一種熱軋輥的多元合金涂層及其制備和噴涂方法與流程

本發明涉及軋輥的修復技術領域，尤其涉及一種熱軋輥多元合金涂層及其制備和噴涂方法。

背景技術：

磨損是金屬零件失效的三種主要原因(磨損、腐蝕和疲勞)之一。它所造成的經濟損失是十分巨大的，如美國1981年公布的數字，每年由于磨損而造成的損失高達1000億美元。其中材料消耗約為200億美元，相當于材料年產量的7％。由于材料耐磨性較差，我國大量基礎零件的損失壽命普遍大幅度低于國外先進產品的水平，因此直接及間接的經濟損失也是十分驚人的。僅就冶金礦山、農機、煤炭、電力、和建材五個工業部門不完全的統計，每年僅由于磨料磨損而需要補充的備件就達100萬噸鋼材，相當于15～20億人民幣。又如機械工業每年所用的鋼材，約有一半是消耗在備件的生產上，而備件中的大部分是由于磨損壽命不高而失效的，如約40％的農機具備件是由于磨料磨損消耗的，約30％的鍋爐鋼管是由于腐蝕磨損失效的。熱軋輥因高溫作業，在循環熱應力作用下，易發生因熱疲勞而引起的熱龜裂、表層剝落以及輥軸斷裂、表面磨損等；沉沒輥因受高溫鋅液浸蝕，以及輥面材料與鋅液反應產生沉渣而引起的磨料磨損等反復作用，輥身直徑不斷變小，材料硬度及耐磨性逐漸下降，直至失效。熱軋輥其通常工作溫度在600℃～800℃，對涂層材料的抗熱沖擊性能也有很高要求；同時軋輥與鋼坯直接接觸，需要承受強大的軋制力，所以其表面要承受強力磨損，并且還要反復被熱軋材加熱和冷卻水冷卻到100℃～150℃，軋輥經受溫度變化較大的熱疲勞作用，損耗極大。因此，軋輥的失效形式主要是熱疲勞引起的熱龜裂和剝落、軋輥斷裂、輥身表面磨損，失效面幾乎覆蓋著整個工作面。

除磨損失效外，具有涂層結構的軋輥還面臨因涂層與基體結合不良而引起的剝落等失效形式。當涂層與基體存在氣泡、夾渣、分層，常會在正常磨損失效之前，引發表面裂紋或表面剝落等失效。由于熱軋輥在自身殘余拉應力以及循環熱應力影響下，涂層結合強度以及涂層表面成分均勻性不足引起軋輥涂層材料抗熱沖擊性能欠佳。有時，在實際制造軋輥過程中，涂層材料與基體結合不良時往往出現微裂紋，微裂紋在循環熱應力條件下發生蔓延擴展，以致發生剝落，甚至輥身斷裂。因此，涂層材料選擇以及制備工藝是非常重要的影響因素。

美國rutger大學的sadangi等人利用“噴霧干燥→還原分解→氣相碳化”工藝制備了粒度為0.6μm的cr3c2粉末(參見r.k.sadangi，l.e.mccandlish，b.h.kear，p.seegopaul.synthesisandcharacterizationofsubmicronvanadiumandchromiumcarbidegraingrowthinhibitors.advancesinpowdermetallurgy&particularmaterials，1998：p9-p15)。其工藝過程為：首先制備含cr的前驅體溶液，然后進行噴霧干燥，再將噴霧干燥的粉末進行熱解，將熱解后的產物用ch4/h2混合氣體進行氣相碳化。該方法存在的主要問題是工藝較復雜，并且制得的碳化鉻粉末的粒度偏大，不能滿足碳化鉻粉末在現代工業中的應用。

經檢索，中國專利申請，公開號：cn105951004a，公開日：2016.09.21，公開了一種耐磨耐腐蝕復合合金軋輥輥筒及生產工藝，包括輥體，所述的輥體為空心圓柱體，所述的輥體由合金鋼層和普通鋼層組成，所述的合金鋼層內側一體鑄造設置普通鋼層，所述的合金鋼層包括下列成分：c、si、mn、p、s、cr、ni、mo、v、ti、al、cu、w、re，其余為fe及不可避免的雜質，總體上，該發明具有創新輥體的生產工藝，以鑄代鋼，省去淬火步驟，有效提高輥體的耐腐蝕性、耐磨性和強度，提高成品輥體的生產制造精度，延長輥體的使用壽命，節約生產使用原材料量，降低生產成本。但該發明合金鋼層和普通鋼層的結合強度不高，應用于熱軋輥時，很容易因應力變化而發生剝落而失效。

技術實現要素：

1.發明要解決的技術問題

針對現有技術中存在熱軋輥容易熱龜裂、表層剝落、輥軸斷裂、表面磨損以及現有涂層結合強度以及涂層表面成分均勻性不足引起軋輥涂層材料抗熱沖擊性能欠佳等問題，本發明提供了一種熱軋輥多元合金涂層及其制備和噴涂方法。它通過優化多元合金涂層成分及分布，具有良好的耐熱耐磨性能，并達到了提高粘結底層與熱軋輥基層的結合強度的目的。

2.技術方案

經分析，熱軋輥磨損的主要機理是：熱軋輥上的某點與軋材及支撐輥周期性接觸，軋材上的氧化皮作為磨粒進入輥縫。同時，在冷卻液和熱軋件應力的共同作用下，軋輥表層金屬微粒不斷與輥身分離，工作層變薄，輥身直徑變小，硬度和耐磨性也都下降，當輥身直徑和硬度下降到最小允許值時，即達到失效，需及時進行修復。在實際制造軋輥過程中，涂層材料與熱軋輥基層結合不良時往往出現微裂紋，微裂紋在循環熱應力條件下發生蔓延擴展，以致發生剝落，甚至輥身斷裂。因此，涂層材料選擇以及制備工藝是非常重要的影響因素。

