铁基辊坯及其制备方法和应用

1.本发明涉及表面处理技术领域，具体而言，涉及一种铁基辊坯及其制备方法和应用。


背景技术：

2.在钢铁、印刷、机械等行业中，辊类结构非常常见，例如钢热扎辊、娇直辊、辊道辊、夹送辊、网纹辊、涂布辊等。由于铁基的钢铁材料例如低碳钢材料其具有较高的抗裂性、高强度、高韧性、良好可加工性、易加工锻造、焊接、切削等性能，同时其成本较低，因此常常作为辊类结构的基体。
3.但是，由于低碳钢材料相对其它钢而言更容易生锈，从而产生严重腐蚀、开裂、裂纹和产生空隙的问题。在环境恶烈的情况下，会加剧产品断裂、失效等情况的发生，进而导致设备损坏、生产线停摆、零部件报废等问题。
4.鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种铁基辊坯及其制备方法和应用。
6.本发明是这样实现的：
7.第一方面，本发明提供一种铁基辊坯，包括基体以及基体表面的耐腐蚀涂层，基体的材料为低碳钢、45#钢中的任一种，耐腐蚀涂层的材料为不锈钢。
8.在可选的实施方式中，耐腐蚀涂层的厚度为10～70μm。
9.优选地，不锈钢包括316l不锈钢、304不锈钢中的任一种。
10.在可选的实施方式中，基体为空心圆筒形，优选地，基体的长度为3～5m。
11.第二方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的铁基辊坯的制备方法，包括采用超音速火焰喷涂技术在基体表面喷涂耐腐蚀涂层。
12.在可选的实施方式中，超音速火焰喷涂技术的参数包括：氢气流量9～12l/h；氮气流量10～30l/h；空气流量50～80l/h；喷涂距离200～240mm；送粉量5～10g/min。
13.优选地，超音速火焰喷涂技术的参数包括：氢气流量9～11l/h；氮气流量10～20l/h；空气流量50～70l/h；喷涂距离200～220mm；送粉量6～9g/min。
14.在可选的实施方式中，在进行超音速火焰喷涂前还包括对基体进行预处理，预处理包括清洗、喷砂和预热。
15.在可选的实施方式中，预热包括采用超音速火焰喷涂技术对基体进行预热。
16.优选地，预热时超音速火焰喷涂的参数包括：氢气流量5～9l/h；氮气流量10～30l/h；空气流量60～70l/h；喷涂距离为220～240mm。
17.优选地，预热时间为20～30min。
18.在可选的实施方式中，喷砂的材料包括锆刚玉、棕刚玉中的任一种。
19.优选地，喷砂的喷枪压力为0.7～1.0mpa。
20.在可选的实施方式中，清洗包括采用超声波清洗。
21.优选地，清洗的溶液包括酒精或汽油。
22.第三方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的铁基辊坯或如前述实施方式任一项的制备方法制得的铁基辊坯在钢铁、印刷或机械领域中的应用。
23.本发明具有以下有益效果：
24.本发明提供了一种铁基辊坯及其制备方法和应用，通过在基体表面喷涂不锈钢材料，不仅提高了辊坯基体的耐腐蚀能力，降低了辊坯在使用过程中产生裂纹和空隙的可能性；同时不锈钢涂层与基体的相容性较好，在实际使用过程中，由于不同的辊类结构表面还会喷涂不同的涂层，而不锈钢与基体的材料相近，因此在铁基辊坯表面再次喷涂其他涂层时也不会造成涂层与耐腐蚀涂层分离、剥落等情况。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
26.图1为本发明实施例1提供的铁基辊坯的基体和耐腐蚀涂层的截面sem图；
27.图2为本发明实施例1提供的铁基辊坯耐中性盐雾腐蚀试验的结果图；
28.图3为本发明提供的铁基辊坯基体耐中性盐雾腐蚀试验的结果图；
29.图4为本发明实施例1提供的铁基辊坯耐中性盐雾腐蚀试验后基体和耐腐蚀涂层的截面sem图；
30.图5为本发明实施例2提供的铁基辊坯耐中性盐雾腐蚀试验后基体和耐腐蚀涂层的截面sem图；
31.图6为本发明实施例3提供的铁基辊坯耐中性盐雾腐蚀试验后基体和耐腐蚀涂层的截面sem图。
具体实施方式
32.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
