一种热轧辊的多元合金涂层及其制备和喷涂方法与流程

本发明涉及轧辊的修复技术领域，尤其涉及一种热轧辊多元合金涂层及其制备和喷涂方法。

背景技术：

磨损是金属零件失效的三种主要原因(磨损、腐蚀和疲劳)之一。它所造成的经济损失是十分巨大的，如美国1981年公布的数字，每年由于磨损而造成的损失高达1000亿美元。其中材料消耗约为200亿美元，相当于材料年产量的7％。由于材料耐磨性较差，我国大量基础零件的损失寿命普遍大幅度低于国外先进产品的水平，因此直接及间接的经济损失也是十分惊人的。仅就冶金矿山、农机、煤炭、电力、和建材五个工业部门不完全的统计，每年仅由于磨料磨损而需要补充的备件就达100万吨钢材，相当于15～20亿人民币。又如机械工业每年所用的钢材，约有一半是消耗在备件的生产上，而备件中的大部分是由于磨损寿命不高而失效的，如约40％的农机具备件是由于磨料磨损消耗的，约30％的锅炉钢管是由于腐蚀磨损失效的。热轧辊因高温作业，在循环热应力作用下，易发生因热疲劳而引起的热龟裂、表层剥落以及辊轴断裂、表面磨损等；沉没辊因受高温锌液浸蚀，以及辊面材料与锌液反应产生沉渣而引起的磨料磨损等反复作用，辊身直径不断变小，材料硬度及耐磨性逐渐下降，直至失效。热轧辊其通常工作温度在600℃～800℃，对涂层材料的抗热冲击性能也有很高要求；同时轧辊与钢坯直接接触，需要承受强大的轧制力，所以其表面要承受强力磨损，并且还要反复被热轧材加热和冷却水冷却到100℃～150℃，轧辊经受温度变化较大的热疲劳作用，损耗极大。因此，轧辊的失效形式主要是热疲劳引起的热龟裂和剥落、轧辊断裂、辊身表面磨损，失效面几乎覆盖着整个工作面。

除磨损失效外，具有涂层结构的轧辊还面临因涂层与基体结合不良而引起的剥落等失效形式。当涂层与基体存在气泡、夹渣、分层，常会在正常磨损失效之前，引发表面裂纹或表面剥落等失效。由于热轧辊在自身残余拉应力以及循环热应力影响下，涂层结合强度以及涂层表面成分均匀性不足引起轧辊涂层材料抗热冲击性能欠佳。有时，在实际制造轧辊过程中，涂层材料与基体结合不良时往往出现微裂纹，微裂纹在循环热应力条件下发生蔓延扩展，以致发生剥落，甚至辊身断裂。因此，涂层材料选择以及制备工艺是非常重要的影响因素。

美国rutger大学的sadangi等人利用“喷雾干燥→还原分解→气相碳化”工艺制备了粒度为0.6μm的cr3c2粉末(参见r.k.sadangi，l.e.mccandlish，b.h.kear，p.seegopaul.synthesisandcharacterizationofsubmicronvanadiumandchromiumcarbidegraingrowthinhibitors.advancesinpowdermetallurgy&particularmaterials，1998：p9-p15)。其工艺过程为：首先制备含cr的前驱体溶液，然后进行喷雾干燥，再将喷雾干燥的粉末进行热解，将热解后的产物用ch4/h2混合气体进行气相碳化。该方法存在的主要问题是工艺较复杂，并且制得的碳化铬粉末的粒度偏大，不能满足碳化铬粉末在现代工业中的应用。

经检索，中国专利申请，公开号：cn105951004a，公开日：2016.09.21，公开了一种耐磨耐腐蚀复合合金轧辊辊筒及生产工艺，包括辊体，所述的辊体为空心圆柱体，所述的辊体由合金钢层和普通钢层组成，所述的合金钢层内侧一体铸造设置普通钢层，所述的合金钢层包括下列成分：c、si、mn、p、s、cr、ni、mo、v、ti、al、cu、w、re，其余为fe及不可避免的杂质，总体上，该发明具有创新辊体的生产工艺，以铸代钢，省去淬火步骤，有效提高辊体的耐腐蚀性、耐磨性和强度，提高成品辊体的生产制造精度，延长辊体的使用寿命，节约生产使用原材料量，降低生产成本。但该发明合金钢层和普通钢层的结合强度不高，应用于热轧辊时，很容易因应力变化而发生剥落而失效。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

针对现有技术中存在热轧辊容易热龟裂、表层剥落、辊轴断裂、表面磨损以及现有涂层结合强度以及涂层表面成分均匀性不足引起轧辊涂层材料抗热冲击性能欠佳等问题，本发明提供了一种热轧辊多元合金涂层及其制备和喷涂方法。它通过优化多元合金涂层成分及分布，具有良好的耐热耐磨性能，并达到了提高粘结底层与热轧辊基层的结合强度的目的。

2.技术方案

经分析，热轧辊磨损的主要机理是：热轧辊上的某点与轧材及支撑辊周期性接触，轧材上的氧化皮作为磨粒进入辊缝。同时，在冷却液和热轧件应力的共同作用下，轧辊表层金属微粒不断与辊身分离，工作层变薄，辊身直径变小，硬度和耐磨性也都下降，当辊身直径和硬度下降到最小允许值时，即达到失效，需及时进行修复。在实际制造轧辊过程中，涂层材料与热轧辊基层结合不良时往往出现微裂纹，微裂纹在循环热应力条件下发生蔓延扩展，以致发生剥落，甚至辊身断裂。因此，涂层材料选择以及制备工艺是非常重要的影响因素。