基于材料多元合金強化理論并充分考慮涂層與熱軋輥基層物化性能(膨脹系數、彈性模量)匹配特征，結合軋輥文獻調研及基礎數據分析，本發明對涂層材料選擇與設計不僅要考慮涂層材料工作性能，如耐磨損、耐高溫氧化以及耐腐蝕等性能，因軋輥處于循環冷熱交變應力作用，為防止因涂層剝落而引發的材料失效，結合強度以及涂層與熱軋輥基層物化性質(膨脹系數等)相匹配是需要重點考量的因素。

為達到上述目的，本發明提供的技術方案為：

一種熱軋輥多元合金涂層，由內向外依次為熱軋輥基層、過渡層和工作層，所述過渡層為nicr或nicral噴涂層，在熱軋輥基層噴涂nicr或nicral作為金屬粘結層即過渡層，能夠消除耐磨耐熱工作層與熱軋輥基層之間材料熱膨脹系數不匹配的問題，以減小由工作層和熱軋輥基層膨脹系數不匹配而引起的熱應力，改善工作層與熱軋輥基層間的力學匹配和物理相容性；所述工作層為nicr-cr3c2復合涂層，nicr合金具有優異的耐熱、耐腐蝕、抗高溫氧化等性能，還起到粘結相的作用，cr3c2具有較好的高溫硬度和抗高溫氧化性，起硬質相的作用，在涂層中還主要起到第二相粒子彌散強化的作用，能夠解決熱軋輥在高溫復雜工況下極易損耗、使用壽命偏低的問題。而且，nicr-cr3c2具有與熱軋輥相近的線膨脹系數，從而可大大降低因熱沖擊而造成的涂層剝落甚至失效，從而解決了本發明的技術問題。

進一步的技術方案，所述nicr或nicral噴涂層厚度為50～100μm；所述nicr-cr3c2復合涂層厚度為200～400μm，根據不同配比和噴涂方法調節厚度。

進一步的技術方案，nicral噴涂層中，cr含量為10～30％，al含量為0～10％，al、cr可以抑制合金層的氧化，但過高al量會帶來額外的脆性，ni與al發生反應，生成金屬間化合物，并釋放出大量熱量，使粘結底層與熱軋輥基層表面形成微冶金結合，從而提高粘結底層與熱軋輥基層的結合強度；所述nicr-cr3c2復合涂層中，cr3c2含量為70～80％，nicr為20～30％，這兩個百分比范圍的nicr粘結層與nicr-cr3c2金屬陶瓷具有較好的互熔性，其中cr3c2含量多為75％，nicr為25％，后續通過耐磨性等表征方法的檢測，可以證明是最佳比例。

一種熱軋輥的多元合金涂層的制備方法，其中，所述cr3c2的制備方法為：

步驟一：混合：將重鉻酸銨粉體和納米碳黑粉體置于蒸餾水或去離子水中，混合攪拌均勻呈流體狀，加入模具中壓制成型呈前驅體；壓制后呈塊狀，以方便進行急凍；

步驟二：急凍：將前驅體快速轉入急凍空間中進行急凍；急凍的目的是在盡可能短的時間里讓流體凍結，重鉻酸銨粉體和納米碳黑粉體攪拌均勻后迅速定位，以防止塊狀流體由于密度的不同而分層，造成后續凍干處理后鉻源和碳源的分布不均，而造成碳化反應不均衡的不良后果；

步驟三：凍干：將急凍好的前驅體快速轉入真空冷凍干燥倉中進行凍干，凍干后的塊狀體只是水分子升華后形成的多微孔狀蜂窩塊，體積變化微小，均勻的鉻源和碳源定位不會發生變化，而且，凍干過程中，重鉻酸銨粉體在低溫下干燥過程中發生下列反應：

(nh4)2cr2o7(s)＝cr2o3(s)+n2↑+4h2o(2-1)

步驟四：碳化：關閉真空冷凍干燥倉冷阱，隨著溫度的升高，碳逐漸將鉻的高價氧化物還原成鉻的低價氧化物，位置固定的碳源和其周圍位置也相對固定的鉻源進行反應，最終生成均勻的碳化鉻，而且還是納米級的碳化鉻；由于凍干后塊狀體微孔孔隙的均勻性，反應中熱量的吸收也比較均勻，從而實現制得粒度均勻的納米級的碳化鉻的目的；

3cr2o3(s)+13c(s)＝2cr3c2(s)+9co(2-2)；

3(nh4)2cr2o7(s)+13c(s)＝2cr3c2(s)+9co+12h2o+3n2↑(2-3)(整體反應過程)。

進一步的制備方法，步驟一中，重鉻酸銨和納米碳黑粉體的配比為1：(0.17～0.21)，以防止碳源或鉻源過多的殘留；蒸餾水或去離子水用量為：粉體總重的55％～60％，對于重鉻酸銨和納米碳黑粉體的均勻混合來說，是適宜的流體成型狀態范圍；步驟二中急凍溫度為-100～-140℃，時間為30～150min，以達到迅速和徹底形成塊狀體的效果；步驟四中，升溫至900～1200℃進行碳化還原。