33.辊类结构的基体通常都是钢铁，然而钢铁在长期使用过程中势必会发生腐蚀等情况，低碳钢更甚。低碳钢相对其它钢而言更容易生锈，从而产生严重腐蚀、开裂、裂纹和产生空隙的问题。在环境恶劣的情况下，会加剧产品断裂、失效等情况的发生，进而导致设备损坏、生产线停摆、零部件报废等问题。因此，发明人提出如下解决方案。
34.第一方面，本发明提供一种铁基辊坯，包括基体以及基体表面的耐腐蚀涂层，基体的材料为低碳钢、45#钢中的任一种，耐腐蚀涂层的材料为不锈钢。
35.通过在基体表面喷涂不锈钢材料，不仅提高了辊坯基体的耐腐蚀能力，降低了辊坯在使用过程中产生裂纹和空隙的可能性；同时不锈钢涂层与基体的相容性较好，在实际
使用过程中，由于不同的辊类结构表面还会喷涂不同的涂层，而不锈钢与基体的材料相近，因此在铁基辊坯表面再次喷涂其他涂层时也不会造成涂层与耐腐蚀涂层分离、剥落等情况。
36.在可选的实施方式中，耐腐蚀涂层的厚度为10～70μm。例如，耐腐蚀涂层的厚度可以为10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm或70μm。
37.优选地，不锈钢包括316l不锈钢、304不锈钢中的任一种。
38.在可选的实施方式中，为了减小辊坯的重量，基体为空心圆筒形，优选地，基体的长度为3～5m。
39.其中，本发明中提到的不锈钢材料、低碳钢材料都可以是目前市面上的常规材料。
40.第二方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的铁基辊坯的制备方法，包括采用超音速火焰喷涂技术在基体表面喷涂耐腐蚀涂层。
41.超音速火焰喷涂技术是利用燃气或氢气与高压氧气在燃烧室内，或在特殊的喷嘴中燃烧产生高温、高速燃烧的焰流。将粉末轴向送进焰流中，可以将粉末加热至熔化或半熔化状态并加速，从而获得结合强度高、致密的高质量的涂层。
42.在可选的实施方式中，超音速火焰喷涂技术的参数包括：氢气流量9～12l/h；氮气流量10～30l/h；空气流量50～80l/h；喷涂距离200～240mm；送粉量5～10g/min。
43.优选地，超音速火焰喷涂技术的参数包括：氢气流量9～11l/h；氮气流量10～20l/h；空气流量50～70l/h；喷涂距离200～220mm；送粉量6～9g/min。
44.通过将超音速火焰喷涂的参数控制在上述范围内，能够更好地熔化不锈钢材料，使得耐腐蚀涂层和基体之间的结合更紧密，涂层结构致密无孔洞，提高了基体的耐腐蚀能力。
45.在可选的实施方式中，为了提高耐腐蚀涂层和基体的结合能力，在进行超音速火焰喷涂前还包括对基体进行预处理。其中，预处理包括清洗、喷砂和预热。
46.在可选的实施方式中，预热包括采用超音速火焰喷涂技术对基体进行预热。
47.优选地，预热时超音速火焰喷涂的参数包括：氢气流量5～9l/h；氮气流量10～30l/h；空气流量60～70l/h；喷涂距离为220～240mm。
48.优选地，预热时间为20～30min。
49.在可选的实施方式中，喷砂的材料包括锆刚玉、棕刚玉中的任一种。
50.优选地，喷砂的喷枪压力为0.7～1.0mpa。
51.在可选的实施方式中，清洗包括采用超声波清洗。
52.优选地，清洗的溶液包括酒精或汽油。
53.第三方面，本发明提供一种如前述实施方式任一项的铁基辊坯或如前述实施方式任一项的制备方法制得的铁基辊坯在钢铁、印刷或机械领域中的应用。
54.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
55.实施例1
56.本实施例提供一种铁基辊坯，包括q215低碳钢基体和316l不锈钢耐腐蚀涂层。其中，耐腐蚀涂层的厚度为50μm，基体为空心圆筒形，基体的长度为4.5m。
57.本实施例还提供了一种铁基辊坯的制备方法，包括如下步骤：
58.s1、基体清洗和喷砂
59.将q215低碳钢浸没于酒精溶液中进行超声波清洗，清洗完成后在基体表面喷涂锆刚玉砂，喷砂压力为0.7mpa。
60.s2、基体预热和喷涂耐腐蚀涂层
61.采用超音速火焰喷枪对喷砂后的基体进行预热，其中氢气流量7l/h；氮气流量20l/h；空气流量65l/h；喷涂距离为230mm，预热时间25min。