基于材料多元合金强化理论并充分考虑涂层与热轧辊基层物化性能(膨胀系数、弹性模量)匹配特征，结合轧辊文献调研及基础数据分析，本发明对涂层材料选择与设计不仅要考虑涂层材料工作性能，如耐磨损、耐高温氧化以及耐腐蚀等性能，因轧辊处于循环冷热交变应力作用，为防止因涂层剥落而引发的材料失效，结合强度以及涂层与热轧辊基层物化性质(膨胀系数等)相匹配是需要重点考量的因素。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种热轧辊多元合金涂层，由内向外依次为热轧辊基层、过渡层和工作层，所述过渡层为nicr或nicral喷涂层，在热轧辊基层喷涂nicr或nicral作为金属粘结层即过渡层，能够消除耐磨耐热工作层与热轧辊基层之间材料热膨胀系数不匹配的问题，以减小由工作层和热轧辊基层膨胀系数不匹配而引起的热应力，改善工作层与热轧辊基层间的力学匹配和物理相容性；所述工作层为nicr-cr3c2复合涂层，nicr合金具有优异的耐热、耐腐蚀、抗高温氧化等性能，还起到粘结相的作用，cr3c2具有较好的高温硬度和抗高温氧化性，起硬质相的作用，在涂层中还主要起到第二相粒子弥散强化的作用，能够解决热轧辊在高温复杂工况下极易损耗、使用寿命偏低的问题。而且，nicr-cr3c2具有与热轧辊相近的线膨胀系数，从而可大大降低因热冲击而造成的涂层剥落甚至失效，从而解决了本发明的技术问题。

进一步的技术方案，所述nicr或nicral喷涂层厚度为50～100μm；所述nicr-cr3c2复合涂层厚度为200～400μm，根据不同配比和喷涂方法调节厚度。

进一步的技术方案，nicral喷涂层中，cr含量为10～30％，al含量为0～10％，al、cr可以抑制合金层的氧化，但过高al量会带来额外的脆性，ni与al发生反应，生成金属间化合物，并释放出大量热量，使粘结底层与热轧辊基层表面形成微冶金结合，从而提高粘结底层与热轧辊基层的结合强度；所述nicr-cr3c2复合涂层中，cr3c2含量为70～80％，nicr为20～30％，这两个百分比范围的nicr粘结层与nicr-cr3c2金属陶瓷具有较好的互熔性，其中cr3c2含量多为75％，nicr为25％，后续通过耐磨性等表征方法的检测，可以证明是最佳比例。

一种热轧辊的多元合金涂层的制备方法，其中，所述cr3c2的制备方法为：

步骤一：混合：将重铬酸铵粉体和纳米碳黑粉体置于蒸馏水或去离子水中，混合搅拌均匀呈流体状，加入模具中压制成型呈前驱体；压制后呈块状，以方便进行急冻；

步骤二：急冻：将前驱体快速转入急冻空间中进行急冻；急冻的目的是在尽可能短的时间里让流体冻结，重铬酸铵粉体和纳米碳黑粉体搅拌均匀后迅速定位，以防止块状流体由于密度的不同而分层，造成后续冻干处理后铬源和碳源的分布不均，而造成碳化反应不均衡的不良后果；

步骤三：冻干：将急冻好的前驱体快速转入真空冷冻干燥仓中进行冻干，冻干后的块状体只是水分子升华后形成的多微孔状蜂窝块，体积变化微小，均匀的铬源和碳源定位不会发生变化，而且，冻干过程中，重铬酸铵粉体在低温下干燥过程中发生下列反应：

(nh4)2cr2o7(s)＝cr2o3(s)+n2↑+4h2o(2-1)

步骤四：碳化：关闭真空冷冻干燥仓冷阱，随着温度的升高，碳逐渐将铬的高价氧化物还原成铬的低价氧化物，位置固定的碳源和其周围位置也相对固定的铬源进行反应，最终生成均匀的碳化铬，而且还是纳米级的碳化铬；由于冻干后块状体微孔孔隙的均匀性，反应中热量的吸收也比较均匀，从而实现制得粒度均匀的纳米级的碳化铬的目的；

3cr2o3(s)+13c(s)＝2cr3c2(s)+9co(2-2)；

3(nh4)2cr2o7(s)+13c(s)＝2cr3c2(s)+9co+12h2o+3n2↑(2-3)(整体反应过程)。

进一步的制备方法，步骤一中，重铬酸铵和纳米碳黑粉体的配比为1：(0.17～0.21)，以防止碳源或铬源过多的残留；蒸馏水或去离子水用量为：粉体总重的55％～60％，对于重铬酸铵和纳米碳黑粉体的均匀混合来说，是适宜的流体成型状态范围；步骤二中急冻温度为-100～-140℃，时间为30～150min，以达到迅速和彻底形成块状体的效果；步骤四中，升温至900～1200℃进行碳化还原。