進一步的制備方法，步驟三中，凍干工藝曲線為：

a、初期：板溫0℃～100℃，升溫斜率2℃/min，100℃保持30～40分鐘，抽真空至60pa以內；

b、中期：板溫降溫至80～85℃/min，保持50～60分鐘，真空控制在100pa以內；

c、后期，板溫降溫至50～65℃/min，保持80～200分鐘，真空控制在80pa以內。

凍干過程中，保持物料的相對低溫狀態，防止反應過于強烈而導致反應不均勻；

一種熱軋輥的多元合金涂層的噴涂方法，步驟為：

步驟1)前處理：將熱軋輥表面機械打磨，后噴砂處理，提高噴膜的附著力；

步驟2)噴涂：用hvof方法進行噴涂，由于本發明的多元合金涂層中的各種成分，均能夠制得納米級的粒度，因此，用hvof(超音速噴涂)方法進行噴涂，效果更加明顯，制得的合金涂層附著力更強，涂層的孔隙率更小。

進一步的噴涂方法，前處理中，打磨使用800#～1000#砂紙對基材表面進行打磨，用無水乙醇清洗，丙酮脫脂；將熱軋輥表面機械打磨至至少sa3級清潔度；噴砂處理使用粒徑為0.1～0.5mm鑄鐵砂為磨粒，壓縮空氣壓力＞0.8mpa，噴砂距離為80～100mm，噴砂角度為20°，使精糙度到達rz40～70μm。

進一步的噴涂方法，hvof方法中：

nicr或nicral的噴涂方法參數為：氧氣流量：1900～2000scfh；煤油流量：20～21lph；送粉速度為：4.5～5.5rpm；噴涂距離360～380mm；

nicr-cr3c2的噴涂方法參數為：氧氣流量：1800～1900scfh；煤油流量：22～23lph；送粉速度為：4.5～5.5rpm；噴涂距離360～380mm。

進一步的噴涂方法，還包括步驟3)：冷卻后用激光器進行激光重熔工藝處理，激光功率為900～1000w，掃描速度為550～600mm/min，光斑大小10×3mm。

3.有益效果

采用本發明提供的技術方案，與現有技術相比，具有如下有益效果：

(1)本發明的一種熱軋輥多元合金涂層，在熱軋輥基層噴涂nicr或nicral作為金屬粘結層即過渡層，能夠消除耐磨耐熱工作層與熱軋輥基層之間材料熱膨脹系數不匹配的問題，以減小由工作層和熱軋輥基層膨脹系數不匹配而引起的熱應力，改善工作層與熱軋輥基層間的力學匹配和物理相容性；nicr合金還具有優異的耐熱、耐腐蝕、抗高溫氧化等性能，還起到粘結相的作用，cr3c2具有較好的高溫硬度和抗高溫氧化性，起硬質相的作用，在涂層中還主要起到第二相粒子彌散強化的作用，能夠解決熱軋輥在高溫復雜工況下極易損耗、使用壽命偏低的問題。而且，nicr-cr3c2具有與熱軋輥相近的線膨脹系數，從而可大大降低因熱沖擊而造成的涂層剝落甚至失效，從而解決了本發明的技術問題；

(2)本發明的一種熱軋輥多元合金涂層，可以根據不同涂層成分配比和噴涂方法調節不同的涂層厚度，以適應不同規格的熱軋輥，通用性強；

(3)本發明的一種熱軋輥多元合金涂層，膜層成分配比的限定，al、cr可以抑制合金層的氧化，但過高al量會帶來額外的脆性，ni與al發生反應，生成金屬間化合物，并釋放出大量熱量，使粘結底層與熱軋輥基層表面形成微冶金結合，從而提高粘結底層與熱軋輥基層的結合強度，al含量為0～10％的限定兼顧了兩方面的因素；而al含量7.5％的涂層，經對比試驗，效果更佳；cr3c2含量為70～80％，nicr為20～30％，這兩個百分比范圍限定的nicr粘結層與nicr-cr3c2金屬陶瓷具有較好的互熔性，其中cr3c2含量多為75％，nicr為25％，后續通過耐磨性等表征方法的檢測，可以證明是最佳比例；

(4)本發明的一種熱軋輥的多元合金涂層的制備方法，尤其是cr3c2的凍干工藝制備方法，凍干后的前驅塊狀體只是水分子升華后形成的多微孔狀蜂窩塊，體積變化微小，均勻的鉻源和碳源定位不會發生變化，位置固定的碳源和其周圍位置也相對固定的鉻源進行反應，最終生成均勻的碳化鉻，而且還是納米級的碳化鉻；由于凍干后塊狀體微孔孔隙的均勻性，反應中熱量的吸收也比較均勻，從而實現制得粒度均勻的納米級的碳化鉻的目的；

(5)本發明的一種熱軋輥多元合金涂層的制備方法，凍干工藝的使用，使重鉻酸銨和納米碳黑粉體的配比限定范圍可以根據化學反應式進行盡量精確的確定，避免了過多的雜質，能夠防止碳源或鉻源過多的殘留而影響膜層質量；

(6)本發明的一種熱軋輥多元合金涂層的制備方法，凍干過程中，加熱板溫度的范圍限定，能夠保持物料的相對低溫狀態(低于加熱板溫)，防止反應過于強烈而導致反應不均勻；

(7)本發明的一種熱軋輥多元合金涂層的噴涂方法，用hvof方法進行噴涂，由于本發明的多元合金涂層中的各種成分，均能夠制得納米級的粒度，因此，用hvof(超音速噴涂)方法進行噴涂，效果更加明顯，制得的合金涂層附著力更強，涂層的孔隙率更小；

