专利名称：阻渗碳涂层及涂覆方法
技术领域：
本发明属于用金属和陶瓷材料喷涂的涂层。主要适用于大型铸铁件中，特别适用于大型炼铁高炉的水冷炉壁。
象大、中型炼铁高炉水冷炉壁之类的水冷系统，通常是把无缝钢管直接铸在铸铁中。使用时，无缝钢管中通水，达到水冷效果。在这种水冷炉壁的铸造过程中，无缝钢管事先规范地置于铸模之中，浇铸时，高温(约1380℃)铁水直接与钢管接触，而铁水的含C量一般为3.5～3.8%，所用无缝钢管的含碳量为0.17～0.24%。这样，在浇铸及随后的冷却过程中，会造成铁水中的碳向钢管中大量扩散渗入，其最大深度可达几毫米，致使钢管外表面的碳含量大大提高，达到1～3%。碳含量的剧增，使钢管表层形成硬而脆的渗碳体，导致钢管表面变硬变脆，在使用过程中，因外力作用，钢管过早地断裂、漏水，严重地影响使用效果，甚至造成重大事故。
为了解决上述问题，以往通常是在浇铸前，在钢管外表面涂覆一层涂层，把钢管和铁水隔开。其涂料有铝粉加水玻璃、氧化铝加水玻璃、二氧化汞加水玻璃、石英粉加磷酸铝等，这些涂料中都加入了不同种类的粘结剂。上述涂层具有一定的阻渗碳作用，但均有深度不等的(0.135～1.35mm)的渗C层(《钢铁》，1988.№4)。中国专利CN86106703A提供了在铸铁内嵌钢背表面无机渗C涂料及涂敷工艺，为了防渗C，采用了Si-Fe-MgO-膨润土及粘结剂组成的涂料。
上述的防渗碳涂层都有一个共同的特点，就是在涂料中都有种类不同的粘结剂。使用这类涂料，一方面需要增加烘干工序;另一方面，烘干后与下一工序的时间间隔必须严加控制，否则，粘结剂将水解。更重要的是，上述涂层与高温铁水接触时，易起泡、开裂和脱落。另外，上述涂层在常温下强度很低，搬运时易擦伤。因此，这类涂层难以获得稳定可靠的阻渗碳效果，不能达到完全阻渗碳，仍有约0.2mm左右深度的渗碳层和局部严重渗碳。
本发明的目的在于提供一种具有良好阻渗碳效果的无粘结剂的阻渗碳涂层及涂覆方法，该涂层不仅能有效阻止铁水中的碳向钢管中渗入，同时具有较高的导热系数，而且还可使铸件与基体间保持有微松动状态。
为了达到上述目的，本发明涂层首先采用无粘结剂的阻渗碳涂料，其化学成分(重量%)为Al2O390～99.9%，Ni、Al中任一种或两者之和为0.1～10%。
Al2O3耐磨、耐冲刷侵蚀，高温化学性能稳定，不与碳作用，且耐Fe、Co、Ni等熔融金属的侵蚀，在对钢管等的阻渗碳作用中起决定性作用。
加入金属Ni，一方面Ni对C不敏感，能起阻渗碳作用，另一方面，在特定需要的结构件中，Ni能改善阻渗碳涂层的导热性能。
加入Al，也可以起到与Ni同样的作用。
控制Ni、Al一定含量，是为了在某一结构件中使铸件与钢管之间要保持微松动状态，即钢管与铸铁之间不产生焊合，并且在工作条件下，二者可以相对位移。
本发明所述的阻渗碳涂层，是将上述阻渗碳涂料，采用热喷涂技术涂覆在工件表面的，包括火焰喷涂、电弧喷涂、电弧等离子喷涂。
该阻渗碳涂层有单层结构、双层结构和三层结构。
所谓单层结构阻渗碳涂层，是指没有底层，只有阻渗碳工作层，即将本发明阻渗碳涂料直接热喷涂在工件表面。
