浸锌 热浸锌沉没辊专用喷涂热喷涂粉末制备及涂层性能

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1、浸锌热浸锌沉没辊专用喷涂热喷涂粉末的制备及涂层性能王明胜，孙东平粉末冶金材料科学与工程http://www.sunspraying.com/热镀锌板具有良好的耐蚀性、加工成形性、焊接性及环保性等，广泛应用于汽车、建筑、家电及国防等各个领域[1~3]。目前，世界各钢铁企业的带钢热浸锌机组大都采用沉没辊装置，熔融镀锌生产线中的沉没辊等部件沉浸于450~480℃的熔融锌液中，极易受到活性很强的锌液腐蚀或析出Fe-Al-Zn金属间化合物结瘤，使辊面产生点蚀、蚀坑而变得粗糙，影响镀锌钢板的表面质量[4]。为防止液态锌和沉没辊直

2、接接触发生合金化腐蚀反应，造成钢辊表面粗化而影响镀锌钢板的质量，一般对连续镀锌沉没辊表面进行喷涂保护处理。目前，国内外研究并使用较多的涂层材料为WC-Co、MoB-Mo和Fe-Al热喷涂粉末等[5~7]。早在20世纪90年代，日本的TOMOKI等研究了2种WC-Co涂层在熔融锌液中的抗蚀性能。研究发现WC-Co涂层在锌液中的耐蚀能力取决于其粘结相。由于锌液在涂层中的扩散腐蚀通道主要沿着富钴相进行，当涂层中的粘结相成分主要为η相(Co3W3C和Co6W6C等)时，η相有效的阻止了锌液向涂层内部扩散，延缓了锌液对涂层的腐

3、蚀[89]。另一方面，涂层中的WC粒径和Co含量也直接影响涂层的耐蚀能力和使用寿命。WC晶粒细小且Co含量低的涂层具有更高的耐磨性，而其在Zn液中的耐蚀性能较差，因此要选择合适的WC粒径和合适的Co含量以取得更好的综合性能。针对这些问题，国外进行了很多研究，最终研究发现，涂层中的WC晶粒尺寸在2~4μm，Co含量相应在10%～17%时涂层的性能最佳。本文旨在研究开发热浸锌沉没辊专用喷焊粉，并采用JP5000超音速火焰喷涂设备制备涂层，研究喷焊粉及涂层各项性能，考察热浸锌沉没辊专用喷焊粉的使用寿命。摘要：采用球磨制粒烧

4、结法研制热浸锌沉没辊专用喷涂热喷涂粉末，采用超音速火焰喷涂法(SFS)制备涂层，研究喷涂热喷涂粉末及涂层性能。结果表明，所制备的热喷涂粉末为圆球形，流动性好，沉积效率高，与常规WC-Co涂层热喷涂粉末相比，热浸锌专用涂层热喷涂粉末中含有大量的η相。本工作研制的喷涂热喷涂粉末所制涂层与基体的结合强度大于62MPa，涂层中孔隙度仅1.2%。涂层中粘结相以η相形式存在。对采用热浸锌专用喷涂热喷涂粉末制备的涂层进行现场使用考察，其使用寿命为国内常规WC-Co涂层使用寿命的近4倍。关键词：热浸锌；沉没辊；喷涂粉；超音速火焰喷涂

5、；η相1实验试验采用厦门金鹭特种合金有限公司生产的WC和Co粉为原料，以88%WC-12%Co(质量分数)配比配料，成形剂选用自行配置的水基成形剂，采用球磨喷雾制粒、烧结、破碎、过筛法制备喷涂热喷涂粉末。采用JP500超音速火焰喷涂(SFS)设备制备涂层。采用日立S-3000N型扫描电镜观察喷涂热喷涂粉末微观形貌及涂层微观形貌；采用霍尔流速计测定喷涂热喷涂粉末的松比和流速；采用XRD衍射设备检测喷涂热喷涂粉末及涂层物相成分；按照国家标准GB8642-88测定涂层结合强度；检测涂层硬度与孔隙率等，通过图像分析软件分析涂

6、层的孔隙度。批量生产的热浸锌沉没辊专用喷涂粉在2009年10月份在客户处进行了工业化生产考察，考察的现场运行工况如下：产品规格：厚度0.5~3.0mm，宽度2030mm；锌液组成：Zn-99.73%，Al-0.23%；温度：(465±5)℃；运行速度：0~185m/min。2结果与分析2.1试验结果表2所列为制备热喷涂粉末的各项性能。表3所列为超音速火焰喷涂法制备的涂层性能。2.2结果分析2.2.1烧结工艺对热喷涂粉末性能的影响图1所示为烧结产品松装密度随烧结温度的变化。由图1看到，产品松装密度随烧结温度升高而变大。

7、烧结温度在1210℃和1220℃时，产品较疏松，松装密度较小，不能满足要求。而在烧结温度为1230℃、松装密度达到3.95%、而烧结温度为超过1270℃时，烧结后的产品较硬，破碎比较困难。对烧结温度为1230℃和1270℃的产品进行微观形貌观察，其SEM形貌图如图2所示。由图2看到，烧结温度在1230℃时，破碎过筛后的产品基本可保持喷雾后混合料的球形形貌，具有很好的流动性。而烧结温度在1270℃时，由于烧结温度较高，破碎比较困难，破碎后的产品出现了很多扁片状颗粒，从而影响产品的流速。有研究发现，粉末的球化程度越高，其

8、固态流动性越好。在相同的工艺参数下，热喷涂粉末的球化程度越高，喷涂工艺过程越稳定，送粉越顺畅，喷枪的火焰越集中，热喷涂粉末的沉积效率也越高，同时喷枪的寿命也越长[10]。从表3看到，本研究在1230℃下的烧结产品因其良好的流动性及粒度分布，沉积效率高达47.2%。2.2.2热喷涂粉末物相成分分析热浸锌沉没辊涂层中的粘结相应以η的形式存在[9]，