(8)本發明的一種熱軋輥多元合金涂層的噴涂方法，噴涂前處理以及噴涂中的各種工藝參數，均是發明人結合本發明制得的納米級粉料，在進行了各種數據采集、分析、總結等創造性勞動的基礎上獲得，制得的涂層的強度達到80mpa以上，硬度達到1200hv以上，孔隙率1％以下，使用壽命較常規1cr13涂層提高1倍以上，h型鋼軋鋼量8000噸以上；而且，在硬度試驗：nicr/cr3c2-20nicr涂層由界面至面層表面，顯微硬度逐步升高，最高達1363.3hv；

(9)本發明的一種熱軋輥多元合金涂層的噴涂方法，激光重熔工藝可使涂層與基材形成冶金結合，其合金層的金相組織均有細密的針狀或枝狀的共晶組織，提高了金屬原子的親和力，進而進一步提高了涂層與基材結合程度。

附圖說明

圖1為本發明的熱軋輥多元合金涂層放大后結構示意圖；

圖2為實施例中對比例的nicr/1cr13涂層橫截面顯微硬度分布圖；

圖3為本發明的nicr/cr3c2-20nicr涂層橫截面顯微硬度分布圖；

圖4為涂層截面顯微硬度分布統計圖。

具體實施方式

為進一步了解本發明的內容，結合附圖對本發明作詳細描述(注：如未特別注明，實施例中含量表示為重量含量)。

實施例1

本實施例的熱軋輥多元合金涂層，如圖1所示，由內向外依次為熱軋輥基層、過渡層和工作層，所述過渡層為nicr噴涂層；所述工作層為nicr-cr3c2復合涂層。

本實施例的熱軋輥多元合金涂層材料準備：nicr納米粉，nicr-cr3c2混合納米粉；

本實施例一種熱軋輥的多元合金涂層的噴涂方法，步驟為：

步驟1)前處理：將熱軋輥表面機械打磨，后噴砂處理；

步驟2)噴涂：用hvof方法進行噴涂。

本實施例的熱軋輥多元合金涂層及其制備和噴涂方法，在熱軋輥基層噴涂nicr作為金屬粘結層即過渡層，能夠消除耐磨耐熱工作層與熱軋輥基層之間材料熱膨脹系數不匹配的問題，以減小由工作層和熱軋輥基層膨脹系數不匹配而引起的熱應力，改善工作層與熱軋輥基層間的力學匹配和物理相容性；nicr合金還具有優異的耐熱、耐腐蝕、抗高溫氧化等性能，還起到粘結相的作用，cr3c2具有較好的高溫硬度和抗高溫氧化性，起硬質相的作用，在涂層中還主要起到第二相粒子彌散強化的作用，能夠解決熱軋輥在高溫復雜工況下極易損耗、使用壽命偏低的問題。而且，nicr-cr3c2具有與熱軋輥相近的線膨脹系數，從而可大大降低因熱沖擊而造成的涂層剝落甚至失效，從而解決了本發明的技術問題

實施例2

本實施例的熱軋輥多元合金涂層，基本結構同實施例1，不同之處在于：過渡層為nicral噴涂層。ni可以與al發生反應，生成金屬間化合物，并釋放出大量熱量，使粘結底層與熱軋輥基層形成微冶金結合，從而提高粘結底層與熱軋輥基層的結合強度。

實施例3

本實施例的熱軋輥多元合金涂層，基本結構同實施例1，不同和改進之處在于：nicr噴涂層厚度為50μm，cr含量為10％，ni含量為90％；nicr-cr3c2復合涂層厚度為200μm，cr3c2含量為70％，nicr為30％，這個百分比范圍的nicr粘結層與nicr-cr3c2金屬陶瓷具有較好的互熔性。

本實施例的熱軋輥多元合金涂層材料準備：nicr納米粉，nicr-cr3c2混合納米粉，其中，納米cr3c2粉的制備方法為：

步驟一：混合：將重鉻酸銨粉體和納米碳黑粉體按重量比1：0.17的配比置于粉體總重55％的蒸餾水中，混合攪拌均勻呈流體狀，加入方形模具中壓制成型呈前驅體；壓制后呈塊狀，以方便進行急凍；

步驟二：急凍：將前驅體快速轉入-100℃急凍空間中進行急凍150min；急凍的目的是在盡可能短的時間里讓流體凍結，重鉻酸銨粉體和納米碳黑粉體攪拌均勻后迅速定位，以防止塊狀流體由于密度的不同而分層，造成后續凍干處理后鉻源和碳源的分布不均；

步驟三：凍干：將急凍好的前驅體快速轉入真空冷凍干燥倉中進行凍干，板溫控制在100℃以下，凍干后的塊狀體只是水分子升華后形成的多微孔狀蜂窩塊，體積變化微小，均勻的鉻源和碳源定位不會發生變化，而且，凍干過程中，重鉻酸銨粉體在低溫下干燥過程中發生下列反應：

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

步驟四：碳化：關閉真空冷凍干燥倉冷阱，隨著溫度的升高，碳逐漸將鉻的高價氧化物還原成鉻的低價氧化物，位置固定的碳源和其周圍位置也相對固定的鉻源進行反應，最終生成均勻的碳化鉻，而且還是納米級的碳化鉻；由于凍干后塊狀體微孔孔隙的均勻性，反應中熱量的吸收也比較均勻，從而實現制得粒度均勻的納米級的碳化鉻的目的；