进一步的制备方法，步骤三中，冻干工艺曲线为：

a、初期：板温0℃～100℃，升温斜率2℃/min，100℃保持30～40分钟，抽真空至60pa以内；

b、中期：板温降温至80～85℃/min，保持50～60分钟，真空控制在100pa以内；

c、后期，板温降温至50～65℃/min，保持80～200分钟，真空控制在80pa以内。

冻干过程中，保持物料的相对低温状态，防止反应过于强烈而导致反应不均匀；

一种热轧辊的多元合金涂层的喷涂方法，步骤为：

步骤1)前处理：将热轧辊表面机械打磨，后喷砂处理，提高喷膜的附着力；

步骤2)喷涂：用hvof方法进行喷涂，由于本发明的多元合金涂层中的各种成分，均能够制得纳米级的粒度，因此，用hvof(超音速喷涂)方法进行喷涂，效果更加明显，制得的合金涂层附着力更强，涂层的孔隙率更小。

进一步的喷涂方法，前处理中，打磨使用800#～1000#砂纸对基材表面进行打磨，用无水乙醇清洗，丙酮脱脂；将热轧辊表面机械打磨至至少sa3级清洁度；喷砂处理使用粒径为0.1～0.5mm铸铁砂为磨粒，压缩空气压力＞0.8mpa，喷砂距离为80～100mm，喷砂角度为20°，使精糙度到达rz40～70μm。

进一步的喷涂方法，hvof方法中：

nicr或nicral的喷涂方法参数为：氧气流量：1900～2000scfh；煤油流量：20～21lph；送粉速度为：4.5～5.5rpm；喷涂距离360～380mm；

nicr-cr3c2的喷涂方法参数为：氧气流量：1800～1900scfh；煤油流量：22～23lph；送粉速度为：4.5～5.5rpm；喷涂距离360～380mm。

进一步的喷涂方法，还包括步骤3)：冷却后用激光器进行激光重熔工艺处理，激光功率为900～1000w，扫描速度为550～600mm/min，光斑大小10×3mm。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种热轧辊多元合金涂层，在热轧辊基层喷涂nicr或nicral作为金属粘结层即过渡层，能够消除耐磨耐热工作层与热轧辊基层之间材料热膨胀系数不匹配的问题，以减小由工作层和热轧辊基层膨胀系数不匹配而引起的热应力，改善工作层与热轧辊基层间的力学匹配和物理相容性；nicr合金还具有优异的耐热、耐腐蚀、抗高温氧化等性能，还起到粘结相的作用，cr3c2具有较好的高温硬度和抗高温氧化性，起硬质相的作用，在涂层中还主要起到第二相粒子弥散强化的作用，能够解决热轧辊在高温复杂工况下极易损耗、使用寿命偏低的问题。而且，nicr-cr3c2具有与热轧辊相近的线膨胀系数，从而可大大降低因热冲击而造成的涂层剥落甚至失效，从而解决了本发明的技术问题；

(2)本发明的一种热轧辊多元合金涂层，可以根据不同涂层成分配比和喷涂方法调节不同的涂层厚度，以适应不同规格的热轧辊，通用性强；

(3)本发明的一种热轧辊多元合金涂层，膜层成分配比的限定，al、cr可以抑制合金层的氧化，但过高al量会带来额外的脆性，ni与al发生反应，生成金属间化合物，并释放出大量热量，使粘结底层与热轧辊基层表面形成微冶金结合，从而提高粘结底层与热轧辊基层的结合强度，al含量为0～10％的限定兼顾了两方面的因素；而al含量7.5％的涂层，经对比试验，效果更佳；cr3c2含量为70～80％，nicr为20～30％，这两个百分比范围限定的nicr粘结层与nicr-cr3c2金属陶瓷具有较好的互熔性，其中cr3c2含量多为75％，nicr为25％，后续通过耐磨性等表征方法的检测，可以证明是最佳比例；

(4)本发明的一种热轧辊的多元合金涂层的制备方法，尤其是cr3c2的冻干工艺制备方法，冻干后的前驱块状体只是水分子升华后形成的多微孔状蜂窝块，体积变化微小，均匀的铬源和碳源定位不会发生变化，位置固定的碳源和其周围位置也相对固定的铬源进行反应，最终生成均匀的碳化铬，而且还是纳米级的碳化铬；由于冻干后块状体微孔孔隙的均匀性，反应中热量的吸收也比较均匀，从而实现制得粒度均匀的纳米级的碳化铬的目的；

(5)本发明的一种热轧辊多元合金涂层的制备方法，冻干工艺的使用，使重铬酸铵和纳米碳黑粉体的配比限定范围可以根据化学反应式进行尽量精确的确定，避免了过多的杂质，能够防止碳源或铬源过多的残留而影响膜层质量；

(6)本发明的一种热轧辊多元合金涂层的制备方法，冻干过程中，加热板温度的范围限定，能够保持物料的相对低温状态(低于加热板温)，防止反应过于强烈而导致反应不均匀；

(7)本发明的一种热轧辊多元合金涂层的喷涂方法，用hvof方法进行喷涂，由于本发明的多元合金涂层中的各种成分，均能够制得纳米级的粒度，因此，用hvof(超音速喷涂)方法进行喷涂，效果更加明显，制得的合金涂层附着力更强，涂层的孔隙率更小；

