[发明专利]一种耐熔融锌液腐蚀与磨损的涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及高温防护技术领域，特别是一种耐熔融锌液腐蚀与磨损的涂层及其制备方法。该涂层是以二氧化硅为主要网络形成剂的搪瓷涂层，含析出的自润滑晶体氟化钙，具有耐锌液腐蚀、耐磨，与基体结合力强等特点。涂层中硅氧网络与锌液的润湿性差，不发生化学反应，保证涂层的高耐蚀性。同时，涂层中析出的氟化钙晶体能减小涂层磨损过程中受到的摩擦力，提高涂层使用寿命。通过烧结工艺优化，控制界面反应，提高涂层与合金基体的界面结合力。本发明提供的耐熔融锌液腐蚀磨损的涂层制备工艺简单，成本低廉，厚度与表面粗糙度可控，热膨胀系数可在大范围内调整，以更加匹配合金基体，涂层具有耐锌液腐蚀、耐磨、与基体结合力良好等优异的综合性能。

技术领域：

本发明涉及高温防护技术领域，特别是一种耐熔融锌液腐蚀与磨损的涂层及其制备方法，该涂层可用于热浸镀锌生产线以及其它与锌液腐蚀磨损相关领域的不锈钢零部件。

背景技术：

液态金属腐蚀与磨损一直是我国冶金行业和核能工业中关键零部件失效的主要原因之一，特别是在我国钢铁和有色冶金工业生产中，问题尤为突出，如：连续热浸镀铝、热浸镀锌生产线中的沉没辊、稳定辊、矫正辊系统；铝合金压铸中的压射冲头、压室；挤压铸造中的压头、亚套；连续测量合金熔体温度的热电偶保护套等等。高温下，液态金属通过溶解侵蚀、晶界腐蚀、冲蚀等方法与金属部件发生物理、化学反应，消耗金属部件或在其表面形成脆性的金属间化合物。而该金属间化合物形成后经连续挤压、表面反复刮擦，在腐蚀与磨损的交互作用下，加速金属部件的破损，使机器设备无法正常运转，大大降低使用寿命，还会引起突发的生产事故，造成严重的后果和经济损失。

热浸镀锌用于防止钢铁制品的腐蚀，已有多年历史，至今仍占有极其重要的地位。目前世界各钢铁企业运行的带钢热浸镀机组大都采用沉没辊装置。在使用过程中，一方面沉没辊表面存在磨损；另一方面，沉没辊还受到锌液强烈的侵蚀。采用具有良好耐锌液腐蚀的316L材料即可提高材料的使用寿命，但一般每15天就需要更换及整修，影响生产。沉没辊的频繁更换或维修，不仅降低生产效率，而且劳动强度高，给生产和操作带来诸多不便。特别是合金化镀锌开始应用于汽车制造后，沉没辊表面的耐锌液腐蚀性能和耐磨性直接影响热镀锌产品表面质量和作业率。

为了获得良好的带钢表面质量，延长沉没辊、稳定辊等镀锌生产线运动部件的使用寿命，提高作业率，国内外当前采用的方法是在设备表面喷涂制备耐腐蚀耐磨涂层，如：WC-Co涂层。陶瓷相WC颗粒不与液态金属发生反应，具有优异的抗液态锌液腐蚀的能力，同时其高硬度也保证涂层的耐磨性。但在实际使用过程中，因与不锈钢基体间的膨胀系数差，该涂层容易发生开裂甚至局部剥落。通过金属相Co的增韧，可降低涂层的剥落倾向。然而，金属Co与液态金属的反应及其在液态金属中的熔融，又引入新的选择性腐蚀问题。此外受涂层制备方法的限制，陶瓷基涂层中的孔隙率较高，涂层尖角处应力集中等问题难以克服，形成的孔隙缺陷和裂纹是锌液的腐蚀通道。锌液通过腐蚀通道扩散到基体后，优先腐蚀基体，而使涂层整体剥落。

液态金属腐蚀始于表面润湿。因此，减少液态金属对材料表明的润湿性是提高其耐蚀性的有效途径。硼化物与熔融锌液的润湿性差，日本Fujimi公司开发耐锌液腐蚀的MoB-CoCr金属陶瓷涂层。然而，由于硼化物金属陶瓷涂层热膨胀系数远低于316L不锈钢基体，在冷热冲击条件下，涂层容易开裂。

基于热浸镀锌带钢对表面质量、热浸镀锌生产线对热端部件服役寿命的高要求，亟需研制开发一种能够在450～600℃锌合金熔体中服役，耐腐蚀磨损的防护涂层，以减少热浸镀锌钢板生产线运行过程中的非事故性停运时间。

发明内容：

本发明的目的是提供一种耐熔融锌液腐蚀与磨损的涂层及其制备方法，以解决镀锌生产线上热端金属部件液态金属腐蚀与磨损的问题，提高其使用寿命。

本发明的技术方案是：

一种耐熔融锌液腐蚀与磨损的涂层，所述涂层是以二氧化硅为网络形成剂的搪瓷涂层，涂层中含析出的自润滑晶体CaF₂。