62.预热完成后，调整超音速火焰喷枪参数为氢气流量9l/h；氮气流量10l/h；空气流量50l/h；喷涂距离200mm；送粉量6g/min。
63.将本实施例制得的铁基辊坯置于扫描电子显微镜下观察，得到如图1所示结果，由图1可知，耐腐蚀涂层与基体的相容性较好，且耐腐蚀涂层结构致密无裂痕。
64.实施例2
65.本实施例提供一种铁基辊坯，包括q215低碳钢基体和316l不锈钢耐腐蚀涂层。其中，耐腐蚀涂层的厚度为50μm，基体为空心圆筒形，基体的长度为4.5m。
66.本实施例还提供了一种铁基辊坯的制备方法，包括如下步骤：
67.s1、基体清洗和喷砂
68.将q215低碳钢浸没于酒精溶液中进行超声波清洗，清洗完成后在基体表面喷涂锆刚玉砂，喷砂压力为0.7mpa。
69.s2、基体预热和喷涂耐腐蚀涂层
70.采用超音速火焰喷枪对喷砂后的基体进行预热，其中氢气流量7l/h；氮气流量20l/h；空气流量65l/h；喷涂距离为230mm，预热时间25min。
71.预热完成后，调整超音速火焰喷枪参数为氢气流量11l/h；氮气流量20l/h；空气流量70l/h；喷涂距离220mm；送粉量9g/min。
72.实施例3
73.本实施例提供一种铁基辊坯，包括q215低碳钢基体和316l不锈钢耐腐蚀涂层。其中，耐腐蚀涂层的厚度为70μm，基体为空心圆筒形，基体的长度为4.5m。
74.本实施例还提供了一种铁基辊坯的制备方法，包括如下步骤：
75.s1、基体清洗和喷砂
76.将q215低碳钢浸没于酒精溶液中进行超声波清洗，清洗完成后在基体表面喷涂锆刚玉砂，喷砂压力为1.0mpa。
77.s2、基体预热和喷涂耐腐蚀涂层
78.采用超音速火焰喷枪对喷砂后的基体进行预热，其中氢气流量7l/h；氮气流量20l/h；空气流量65l/h；喷涂距离为230mm，预热时间25min。
79.预热完成后，调整超音速火焰喷枪参数为氢气流量10l/h；氮气流量15l/h；空气流量60l/h；喷涂距离210mm；送粉量8g/min。
80.对比例1
81.本对比例提供一种铁基辊坯，其结构和制备方法与实施例1相同，区别仅在于：喷涂的距离260mm。
82.对比例2
83.本对比例提供一种铁基辊坯，其结构和制备方法与实施例1相同，区别仅在于：喷砂压力为：0.1mpa。
84.对比例3
85.本对比例提供一种铁基辊坯，其结构和制备方法与实施例1相同，区别仅在于：氢气流量：15l/h。
86.对比例4
87.本对比例提供一种铁基辊坯，其结构和制备方法与实施例1相同，区别仅在于：喷涂材料为cr2o3粉末。
88.对比例5
89.本对比例提供一种铁基辊坯，其结构和制备方法与实施例1相同，区别仅在于：喷涂材料为al2o3粉末。
90.试验例1
91.采用astm c633方法测试实施例1～3和对比例1～5制得的铁基辊坯的表面耐腐蚀层与基体的结合情况，得到如表1所示结果。
92.表1铁基辊坯的涂层结合强度
[0093] 结合强度mpa实施例192实施例289实施例390对比例167对比例258对比例365对比例421对比例523
[0094]
由表1可知，本发明实施例提供的铁基辊体，由于耐腐蚀涂层的材料与基体更接近，因此，常规制备耐腐蚀涂层的材料时，铁基辊体材料与耐腐蚀涂层的结合能力更强，而al2o3涂层、cr2o3涂层；由于其硬度较大，且al2o3涂层、cr2o3涂层与铁基辊体材料的相容性较差，因此不能获得性能较佳的界面结合，还需要选择其他适配材料与al2o3涂层、cr2o3涂层相配合才能获得性能较佳的界面结合，提高了耐腐蚀涂层的材料的制备难度。
[0095]
试验例2
[0096]
将实施例1制得的具有不锈钢涂层的铁基辊坯以及实施例1的s1步骤中单独的铁基辊坯进行中性盐雾腐蚀实验，得到如图2和图3所示结果。
[0097]
图2中，实施例1制得的具有不锈钢涂层的铁基辊坯经过240h中性盐雾腐蚀后表面光滑，无明显腐蚀痕迹。而图3中，实施例1的s1步骤中单独的铁基辊坯经过相同的腐蚀实验，但是仅在72h后就出现了明显的腐蚀现象，说明本发明实施例制备得到的具有不锈钢涂层的铁基辊坯具有更强的耐腐蚀能力。
[0098]