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

3(nh4)2cr2o7(s)+13c(s)＝2cr3c2(s)+9co+12h2o+3n2↑(2-3)(整體反應過程)；

本實施例一種熱軋輥的多元合金涂層的噴涂方法，步驟為：

步驟1)前處理：將熱軋輥表面機械打磨，打磨使用800#～1000#碳化硅砂紙對基材表面進行打磨，用無水乙醇清洗，丙酮脫脂；將熱軋輥表面機械打磨至至少sa3級清潔度；后噴砂處理，使用粒徑為0.1mm鑄鐵砂為磨粒，壓縮空氣壓力1.0mpa，噴砂距離為80mm，噴砂角度為20°，使精糙度到達rz40μm；

步驟2)噴涂：用hvof方法進行噴涂：

nicr的噴涂方法參數為：氧氣流量：1900scfh；煤油流量：20lph；送粉速度為：4.5rpm；噴涂距離360mm；

nicr-cr3c2的噴涂方法參數為：氧氣流量：1800scfh；煤油流量：22lph；送粉速度為：4.5rpm；噴涂距離360mm。

本實施例一種熱軋輥的多元合金涂層，經檢測：

涂層結合強度測試：根據gb/t8642-2002熱噴涂抗拉結合強度的測定方法：制得的涂層的強度達到89mpa；

涂層硬度分析：采用維氏硬度計進行測量，硬度達到1200hv以上；

涂層孔隙率采用涂膏法：將含有試液的膏狀物均勻涂敷在經過清潔和干燥處理的試樣表面。膏狀物中的試液滲入涂層孔隙，與基體金屬作用，生成具有特征顏色的斑點，對膏體上有色斑點數目進行計數，即可得到涂層孔隙率，測得孔隙率0.77％；

涂層使用壽命檢測：在h型鋼軋機組中，采用軋鋼量數據進行對比：使用壽命較常規1cr13涂層提高1倍以上，h型鋼軋鋼量8800噸。

實施例4

本實施例的熱軋輥多元合金涂層，基本結構同實施例1，不同和改進之處在于：nicr噴涂層厚度為100μm，cr含量為30％，ni含量為70％；nicr-cr3c2復合涂層厚度為400μm，cr3c2含量為75％，nicr為25％，這個百分比范圍的nicr粘結層與nicr-cr3c2金屬陶瓷也具有較好的互熔性。

本實施例的熱軋輥多元合金涂層材料準備：nicr納米粉，nicr-cr3c2混合納米粉，其中，納米cr3c2粉的制備方法為：

步驟一：混合：將重鉻酸銨粉體和納米碳黑粉體按重量比1：0.21的配比置于粉體總重60％的蒸餾水中，混合攪拌均勻呈流體狀，加入方形模具中壓制成型呈前驅體；用2mpa壓力壓制后呈塊狀，壓至厚度為3cm，以方便進行急凍；

步驟二：急凍：將前驅體快速轉入-140℃急凍空間中進行急凍30min；

步驟三：凍干：將急凍好的前驅體快速轉入真空冷凍干燥倉中進行凍干，凍干工藝曲線為：

a、初期：板溫0℃～100℃，升溫斜率2℃/min，100℃保持30分鐘，抽真空至60pa以內；

b、中期：板溫降溫至80℃/min，保持60分鐘，真空控制在100pa以內；

c、后期，板溫降溫至50℃/min，保持200分鐘，真空控制在80pa以內。

步驟四：碳化：關閉真空冷凍干燥倉冷阱，采用快速升溫后再階段式降溫的模式，30分鐘內升溫至1200℃保持30分鐘，10分鐘內降溫至1100℃再保持40分鐘，10分鐘內再降溫至1000℃保溫20分鐘，10分鐘內再降溫至900℃保持10分鐘，這種階段式降溫的優點是，保持反應的穩定性，進而可以保證碳化反應的均勻性以及實現制得粒度更加均勻的納米級的碳化鉻，經sem掃描電鏡檢測，顆粒尺寸大約為35-40nm之間，粒度差距較小。

本實施例一種熱軋輥的多元合金涂層的噴涂方法，步驟為：

步驟1)前處理：將熱軋輥表面機械打磨，打磨使用1000#碳化硅砂紙對基材表面進行打磨，用無水乙醇清洗，丙酮脫脂；將熱軋輥表面機械打磨至至少sa3級清潔度；后噴砂處理，使用粒徑為0.5mm鑄鐵砂為磨粒，壓縮空氣壓力1.2mpa，噴砂距離為100mm，噴砂角度為20°，使精糙度到達rz70μm；

步驟2)噴涂：用hvof方法進行噴涂：

nicr的噴涂方法參數為：氧氣流量：2000scfh；煤油流量：21lph；送粉速度為：5.5rpm；噴涂距離380mm；

nicr-cr3c2的噴涂方法參數為：氧氣流量：1900scfh；煤油流量：23lph；送粉速度為：5.5rpm；噴涂距離380mm。

本實施例一種熱軋輥的多元合金涂層，經檢測：

涂層結合強度測試：根據gb/t8642-2002熱噴涂抗拉結合強度的測定方法：制得的涂層的強度達到97mpa；

涂層硬度分析：采用維氏硬度計進行測量，硬度達到1300hv以上，

涂層孔隙率采用涂膏法：將含有試液的膏狀物均勻涂敷在經過清潔和干燥處理的試樣表面。膏狀物中的試液滲入涂層孔隙，與基體金屬作用，生成具有特征顏色的斑點，對膏體上有色斑點數目進行計數，即可得到涂層孔隙率，測得孔隙率0.87％；