(8)本发明的一种热轧辊多元合金涂层的喷涂方法，喷涂前处理以及喷涂中的各种工艺参数，均是发明人结合本发明制得的纳米级粉料，在进行了各种数据采集、分析、总结等创造性劳动的基础上获得，制得的涂层的强度达到80mpa以上，硬度达到1200hv以上，孔隙率1％以下，使用寿命较常规1cr13涂层提高1倍以上，h型钢轧钢量8000吨以上；而且，在硬度试验：nicr/cr3c2-20nicr涂层由界面至面层表面，显微硬度逐步升高，最高达1363.3hv；

(9)本发明的一种热轧辊多元合金涂层的喷涂方法，激光重熔工艺可使涂层与基材形成冶金结合，其合金层的金相组织均有细密的针状或枝状的共晶组织，提高了金属原子的亲和力，进而进一步提高了涂层与基材结合程度。

附图说明

图1为本发明的热轧辊多元合金涂层放大后结构示意图；

图2为实施例中对比例的nicr/1cr13涂层横截面显微硬度分布图；

图3为本发明的nicr/cr3c2-20nicr涂层横截面显微硬度分布图；

图4为涂层截面显微硬度分布统计图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述(注：如未特别注明，实施例中含量表示为重量含量)。

实施例1

本实施例的热轧辊多元合金涂层，如图1所示，由内向外依次为热轧辊基层、过渡层和工作层，所述过渡层为nicr喷涂层；所述工作层为nicr-cr3c2复合涂层。

本实施例的热轧辊多元合金涂层材料准备：nicr纳米粉，nicr-cr3c2混合纳米粉；

本实施例一种热轧辊的多元合金涂层的喷涂方法，步骤为：

步骤1)前处理：将热轧辊表面机械打磨，后喷砂处理；

步骤2)喷涂：用hvof方法进行喷涂。

本实施例的热轧辊多元合金涂层及其制备和喷涂方法，在热轧辊基层喷涂nicr作为金属粘结层即过渡层，能够消除耐磨耐热工作层与热轧辊基层之间材料热膨胀系数不匹配的问题，以减小由工作层和热轧辊基层膨胀系数不匹配而引起的热应力，改善工作层与热轧辊基层间的力学匹配和物理相容性；nicr合金还具有优异的耐热、耐腐蚀、抗高温氧化等性能，还起到粘结相的作用，cr3c2具有较好的高温硬度和抗高温氧化性，起硬质相的作用，在涂层中还主要起到第二相粒子弥散强化的作用，能够解决热轧辊在高温复杂工况下极易损耗、使用寿命偏低的问题。而且，nicr-cr3c2具有与热轧辊相近的线膨胀系数，从而可大大降低因热冲击而造成的涂层剥落甚至失效，从而解决了本发明的技术问题

实施例2

本实施例的热轧辊多元合金涂层，基本结构同实施例1，不同之处在于：过渡层为nicral喷涂层。ni可以与al发生反应，生成金属间化合物，并释放出大量热量，使粘结底层与热轧辊基层形成微冶金结合，从而提高粘结底层与热轧辊基层的结合强度。

实施例3

本实施例的热轧辊多元合金涂层，基本结构同实施例1，不同和改进之处在于：nicr喷涂层厚度为50μm，cr含量为10％，ni含量为90％；nicr-cr3c2复合涂层厚度为200μm，cr3c2含量为70％，nicr为30％，这个百分比范围的nicr粘结层与nicr-cr3c2金属陶瓷具有较好的互熔性。

本实施例的热轧辊多元合金涂层材料准备：nicr纳米粉，nicr-cr3c2混合纳米粉，其中，纳米cr3c2粉的制备方法为：

步骤一：混合：将重铬酸铵粉体和纳米碳黑粉体按重量比1：0.17的配比置于粉体总重55％的蒸馏水中，混合搅拌均匀呈流体状，加入方形模具中压制成型呈前驱体；压制后呈块状，以方便进行急冻；

步骤二：急冻：将前驱体快速转入-100℃急冻空间中进行急冻150min；急冻的目的是在尽可能短的时间里让流体冻结，重铬酸铵粉体和纳米碳黑粉体搅拌均匀后迅速定位，以防止块状流体由于密度的不同而分层，造成后续冻干处理后铬源和碳源的分布不均；

步骤三：冻干：将急冻好的前驱体快速转入真空冷冻干燥仓中进行冻干，板温控制在100℃以下，冻干后的块状体只是水分子升华后形成的多微孔状蜂窝块，体积变化微小，均匀的铬源和碳源定位不会发生变化，而且，冻干过程中，重铬酸铵粉体在低温下干燥过程中发生下列反应：

(nh4)2cr2o7(s)＝cr2o3(s)+n2↑+4h2o(2-1)；

步骤四：碳化：关闭真空冷冻干燥仓冷阱，随着温度的升高，碳逐渐将铬的高价氧化物还原成铬的低价氧化物，位置固定的碳源和其周围位置也相对固定的铬源进行反应，最终生成均匀的碳化铬，而且还是纳米级的碳化铬；由于冻干后块状体微孔孔隙的均匀性，反应中热量的吸收也比较均匀，从而实现制得粒度均匀的纳米级的碳化铬的目的；