所谓双层结构阻渗碳涂层是指先在工件表面涂覆一层结合层，然后再在结合层上喷涂阻渗碳工作层。其目的是使阻渗碳工作层与基体的结合更加牢固。结合层采用低碳钢或Fe-Cr-Al合金涂料。
所谓三层结构阻渗碳层是指该涂层由结合层、阻渗碳工作层和保护层组成。结合层和保护层都选用低碳钢或Fe-Cr-Al合金涂料。保护层既能保护工作层，又能促使工作层与铸件结合更加牢固。先喷涂结合层，然后喷涂阻渗碳工作层，再在其上喷涂保护层。
本发明阻渗碳涂层的制备方法如下先将工件(如钢管)表面去油、去污、除锈，并进行喷砂处理，然后采用热喷涂技术，将配制好的阻渗碳涂料、结合层或保护层涂料，根据不同需要按其单层、双层或三层结构，依次序将它们喷涂在工件上。在喷涂过程中，基体(工件)温度不能超过100℃，涂层总厚度＜0.15mm。
与现有技术相比，本发明具有如下优点1、该阻渗碳涂层具有良好的阻渗碳作用，阻渗碳效果可达到99%以上(指被涂敷面积)。
2、涂层的热稳定性好，结合牢固，且使铸件与被涂工件之间保持微松动状态。
3、该涂层在常温仍具有一定的强度，而且与基体的结合强度也较高，因此，在运输及随后的使用过程中，不开裂、脱落。
4、该涂层有较高的导热系数。
实施例根据本发明所述的阻渗碳涂料的化学成分范围，配制了五批阻渗碳涂料，其具体化学成分如表1所示。选择了外径φ60mm的20＃碳钢管件作基体，首先进行去油污处理，接着对表面进行喷砂处理，然后将五个批号的涂料按照表1所示的涂层结构，分别涂覆在五批钢管表面，然后将它们置于铸模中，并将铁水注入铸模。经5～10小时的自然冷却后，剖开铸件，检测钢管表面有无渗碳层，结果表明，钢管表面未发现渗碳层，说明本发明阻渗碳涂层的阻渗碳效果良好。
表1 实施例阻渗碳涂料的化学成分、基体材料和涂层结构
注双层或三层结构时，结合层和保护层均采用Fe-Cr-Al涂料。
权利要求
1.一种阻渗碳涂层，其特征在于A、该涂层所用的阻渗碳涂料的化学成分(重量%)为Al2O390～99.9%，Ni或Al加任一种或两者之和为0.1～10%；B、该涂层的结构有三种单层结构、双层结构和三层结构；单层结构为单一的阻渗碳工作层，双层结构为结合层和阻渗碳工作层，三层结构为结合层、阻渗碳工作层和保护层。
2.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于双层结构时，靠近工件表面为结合层，其上是阻渗碳工作层;三层结构时，靠近工件表面为结合层，中间为阻渗碳工作层，外层为保护层。
3.根据权利要求1和2所述的涂层，其特征在于结合层和保护层涂料均采用低碳钢或Fe-Cr-Al合金，工作层采用本发明所述的阻渗碳涂料。
4.一种权利要求1所述阻渗碳涂层的涂覆方法，先将基体(工件)去油污、除锈，并对表面进行喷砂处理，然后采用热喷涂技术在工件表面喷覆涂料，其特征在于喷覆过程中，基体温度不能超过100℃;涂层总厚度＜0.15mm。
全文摘要
本发明系阻渗碳涂层及喷覆方法。其特征是涂层所采用的阻渗碳涂料的化学成分(重量％)为Al
文档编号B22D19/00GK1066890SQ9210542
公开日1992年12月9日 申请日期1992年7月8日 优先权日1992年7月8日
发明者苏启, 张虎寅, 俞淑延, 堵新心 申请人:冶金工业部钢铁研究总院