涂層使用壽命檢測：在h型鋼軋機組中，采用軋鋼量數據進行對比：h型鋼軋鋼量9700噸。

檢測時，發明人還研究了涂層在500℃(每隔10min淬火一次)高溫條件下的熱震性能，nicr/cr3c2-25nicr涂層經50余次循環而不發生剝落。

強度試驗：采用e-7膠作為粘結劑，固化后開展拉伸實驗，以0.1mm/min速率拉伸，拉伸強度為97.5mpa時，粘結試樣發生斷裂，斷裂面為膠結層內，表明涂層結合強度大于97.5mpa。

實施例5

本實施例的熱軋輥多元合金涂層，基本結構同實施例1，不同和改進之處在于：nicral噴涂層厚度為75μm，cr含量為20％，ni含量為70％，al含量為10％；nicr-cr3c2復合涂層厚度為300μm，cr3c2含量為80％，nicr為20％。

本實施例的熱軋輥多元合金涂層材料準備：nicral納米粉，nicr-cr3c2混合納米粉，其中，納米cr3c2粉的制備方法為：

步驟一：混合：將重鉻酸銨粉體和納米碳黑粉體按重量比1：0.19的配比置于粉體總重60％的蒸餾水中，混合攪拌均勻呈流體狀，加入方形模具中壓制成型呈前驅體；用1.2mpa壓力壓制后呈塊狀，壓至厚度為2cm，以方便進行急凍；

步驟二：急凍：將前驅體快速轉入-120℃急凍空間中進行急凍80min；

步驟三：凍干：將急凍好的前驅體快速轉入真空冷凍干燥倉中進行凍干，凍干工藝曲線為：

a、初期：板溫0℃～100℃，升溫斜率2℃/min，100℃保持40分鐘，抽真空至60pa以內；

b、中期：板溫降溫至85℃/min，保持50分鐘，真空控制在100pa以內；

c、后期，板溫降溫至55℃/min，保持120分鐘，真空控制在80pa以內。

步驟四：碳化：關閉真空冷凍干燥倉冷阱，采用快速升溫后再階段式降溫的模式，40分鐘內升溫至1200℃保持25分鐘，10分鐘內降溫至1100℃再保持45分鐘，10分鐘內再降溫至1000℃保溫30分鐘，5分鐘內再降溫至900℃保持5分鐘，這種階段式降溫的優點是，保持反應的穩定性，進而可以保證碳化反應的均勻性以及實現制得粒度更加均勻的納米級的碳化鉻，經sem掃描電鏡檢測，顆粒尺寸大約為35-40nm之間，粒度差距較小。

本實施例一種熱軋輥的多元合金涂層的噴涂方法，步驟為：

步驟1)前處理：將熱軋輥表面機械打磨，打磨使用900#碳化硅砂紙對基材表面進行打磨，用無水乙醇清洗，丙酮脫脂；將熱軋輥表面機械打磨至至少sa3級清潔度；后噴砂處理，使用粒徑為0.25mm鑄鐵砂為磨粒，壓縮空氣壓力1.0mpa，噴砂距離為90mm，噴砂角度為20°，使精糙度到達rz50μm；

步驟2)噴涂：用hvof方法進行噴涂：

nicr的噴涂方法參數為：氧氣流量：1950scfh；煤油流量：20.82lph；送粉速度為：5.0rpm；噴涂距離380mm；

nicr-cr3c2的噴涂方法參數為：氧氣流量：1850scfh；煤油流量：22.7lph；送粉速度為：5.0rpm；噴涂距離380mm，噴槍嘴長度為6in；

本實施例一種熱軋輥的多元合金涂層，經檢測：

涂層結合強度測試：根據gb/t8642-2002熱噴涂抗拉結合強度的測定方法：制得的涂層的強度達到103.6mpa；

涂層硬度分析：采用維氏硬度計進行測量，硬度達到1350hv以上，

涂層孔隙率采用涂膏法：將含有試液的膏狀物均勻涂敷在經過清潔和干燥處理的試樣表面。膏狀物中的試液滲入涂層孔隙，與基體金屬作用，生成具有特征顏色的斑點，對膏體上有色斑點數目進行計數，即可得到涂層孔隙率，測得孔隙率0.87％；

涂層使用壽命檢測：在h型鋼軋機組中，采用軋鋼量數據進行對比：h型鋼軋鋼量10000噸以上。

檢測時，發明人還研究了涂層在500℃(每隔10min淬火一次)高溫條件下的熱震性能，nicr/cr3c2-25nicr涂層經60余次循環而不發生剝落。

強度試驗：采用e-7膠作為粘結劑，固化后開展拉伸實驗，以0.1mm/min速率拉伸，拉伸強度為107.5mpa時，粘結試樣發生斷裂，斷裂面為膠結層內，表明涂層結合強度大于107.5mpa。

實施例6

本實施例的熱軋輥多元合金涂層，基本結構同實施例1，不同和改進之處在于：nicral噴涂層厚度為85μm，cr含量為20％，ni含量為72.5％，al含量為7.5％；nicr-cr3c2復合涂層厚度為350μm，cr3c2含量為80％，nicr為20％。

本實施例的熱軋輥多元合金涂層材料準備：nicral納米粉，nicr-cr3c2混合納米粉，其中，納米cr3c2粉的制備方法為：

步驟一：混合：將重鉻酸銨粉體和納米碳黑粉體按重量比1：0.20的配比置于粉體總重60％的蒸餾水中，混合攪拌均勻呈流體狀，加入方形模具中壓制成型呈前驅體；用1.4mpa壓力壓制后呈塊狀，壓至厚度為2.5cm，以方便進行急凍；