3cr2o3(s)+13c(s)＝2cr3c2(s)+9co(2-2)(碳化反应)；

3(nh4)2cr2o7(s)+13c(s)＝2cr3c2(s)+9co+12h2o+3n2↑(2-3)(整体反应过程)；

本实施例一种热轧辊的多元合金涂层的喷涂方法，步骤为：

步骤1)前处理：将热轧辊表面机械打磨，打磨使用800#～1000#碳化硅砂纸对基材表面进行打磨，用无水乙醇清洗，丙酮脱脂；将热轧辊表面机械打磨至至少sa3级清洁度；后喷砂处理，使用粒径为0.1mm铸铁砂为磨粒，压缩空气压力1.0mpa，喷砂距离为80mm，喷砂角度为20°，使精糙度到达rz40μm；

步骤2)喷涂：用hvof方法进行喷涂：

nicr的喷涂方法参数为：氧气流量：1900scfh；煤油流量：20lph；送粉速度为：4.5rpm；喷涂距离360mm；

nicr-cr3c2的喷涂方法参数为：氧气流量：1800scfh；煤油流量：22lph；送粉速度为：4.5rpm；喷涂距离360mm。

本实施例一种热轧辊的多元合金涂层，经检测：

涂层结合强度测试：根据gb/t8642-2002热喷涂抗拉结合强度的测定方法：制得的涂层的强度达到89mpa；

涂层硬度分析：采用维氏硬度计进行测量，硬度达到1200hv以上；

涂层孔隙率采用涂膏法：将含有试液的膏状物均匀涂敷在经过清洁和干燥处理的试样表面。膏状物中的试液渗入涂层孔隙，与基体金属作用，生成具有特征颜色的斑点，对膏体上有色斑点数目进行计数，即可得到涂层孔隙率，测得孔隙率0.77％；

涂层使用寿命检测：在h型钢轧机组中，采用轧钢量数据进行对比：使用寿命较常规1cr13涂层提高1倍以上，h型钢轧钢量8800吨。

实施例4

本实施例的热轧辊多元合金涂层，基本结构同实施例1，不同和改进之处在于：nicr喷涂层厚度为100μm，cr含量为30％，ni含量为70％；nicr-cr3c2复合涂层厚度为400μm，cr3c2含量为75％，nicr为25％，这个百分比范围的nicr粘结层与nicr-cr3c2金属陶瓷也具有较好的互熔性。

本实施例的热轧辊多元合金涂层材料准备：nicr纳米粉，nicr-cr3c2混合纳米粉，其中，纳米cr3c2粉的制备方法为：

步骤一：混合：将重铬酸铵粉体和纳米碳黑粉体按重量比1：0.21的配比置于粉体总重60％的蒸馏水中，混合搅拌均匀呈流体状，加入方形模具中压制成型呈前驱体；用2mpa压力压制后呈块状，压至厚度为3cm，以方便进行急冻；

步骤二：急冻：将前驱体快速转入-140℃急冻空间中进行急冻30min；

步骤三：冻干：将急冻好的前驱体快速转入真空冷冻干燥仓中进行冻干，冻干工艺曲线为：

a、初期：板温0℃～100℃，升温斜率2℃/min，100℃保持30分钟，抽真空至60pa以内；

b、中期：板温降温至80℃/min，保持60分钟，真空控制在100pa以内；

c、后期，板温降温至50℃/min，保持200分钟，真空控制在80pa以内。

步骤四：碳化：关闭真空冷冻干燥仓冷阱，采用快速升温后再阶段式降温的模式，30分钟内升温至1200℃保持30分钟，10分钟内降温至1100℃再保持40分钟，10分钟内再降温至1000℃保温20分钟，10分钟内再降温至900℃保持10分钟，这种阶段式降温的优点是，保持反应的稳定性，进而可以保证碳化反应的均匀性以及实现制得粒度更加均匀的纳米级的碳化铬，经sem扫描电镜检测，颗粒尺寸大约为35-40nm之间，粒度差距较小。

本实施例一种热轧辊的多元合金涂层的喷涂方法，步骤为：

步骤1)前处理：将热轧辊表面机械打磨，打磨使用1000#碳化硅砂纸对基材表面进行打磨，用无水乙醇清洗，丙酮脱脂；将热轧辊表面机械打磨至至少sa3级清洁度；后喷砂处理，使用粒径为0.5mm铸铁砂为磨粒，压缩空气压力1.2mpa，喷砂距离为100mm，喷砂角度为20°，使精糙度到达rz70μm；

步骤2)喷涂：用hvof方法进行喷涂：

nicr的喷涂方法参数为：氧气流量：2000scfh；煤油流量：21lph；送粉速度为：5.5rpm；喷涂距离380mm；

nicr-cr3c2的喷涂方法参数为：氧气流量：1900scfh；煤油流量：23lph；送粉速度为：5.5rpm；喷涂距离380mm。

本实施例一种热轧辊的多元合金涂层，经检测：

涂层结合强度测试：根据gb/t8642-2002热喷涂抗拉结合强度的测定方法：制得的涂层的强度达到97mpa；

涂层硬度分析：采用维氏硬度计进行测量，硬度达到1300hv以上，

涂层孔隙率采用涂膏法：将含有试液的膏状物均匀涂敷在经过清洁和干燥处理的试样表面。膏状物中的试液渗入涂层孔隙，与基体金属作用，生成具有特征颜色的斑点，对膏体上有色斑点数目进行计数，即可得到涂层孔隙率，测得孔隙率0.87％；