将实施例1～3制得的具有不锈钢涂层的铁基辊坯经过上述相同的中性盐雾腐蚀实验200h后，将铁基辊坯置于扫描电子显微镜下观察，得到如图4～6所示结果。由图4～6可知，实施例1～3的铁基辊坯经过腐蚀实验后，图片上方平整部分为不锈钢涂层，图片下方出现凹陷的区域为基体，可以发现本发明实施例提供的铁基辊坯，其不锈钢涂层表面无腐蚀痕迹，而基体侧已经有部分结构被腐蚀，但是由于表面的不锈钢涂层的保护作用，仍然保持
较佳的耐腐蚀能力。
[0099]
本发明实施例提供了一种铁基辊坯及其制备方法和应用，其至少具有以下优点：
[0100]
通过在基体表面喷涂不锈钢材料，不仅提高了辊坯基体的耐腐蚀能力，降低了辊坯在使用过程中产生裂纹和空隙的可能性；同时不锈钢涂层与基体的相容性较好，在实际使用过程中，由于不同的辊类结构表面还会喷涂不同的涂层，而不锈钢与基体的材料相近，因此在铁基辊坯表面再次喷涂其他涂层时也不会造成涂层与耐腐蚀涂层分离、剥落等情况。
[0101]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种铁基辊坯，其特征在于，包括基体以及所述基体表面的耐腐蚀涂层，所述基体的材料为低碳钢、45#钢中的任一种，所述耐腐蚀涂层的材料为不锈钢。2.根据权利要求1所述的铁基辊坯，其特征在于，所述耐腐蚀涂层的厚度为10～70μm；优选地，所述不锈钢包括316l不锈钢、304不锈钢中的任一种。3.根据权利要求1所述的铁基辊坯，其特征在于，所述基体为空心圆筒形，优选地，所述基体的长度为3～5m。4.一种如权利要求1～3任一项所述的铁基辊坯的制备方法，其特征在于，包括采用超音速火焰喷涂技术在基体表面喷涂耐腐蚀涂层。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述超音速火焰喷涂技术的参数包括：氢气流量7～12l/h；氮气流量10～30l/h；空气流量50～80l/h；喷涂距离200～240mm；送粉量5～10g/min；优选地，所述超音速火焰喷涂技术的参数包括：氢气流量9～11l/h；氮气流量10～20l/h；空气流量50～70l/h；喷涂距离200～220mm；送粉量6～9g/min。6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，在进行超音速火焰喷涂前还包括对基体进行预处理，所述预处理包括清洗、喷砂和预热。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述预热包括采用超音速火焰喷涂技术对基体进行预热；优选地，预热时超音速火焰喷涂的参数包括：氢气流量5～9l/h；氮气流量10～30l/h；空气流量60～70l/h；喷涂距离为220～240mm；优选地，预热时间为20～30min。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述喷砂的材料包括锆刚玉、棕刚玉中的任一种；优选地，喷砂的喷枪压力为0.7～1.0mpa。9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述清洗包括采用超声波清洗；优选地，所述清洗的溶液包括酒精或汽油。10.一种如权利要求1～3任一项所述的铁基辊坯或如权利要求4～9任一项所述的制备方法制得的铁基辊坯在钢铁、印刷或机械领域中的应用。

技术总结
本发明公开了一种铁基辊坯及其制备方法和应用，涉及表面处理技术领域。包括基体以及基体表面的耐腐蚀涂层，基体的材料为低碳钢、45#钢中的任一种，耐腐蚀涂层的材料为不锈钢。通过在基体表面喷涂不锈钢材料，不仅提高了辊坯基体的耐腐蚀能力，降低了辊坯在使用过程中产生裂纹和空隙的可能性；同时不锈钢涂层与基体的相容性较好，在实际使用过程中，由于不同的辊类结构表面还会喷涂不同的涂层，而不锈钢与基体的材料相近，因此在铁基辊坯表面再次喷涂其他涂层时也不会造成涂层与耐腐蚀涂层分离、剥落等情况。剥落等情况。剥落等情况。


技术研发人员：陈焕涛 赵利 邓春明 况敏
受保护的技术使用者：广东省科学院新材料研究所
技术研发日：2023.07.26
技术公布日：2023/10/15