步驟二：急凍：將前驅體快速轉入-110℃急凍空間中進行急凍90min；

步驟三：凍干：將急凍好的前驅體快速轉入真空冷凍干燥倉中進行凍干，凍干工藝曲線為：

a、初期：板溫0℃～100℃，升溫斜率2℃/min，100℃保持35分鐘，抽真空至60pa以內；

b、中期：板溫降溫至80℃/min，保持50分鐘，真空控制在100pa以內；

c、后期，板溫降溫至60℃/min，保持100分鐘，真空控制在80pa以內。

步驟四：碳化：關閉真空冷凍干燥倉冷阱，采用快速升溫后再階段式降溫的模式，40分鐘內升溫至1200℃保持25分鐘，10分鐘內降溫至1100℃再保持45分鐘，10分鐘內再降溫至1000℃保溫30分鐘，5分鐘內再降溫至900℃保持5分鐘，這種階段式降溫的優點是，保持反應的穩定性，進而可以保證碳化反應的均勻性以及實現制得粒度更加均勻的納米級的碳化鉻，經sem掃描電鏡檢測，顆粒尺寸大約為30-35nm之間，粒度差距較小。

本實施例一種熱軋輥的多元合金涂層的噴涂方法，步驟為：

步驟1)前處理：將熱軋輥表面機械打磨，打磨使用900#碳化硅砂紙對基材表面進行打磨，用無水乙醇清洗，丙酮脫脂；將熱軋輥表面機械打磨至至少sa3級清潔度；后噴砂處理，使用粒徑為0.15mm鑄鐵砂為磨粒，壓縮空氣壓力1.3mpa，噴砂距離為80mm，噴砂角度為20°，使精糙度到達rz40μm；

步驟2)噴涂：用hvof方法進行噴涂：

nicr的噴涂方法參數為：氧氣流量：1950scfh；煤油流量：20.82lph；送粉速度為：5.0rpm；噴涂距離380mm；

nicr-cr3c2的噴涂方法參數為：氧氣流量：1850scfh；煤油流量：22.7lph；送粉速度為：5.0rpm；噴涂距離380mm，噴槍嘴長度為6in；

步驟3)：冷卻后用激光器進行激光重熔工藝處理，激光功率為900w，掃描速度為550mm/min，光斑大小10×3mm。

對比試驗：nicr/1cr13涂層，粒度、厚度及工藝參數相同，制得的nicr/1cr13涂層，采用金相顯微硬度分析，如圖2所示，由界面至面層表面，硬度為236.5、271.5、361.2、525.4、608.7和844.7。

本實施例的多元合金涂層采用金相顯微硬度分析，如圖3所示，由界面至面層表面，硬度為253.4、334.1、751.2、1004.4、1122.9和1363.3。

兩種涂層截面硬度多點數據采集整理結果如圖4所示，可以看出，本發明的nicr/cr3c2-20nicr涂層由界面至面層表面，顯微硬度逐步升高，最高達1363.3hv。

強度試驗：采用e-7膠作為粘結劑，固化后開展拉伸實驗，以0.1mm/min速率拉伸，拉伸強度為115.0mpa時，粘結試樣發生斷裂，斷裂面為膠結層內，表明涂層結合強度大于115.0mpa。

實施例7

本實施例的熱軋輥多元合金涂層，基本結構同實施例1，不同和改進之處在于：nicral噴涂層厚度為75μm，cr含量為20％，ni含量為78％，al含量為2％；nicr-cr3c2復合涂層厚度為300μm，cr3c2含量為80％，nicr為20％。

本實施例的熱軋輥多元合金涂層材料準備：nicral納米粉，nicr-cr3c2混合納米粉，其中，納米cr3c2粉的制備方法為：

步驟一：混合：將重鉻酸銨粉體和納米碳黑粉體按重量比1：0.18的配比置于粉體總重60％的蒸餾水中，混合攪拌均勻呈流體狀，加入方形模具中壓制成型呈前驅體；用1.1mpa壓力壓制后呈塊狀，壓至厚度為3cm，以方便進行急凍；

步驟二：急凍：將前驅體快速轉入-130℃急凍空間中進行急凍100min；

步驟三：凍干：將急凍好的前驅體快速轉入真空冷凍干燥倉中進行凍干，凍干工藝曲線為：

a、初期：板溫0℃～100℃，升溫斜率2℃/min，100℃保持40分鐘，抽真空至60pa以內；

b、中期：板溫降溫至85℃/min，保持50分鐘，真空控制在100pa以內；

c、后期，板溫降溫至55℃/min，保持120分鐘，真空控制在80pa以內。

步驟四：碳化：關閉真空冷凍干燥倉冷阱，采用快速升溫后再階段式降溫的模式，40分鐘內升溫至1200℃保持25分鐘，10分鐘內降溫至1100℃再保持45分鐘，10分鐘內再降溫至1000℃保溫30分鐘，5分鐘內再降溫至900℃保持5分鐘，這種階段式降溫的優點是，保持反應的穩定性，進而可以保證碳化反應的均勻性以及實現制得粒度更加均勻的納米級的碳化鉻，經sem掃描電鏡檢測，顆粒尺寸大約為35-40nm之間，粒度差距較小。