涂层使用寿命检测：在h型钢轧机组中，采用轧钢量数据进行对比：h型钢轧钢量9700吨。

检测时，发明人还研究了涂层在500℃(每隔10min淬火一次)高温条件下的热震性能，nicr/cr3c2-25nicr涂层经50余次循环而不发生剥落。

强度试验：采用e-7胶作为粘结剂，固化后开展拉伸实验，以0.1mm/min速率拉伸，拉伸强度为97.5mpa时，粘结试样发生断裂，断裂面为胶结层内，表明涂层结合强度大于97.5mpa。

实施例5

本实施例的热轧辊多元合金涂层，基本结构同实施例1，不同和改进之处在于：nicral喷涂层厚度为75μm，cr含量为20％，ni含量为70％，al含量为10％；nicr-cr3c2复合涂层厚度为300μm，cr3c2含量为80％，nicr为20％。

本实施例的热轧辊多元合金涂层材料准备：nicral纳米粉，nicr-cr3c2混合纳米粉，其中，纳米cr3c2粉的制备方法为：

步骤一：混合：将重铬酸铵粉体和纳米碳黑粉体按重量比1：0.19的配比置于粉体总重60％的蒸馏水中，混合搅拌均匀呈流体状，加入方形模具中压制成型呈前驱体；用1.2mpa压力压制后呈块状，压至厚度为2cm，以方便进行急冻；

步骤二：急冻：将前驱体快速转入-120℃急冻空间中进行急冻80min；

步骤三：冻干：将急冻好的前驱体快速转入真空冷冻干燥仓中进行冻干，冻干工艺曲线为：

a、初期：板温0℃～100℃，升温斜率2℃/min，100℃保持40分钟，抽真空至60pa以内；

b、中期：板温降温至85℃/min，保持50分钟，真空控制在100pa以内；

c、后期，板温降温至55℃/min，保持120分钟，真空控制在80pa以内。

步骤四：碳化：关闭真空冷冻干燥仓冷阱，采用快速升温后再阶段式降温的模式，40分钟内升温至1200℃保持25分钟，10分钟内降温至1100℃再保持45分钟，10分钟内再降温至1000℃保温30分钟，5分钟内再降温至900℃保持5分钟，这种阶段式降温的优点是，保持反应的稳定性，进而可以保证碳化反应的均匀性以及实现制得粒度更加均匀的纳米级的碳化铬，经sem扫描电镜检测，颗粒尺寸大约为35-40nm之间，粒度差距较小。

本实施例一种热轧辊的多元合金涂层的喷涂方法，步骤为：

步骤1)前处理：将热轧辊表面机械打磨，打磨使用900#碳化硅砂纸对基材表面进行打磨，用无水乙醇清洗，丙酮脱脂；将热轧辊表面机械打磨至至少sa3级清洁度；后喷砂处理，使用粒径为0.25mm铸铁砂为磨粒，压缩空气压力1.0mpa，喷砂距离为90mm，喷砂角度为20°，使精糙度到达rz50μm；

步骤2)喷涂：用hvof方法进行喷涂：

nicr的喷涂方法参数为：氧气流量：1950scfh；煤油流量：20.82lph；送粉速度为：5.0rpm；喷涂距离380mm；

nicr-cr3c2的喷涂方法参数为：氧气流量：1850scfh；煤油流量：22.7lph；送粉速度为：5.0rpm；喷涂距离380mm，喷枪嘴长度为6in；

本实施例一种热轧辊的多元合金涂层，经检测：

涂层结合强度测试：根据gb/t8642-2002热喷涂抗拉结合强度的测定方法：制得的涂层的强度达到103.6mpa；

涂层硬度分析：采用维氏硬度计进行测量，硬度达到1350hv以上，

涂层孔隙率采用涂膏法：将含有试液的膏状物均匀涂敷在经过清洁和干燥处理的试样表面。膏状物中的试液渗入涂层孔隙，与基体金属作用，生成具有特征颜色的斑点，对膏体上有色斑点数目进行计数，即可得到涂层孔隙率，测得孔隙率0.87％；

涂层使用寿命检测：在h型钢轧机组中，采用轧钢量数据进行对比：h型钢轧钢量10000吨以上。

检测时，发明人还研究了涂层在500℃(每隔10min淬火一次)高温条件下的热震性能，nicr/cr3c2-25nicr涂层经60余次循环而不发生剥落。

强度试验：采用e-7胶作为粘结剂，固化后开展拉伸实验，以0.1mm/min速率拉伸，拉伸强度为107.5mpa时，粘结试样发生断裂，断裂面为胶结层内，表明涂层结合强度大于107.5mpa。

实施例6

本实施例的热轧辊多元合金涂层，基本结构同实施例1，不同和改进之处在于：nicral喷涂层厚度为85μm，cr含量为20％，ni含量为72.5％，al含量为7.5％；nicr-cr3c2复合涂层厚度为350μm，cr3c2含量为80％，nicr为20％。

