专利名称：耐液态锌侵蚀涂层的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种耐液态锌侵蚀涂层，特别涉及一种用于在钢铁材料表面热镀锌时，保护工作在液态锌中的镀锌设备或者另部件不受液态锌侵蚀的涂层。
背景技术：
连续镀锌槽中的沉没辊置于高温液态锌中，在钢板的驱动下旋转，起着导向作用，使钢板产生近360度的转向，钢板绕沉没辊传动。在沉没辊上部有两个支撑辊也工作在液态锌中，稳定钢板的走向。为了减少钢辊的腐蚀，通常沉没辊和支撑辊由SUS316L不锈钢制成。实践证明，即便是由这样材料构成的钢辊也与液态锌发生合金化反应，被液态锌侵蚀。当钢辊表面被液态锌侵蚀，或者锌渣吸附到钢辊表面后，钢辊表面变的凹凸不平，直接影响钢板镀锌质量。为了保护钢辊表面不受液态锌的侵蚀，JP8104966提及到将钴碳化钨粉末材料用热喷涂方法喷涂到钢辊表面，提高了钢辊抗液态锌侵蚀能力。钴碳化钨涂层的抗液态锌侵蚀能力取决于涂层中的钴的存在形态、受喷涂方法和粉末制造工艺的影响，有些钴碳化钨涂层的抗液态锌能力还不如SUS316L不锈钢。另外钴碳化钨粉末材料的成本也比较高。有文献也提出用氧化铬类陶瓷材料喷涂钢辊，尽管从材料的性能来讲氧化物类陶瓷基本不与液态锌发生反应，但是用热喷涂方法形成的陶瓷涂层含有3％以上的气孔。由于液态锌的表面张力非常低，很容易渗透到涂层或者穿过涂层渗透到钢辊表面，腐蚀钢辊表面，使涂层脱落，另外氧化物陶瓷单独使用时，钢辊受到热冲击，涂层有可能脱落，因此氧化物陶瓷不宜单独使用。有些金属的硼化物和氮化物也具有抗液态锌能力，例如EP603797提出MoSi、CrSi、MoB等，但是这些材料在高温下容易分解，或者熔点较高，很难用传统的爆炸喷涂或者超音速喷涂方法形成致密的涂层。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于，提供一种耐液态锌侵蚀涂层，以解决镀锌槽中的零件表面受液态锌腐蚀或者其他金属物的付着的技术问题。
本发明的技术方案如下一种耐液态锌侵蚀涂层，依次由Fe-Al层，Fe-Al及氧化物陶瓷材料混合层以及氧化物陶瓷材料层三层复合组成，其中的Fe-Al层厚度为0.05-0.5mm。
所述的Fe-Al及氧化物陶瓷材料混合层中，氧化物陶瓷材料的含量从与Fe-Al层接触的表面到与氧化物陶瓷材料层接触的表面方向上，为0到100％连续梯度变化。
所述Fe-Al层可以是FeAl3、Fe2Al3、FeAl以及Fe3Al中的一种或数种。
所述的氧化物陶瓷材料层可以是Al2O3-(2-20)TiO2或Cr2O3。
Fe-Al组成的金属间化合物具有良好的抗锌侵蚀能力，它的抗锌能力来源于Fe-Al组成的金属间化合物的结构很少能够溶入锌，另外通过热分析试验发现锌在Fe-Al组成的金属间化合物的溶解度小于0.2％，即Fe-Al组成的金属间化合物具有良好的抗锌能力，且随着铝含量的增加，抗锌能力也增加，抗锌腐蚀能力顺序为FeAl3，Fe2Al3，FeAl、Fe3Al，相反随着铝含量的增加，材料的脆性也增加。由于Fe-Al组成的金属间化合物的熔点低于1200度，比较容易用热喷涂方法形成涂层，特别是HVOF和爆炸喷涂方法形成的涂层致密度高，在不使用其他封孔材料下也可抵抗液态锌。
虽然Fe-Al组成的金属间化合物具有良好的抗锌侵蚀能量，但是它于液态锌的润湿度低，作为涂层单独使用时，容易在Fe-Al组成的金属间化合物表面形成硬质的金属化合物，使钢辊表面凹凸不平，影响镀锌钢板的表面质量，更主要的是Fe-Al金属间化合物的高温硬度较低，单独使用时的耐磨性远低于钴基碳化钨。
因此，在钢辊表面喷涂Fe-Al金属间化合物作为底层，然后在Fe-Al金属间化合物表面继续喷涂氧化物陶瓷。Fe-Al金属间化合物主要作用为抵抗液态锌侵蚀和氧化物陶瓷的低层，氧化物陶瓷由于与液态锌亲和力低，并且具有良好的耐高温磨损性，两种材料的结合，使涂层既有抗液态锌侵蚀能力，又有一定的耐磨性，应该说可以满足零件的工作需要，但由于Fe-Al金属间化合物层与氧化物陶瓷层的膨胀系数相差较大，所以在实际使用中辊面出现微裂纹并发生过脱落，而在这两种涂层之间再加入一层由Fe-Al和氧化物陶瓷组成的混合物中间层，就可避免涂层应力过度集中而产生微裂纹。中间层的厚度应控制在0.05-0.1mm之间，氧化物陶瓷材料的含量从与Fe-Al层接触的表面到与氧化物陶瓷材料层接触的表面方向上，为0到100％连续梯度变化。作为氧化物陶瓷首选的材料为Al2O3-(2-20)TiO2、Cr2O3，这样的材料具有较强的抗高温冲击性，同时又有较高的硬度，其厚度一般也控制在0.05-0.1mm之间。
