艺

3．2 免喷涂涂层的感应熔覆

3．2．1 感应熔覆的原理及涡流分布

3．2．2 感应加热的一般物理过程

3．2．3 预涂层感应熔覆的特殊规律

3．3 本章小结

第四章 涂层的设计

4．1 金属基陶瓷涂层的高频感应熔覆

4．1．1 金属基陶瓷粉末感应熔覆的方案设计

4．1．2 金属基陶瓷粉末的感应熔覆

4．1．3 小结

4．2 共晶成分合金涂层的高频感应熔覆

4．2．1 Fe-Ni-Cr-B合金粉末预涂层的感应熔覆

4．2．2 Fe-Ni-Cr-B-WC合金粉末预涂层的感应熔覆

4．2．3 小结

4．3 Ni60-WC合金粉末的高频感应熔覆

4．3．1 WC增强镍基合金熔覆层的方案设计

4．3．2 Ni60-WC预涂层的感应熔覆

4．3．3 小结

4．4 本章小结

第五章 42CrMo钢表面Ni60-WC感应熔覆层的研究

5．1 Ni60-35WC感应熔覆层组织分析及性能测试

5．1．1 熔覆层的组织分析

5．1．2 熔覆层相结构的分析

5．1．3 熔覆层的显微硬度及红硬性

5．2 感应熔覆层的缺陷及解决方案

5．2．1 感应熔覆层缺陷分析

5．2．2 感应熔覆层缺陷的解决方案

5．3 本章小结

第六章 Ni60-WC感应熔覆层电接触强化的初步探究

6．1 Ni60-35WC熔覆层的电接触强化工艺

6．1．1 电接触强化实验设备

6．1．2 熔覆层电接触强化的工艺

6．2 电接触强化层组织分析及性能研究

6．2．1 电接触强化层的组织分析

6．2．2 电接触强化层的硬度及结合强度的分析

6．3 感应熔覆及电接触强化复合工艺

6．4 本章小结

第七章 结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