本实施例的热轧辊多元合金涂层材料准备：nicral纳米粉，nicr-cr3c2混合纳米粉，其中，纳米cr3c2粉的制备方法为：

步骤一：混合：将重铬酸铵粉体和纳米碳黑粉体按重量比1：0.20的配比置于粉体总重60％的蒸馏水中，混合搅拌均匀呈流体状，加入方形模具中压制成型呈前驱体；用1.4mpa压力压制后呈块状，压至厚度为2.5cm，以方便进行急冻；

步骤二：急冻：将前驱体快速转入-110℃急冻空间中进行急冻90min；

步骤三：冻干：将急冻好的前驱体快速转入真空冷冻干燥仓中进行冻干，冻干工艺曲线为：

a、初期：板温0℃～100℃，升温斜率2℃/min，100℃保持35分钟，抽真空至60pa以内；

b、中期：板温降温至80℃/min，保持50分钟，真空控制在100pa以内；

c、后期，板温降温至60℃/min，保持100分钟，真空控制在80pa以内。

步骤四：碳化：关闭真空冷冻干燥仓冷阱，采用快速升温后再阶段式降温的模式，40分钟内升温至1200℃保持25分钟，10分钟内降温至1100℃再保持45分钟，10分钟内再降温至1000℃保温30分钟，5分钟内再降温至900℃保持5分钟，这种阶段式降温的优点是，保持反应的稳定性，进而可以保证碳化反应的均匀性以及实现制得粒度更加均匀的纳米级的碳化铬，经sem扫描电镜检测，颗粒尺寸大约为30-35nm之间，粒度差距较小。

本实施例一种热轧辊的多元合金涂层的喷涂方法，步骤为：

步骤1)前处理：将热轧辊表面机械打磨，打磨使用900#碳化硅砂纸对基材表面进行打磨，用无水乙醇清洗，丙酮脱脂；将热轧辊表面机械打磨至至少sa3级清洁度；后喷砂处理，使用粒径为0.15mm铸铁砂为磨粒，压缩空气压力1.3mpa，喷砂距离为80mm，喷砂角度为20°，使精糙度到达rz40μm；

步骤2)喷涂：用hvof方法进行喷涂：

nicr的喷涂方法参数为：氧气流量：1950scfh；煤油流量：20.82lph；送粉速度为：5.0rpm；喷涂距离380mm；

nicr-cr3c2的喷涂方法参数为：氧气流量：1850scfh；煤油流量：22.7lph；送粉速度为：5.0rpm；喷涂距离380mm，喷枪嘴长度为6in；

步骤3)：冷却后用激光器进行激光重熔工艺处理，激光功率为900w，扫描速度为550mm/min，光斑大小10×3mm。

对比试验：nicr/1cr13涂层，粒度、厚度及工艺参数相同，制得的nicr/1cr13涂层，采用金相显微硬度分析，如图2所示，由界面至面层表面，硬度为236.5、271.5、361.2、525.4、608.7和844.7。

本实施例的多元合金涂层采用金相显微硬度分析，如图3所示，由界面至面层表面，硬度为253.4、334.1、751.2、1004.4、1122.9和1363.3。

两种涂层截面硬度多点数据采集整理结果如图4所示，可以看出，本发明的nicr/cr3c2-20nicr涂层由界面至面层表面，显微硬度逐步升高，最高达1363.3hv。

强度试验：采用e-7胶作为粘结剂，固化后开展拉伸实验，以0.1mm/min速率拉伸，拉伸强度为115.0mpa时，粘结试样发生断裂，断裂面为胶结层内，表明涂层结合强度大于115.0mpa。

实施例7

本实施例的热轧辊多元合金涂层，基本结构同实施例1，不同和改进之处在于：nicral喷涂层厚度为75μm，cr含量为20％，ni含量为78％，al含量为2％；nicr-cr3c2复合涂层厚度为300μm，cr3c2含量为80％，nicr为20％。

本实施例的热轧辊多元合金涂层材料准备：nicral纳米粉，nicr-cr3c2混合纳米粉，其中，纳米cr3c2粉的制备方法为：

步骤一：混合：将重铬酸铵粉体和纳米碳黑粉体按重量比1：0.18的配比置于粉体总重60％的蒸馏水中，混合搅拌均匀呈流体状，加入方形模具中压制成型呈前驱体；用1.1mpa压力压制后呈块状，压至厚度为3cm，以方便进行急冻；

步骤二：急冻：将前驱体快速转入-130℃急冻空间中进行急冻100min；

步骤三：冻干：将急冻好的前驱体快速转入真空冷冻干燥仓中进行冻干，冻干工艺曲线为：

a、初期：板温0℃～100℃，升温斜率2℃/min，100℃保持40分钟，抽真空至60pa以内；

b、中期：板温降温至85℃/min，保持50分钟，真空控制在100pa以内；

c、后期，板温降温至55℃/min，保持120分钟，真空控制在80pa以内。

步骤四：碳化：关闭真空冷冻干燥仓冷阱，采用快速升温后再阶段式降温的模式，40分钟内升温至1200℃保持25分钟，10分钟内降温至1100℃再保持45分钟，10分钟内再降温至1000℃保温30分钟，5分钟内再降温至900℃保持5分钟，这种阶段式降温的优点是，保持反应的稳定性，进而可以保证碳化反应的均匀性以及实现制得粒度更加均匀的纳米级的碳化铬，经sem扫描电镜检测，颗粒尺寸大约为35-40nm之间，粒度差距较小。