采用上述耐液态锌侵蚀涂层后，镀锌槽中的零件表面状态良好，且涂层不从零件表面脱落。
图1是本发明的Fe-Al层涂层厚度和耐锌液腐蚀时间关系图。
具体实施例方式
由于Fe-Al组成的金属间化合物是一种脆性材料，过厚的涂层容易造成在涂层上形成裂纹并加速腐蚀，因此涂层的厚度在0.05-0.5mm为适宜，最佳的涂层厚度为0.15-0.3mm，如图1所示。
实施例1以连续镀锌槽中的沉没辊为例。选取直径800mm，长2000mm沉没辊，高速火焰(HVOF)喷涂FeAl金属间化合物作为底层，该层厚度为0.12mm；然后等离子喷涂FeAl和Cr2O3混合物作为中间层，该层中，Cr2O3的含量从与FeAl层接触的表面到中间层喷涂的最外表面，为0到100％连续梯度变化，该层厚度0.05mm；最后等离子喷涂Cr2O3作为顶层，该层厚度为0.05mm。
实际应用中，将该沉没辊置于480度液态锌中，实际生产线运行3周，涂层无反应，沉没辊表面情况良好，涂层不脱离沉没辊本体。
实施例2以连续镀锌槽中的沉没辊为例。选取直径800mm，长2000mm沉没辊，高速火焰(HVOF)喷涂FeAl金属间化合物作为底层，该层厚度为0.12mm；然后等离子喷涂FeAl和Al2O3+2.5TiO2混合物作为中间层，该层中，Cr2O3的含量从与FeAl层接触的表面到中间层喷涂的最外表面，为0到100％连续梯度变化，该层厚度0.05mm；最后等离子喷涂Al2O3+2.5TiO2作为顶层，该层厚度为0.05mm。
实际应用中，将该沉没辊置于480度液态锌中，实际生产线运行3周，涂层无反应，沉没辊表面情况良好，涂层不脱离沉没辊本体。
将以上两个实施例与以前所采取的涂层进行比较，得到以下试验比较表
锌侵蚀试验比较表
权利要求
1.一种耐液态锌侵蚀涂层，其特征在于，依次由Fe-Al层，Fe-Al及氧化物陶瓷材料混合层以及氧化物陶瓷材料层三层复合组成，其中的Fe-Al层厚度为0.05-0.5mm。
2.如权利要求1所述的耐液态锌侵蚀涂层，其特征在于，所述的Fe-Al及氧化物陶瓷材料混合层中，氧化物陶瓷材料的含量从与Fe-Al层接触的表面到与氧化物陶瓷材料层接触的表面方向上，为0到100％连续梯度变化。
3.如权利要求2所述的耐液态锌侵蚀涂层，其特征在于，所述的Fe-Al及氧化物陶瓷材料混合层的厚度为0.05-0.1mm。
4.如权利要求1所述的耐液态锌侵蚀涂层，其特征在于，所述Fe-Al层可以是FeAl3、Fe2Al3、FeAl以及Fe3Al中的一种或数种。
5.如权利要求1或4所述的耐液态锌侵蚀涂层，其特征在于，所述Fe-Al层的厚度为0.15-0.3mm。
6.如权利要求1所述的耐液态锌侵蚀涂层，其特征在于，所述的氧化物陶瓷材料层可以是Al2O3-TiO2或Cr2O3。
7.如权利要求6所述的耐液态锌侵蚀涂层，其特征在于，所述的氧化物陶瓷材料层厚度为0.05-0.1mm。
全文摘要
本发明涉及一种耐液态锌侵蚀涂层，特别涉及一种用于在钢铁材料表面热镀锌时，保护工作在液态锌中的镀锌设备或者零部件不受液态锌侵蚀的涂层。依次由Fe－Al层，Fe－Al及氧化物陶瓷材料混合层以及氧化物陶瓷材料层三层复合组成。Fe－Al及氧化物陶瓷材料混合层中，氧化物陶瓷材料的含量从与Fe－Al层接触的表面到与氧化物陶瓷材料层接触的表面方向上，为0到100％连续梯度变化。Fe－Al层可以是FeAl
文档编号C23C4/04GK1508281SQ0215518
公开日2004年6月30日 申请日期2002年12月17日 优先权日2002年12月17日
发明者颜永根, 高阳, 张丕军, 戴毅梅, 徐建明 申请人:宝山钢铁股份有限公司