本實施例一種熱軋輥的多元合金涂層的噴涂方法，步驟為：

步驟1)前處理：將熱軋輥表面機械打磨，打磨使用900#碳化硅砂紙對基材表面進行打磨，用無水乙醇清洗，丙酮脫脂；將熱軋輥表面機械打磨至至少sa3級清潔度；后噴砂處理，使用粒徑為0.20mm鑄鐵砂為磨粒，壓縮空氣壓力1.3mpa，噴砂距離為95mm，噴砂角度為20°，使精糙度到達rz60μm；

步驟2)噴涂：用hvof方法進行噴涂：

nicr的噴涂方法參數為：氧氣流量：1950scfh；煤油流量：20.82lph；送粉速度為：5.0rpm；噴涂距離380mm；

nicr-cr3c2的噴涂方法參數為：氧氣流量：1850scfh；煤油流量：22.7lph；送粉速度為：5.0rpm；噴涂距離380mm，噴槍嘴長度為6in；

本實施例一種熱軋輥的多元合金涂層，經檢測：

涂層結合強度測試：根據gb/t8642-2002熱噴涂抗拉結合強度的測定方法：制得的涂層的強度達到104.2mpa；

涂層硬度分析：采用維氏硬度計進行測量，硬度達到1310hv以上，

涂層孔隙率采用涂膏法：將含有試液的膏狀物均勻涂敷在經過清潔和干燥處理的試樣表面。膏狀物中的試液滲入涂層孔隙，與基體金屬作用，生成具有特征顏色的斑點，對膏體上有色斑點數目進行計數，即可得到涂層孔隙率，測得孔隙率1.37％；

涂層使用壽命檢測：在h型鋼軋機組中，采用軋鋼量數據進行對比：h型鋼軋鋼量12000噸以上。

實施例8

本實施例的熱軋輥多元合金涂層，基本結構同實施例1，不同和改進之處在于：nicral噴涂層厚度為85μm，cr含量為20％，ni含量為72.5％，al含量為7.5％；nicr-cr3c2復合涂層厚度為350μm，cr3c2含量為80％，nicr為20％。

本實施例的熱軋輥多元合金涂層材料準備：nicral納米粉，nicr-cr3c2混合納米粉，其中，納米cr3c2粉的制備方法為：

步驟一：混合：將重鉻酸銨粉體和納米碳黑粉體按重量比1：0.20的配比置于粉體總重60％的蒸餾水中，混合攪拌均勻呈流體狀，加入方形模具中壓制成型呈前驅體；用1.4mpa壓力壓制后呈塊狀，壓至厚度為2.5cm，以方便進行急凍；

步驟二：急凍：將前驅體快速轉入-110℃急凍空間中進行急凍90min；

步驟三：凍干：將急凍好的前驅體快速轉入真空冷凍干燥倉中進行凍干，凍干工藝曲線為：

a、初期：板溫0℃～100℃，升溫斜率2℃/min，100℃保持35分鐘，抽真空至60pa以內；

b、中期：板溫降溫至80℃/min，保持50分鐘，真空控制在100pa以內；

c、后期，板溫降溫至60℃/min，保持100分鐘，真空控制在80pa以內。

步驟四：碳化：關閉真空冷凍干燥倉冷阱，采用快速升溫后再階段式降溫的模式，40分鐘內升溫至1200℃保持25分鐘，10分鐘內降溫至1100℃再保持45分鐘，10分鐘內再降溫至1000℃保溫30分鐘，5分鐘內再降溫至900℃保持5分鐘，這種階段式降溫的優點是，保持反應的穩定性，進而可以保證碳化反應的均勻性以及實現制得粒度更加均勻的納米級的碳化鉻，經sem掃描電鏡檢測，顆粒尺寸大約為30-35nm之間，粒度差距較小。

本實施例一種熱軋輥的多元合金涂層的噴涂方法，步驟為：

步驟1)前處理：將熱軋輥表面機械打磨，打磨使用900#碳化硅砂紙對基材表面進行打磨，用無水乙醇清洗，丙酮脫脂；將熱軋輥表面機械打磨至至少sa3級清潔度；后噴砂處理，使用粒徑為0.15mm鑄鐵砂為磨粒，壓縮空氣壓力1.3mpa，噴砂距離為80mm，噴砂角度為20°，使精糙度到達rz40μm；

步驟2)噴涂：用hvof方法進行噴涂：

nicr的噴涂方法參數為：氧氣流量：1950scfh；煤油流量：20.82lph；送粉速度為：5.0rpm；噴涂距離380mm；

nicr-cr3c2的噴涂方法參數為：氧氣流量：1850scfh；煤油流量：22.7lph；送粉速度為：5.0rpm；噴涂距離380mm，噴槍嘴長度為6in；

步驟3)：冷卻后用激光器進行激光重熔工藝處理，激光功率為1000w，掃描速度為550mm/min，光斑大小10×3mm。

實施例9

本實施例的熱軋輥多元合金涂層及其制備和噴涂方法，基本結構同實施例8，不同和改進之處在于：步驟3)：冷卻后用激光器進行激光重熔工藝處理，激光功率為900w，掃描速度為600mm/min，光斑大小10×3mm。

實施例10

本實施例的熱軋輥多元合金涂層及其制備和噴涂方法，基本結構同實施例9，不同和改進之處在于：步驟3)：冷卻后用激光器進行激光重熔工藝處理，激光功率為950w，掃描速度為580mm/min，光斑大小10×3mm。

以上示意性的對本發明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發明的實施方式之一，實際的結構并不局限于此。所以，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發明創造宗旨的情況下，不經創造性的設計出與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬于本發明的保護范圍。