本实施例一种热轧辊的多元合金涂层的喷涂方法，步骤为：

步骤1)前处理：将热轧辊表面机械打磨，打磨使用900#碳化硅砂纸对基材表面进行打磨，用无水乙醇清洗，丙酮脱脂；将热轧辊表面机械打磨至至少sa3级清洁度；后喷砂处理，使用粒径为0.20mm铸铁砂为磨粒，压缩空气压力1.3mpa，喷砂距离为95mm，喷砂角度为20°，使精糙度到达rz60μm；

步骤2)喷涂：用hvof方法进行喷涂：

nicr的喷涂方法参数为：氧气流量：1950scfh；煤油流量：20.82lph；送粉速度为：5.0rpm；喷涂距离380mm；

nicr-cr3c2的喷涂方法参数为：氧气流量：1850scfh；煤油流量：22.7lph；送粉速度为：5.0rpm；喷涂距离380mm，喷枪嘴长度为6in；

本实施例一种热轧辊的多元合金涂层，经检测：

涂层结合强度测试：根据gb/t8642-2002热喷涂抗拉结合强度的测定方法：制得的涂层的强度达到104.2mpa；

涂层硬度分析：采用维氏硬度计进行测量，硬度达到1310hv以上，

涂层孔隙率采用涂膏法：将含有试液的膏状物均匀涂敷在经过清洁和干燥处理的试样表面。膏状物中的试液渗入涂层孔隙，与基体金属作用，生成具有特征颜色的斑点，对膏体上有色斑点数目进行计数，即可得到涂层孔隙率，测得孔隙率1.37％；

涂层使用寿命检测：在h型钢轧机组中，采用轧钢量数据进行对比：h型钢轧钢量12000吨以上。

实施例8

本实施例的热轧辊多元合金涂层，基本结构同实施例1，不同和改进之处在于：nicral喷涂层厚度为85μm，cr含量为20％，ni含量为72.5％，al含量为7.5％；nicr-cr3c2复合涂层厚度为350μm，cr3c2含量为80％，nicr为20％。

本实施例的热轧辊多元合金涂层材料准备：nicral纳米粉，nicr-cr3c2混合纳米粉，其中，纳米cr3c2粉的制备方法为：

步骤一：混合：将重铬酸铵粉体和纳米碳黑粉体按重量比1：0.20的配比置于粉体总重60％的蒸馏水中，混合搅拌均匀呈流体状，加入方形模具中压制成型呈前驱体；用1.4mpa压力压制后呈块状，压至厚度为2.5cm，以方便进行急冻；

步骤二：急冻：将前驱体快速转入-110℃急冻空间中进行急冻90min；

步骤三：冻干：将急冻好的前驱体快速转入真空冷冻干燥仓中进行冻干，冻干工艺曲线为：

a、初期：板温0℃～100℃，升温斜率2℃/min，100℃保持35分钟，抽真空至60pa以内；

b、中期：板温降温至80℃/min，保持50分钟，真空控制在100pa以内；

c、后期，板温降温至60℃/min，保持100分钟，真空控制在80pa以内。

步骤四：碳化：关闭真空冷冻干燥仓冷阱，采用快速升温后再阶段式降温的模式，40分钟内升温至1200℃保持25分钟，10分钟内降温至1100℃再保持45分钟，10分钟内再降温至1000℃保温30分钟，5分钟内再降温至900℃保持5分钟，这种阶段式降温的优点是，保持反应的稳定性，进而可以保证碳化反应的均匀性以及实现制得粒度更加均匀的纳米级的碳化铬，经sem扫描电镜检测，颗粒尺寸大约为30-35nm之间，粒度差距较小。

本实施例一种热轧辊的多元合金涂层的喷涂方法，步骤为：

步骤1)前处理：将热轧辊表面机械打磨，打磨使用900#碳化硅砂纸对基材表面进行打磨，用无水乙醇清洗，丙酮脱脂；将热轧辊表面机械打磨至至少sa3级清洁度；后喷砂处理，使用粒径为0.15mm铸铁砂为磨粒，压缩空气压力1.3mpa，喷砂距离为80mm，喷砂角度为20°，使精糙度到达rz40μm；

步骤2)喷涂：用hvof方法进行喷涂：

nicr的喷涂方法参数为：氧气流量：1950scfh；煤油流量：20.82lph；送粉速度为：5.0rpm；喷涂距离380mm；

nicr-cr3c2的喷涂方法参数为：氧气流量：1850scfh；煤油流量：22.7lph；送粉速度为：5.0rpm；喷涂距离380mm，喷枪嘴长度为6in；

步骤3)：冷却后用激光器进行激光重熔工艺处理，激光功率为1000w，扫描速度为550mm/min，光斑大小10×3mm。

实施例9

本实施例的热轧辊多元合金涂层及其制备和喷涂方法，基本结构同实施例8，不同和改进之处在于：步骤3)：冷却后用激光器进行激光重熔工艺处理，激光功率为900w，扫描速度为600mm/min，光斑大小10×3mm。

实施例10

本实施例的热轧辊多元合金涂层及其制备和喷涂方法，基本结构同实施例9，不同和改进之处在于：步骤3)：冷却后用激光器进行激光重熔工艺处理，激光功率为950w，扫描速度为580mm/min，光斑大小10×3mm。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。