[发明专利]一种提高高速钢轧辊表层耐磨性的脉冲电沉积方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高轧辊表层耐磨性的电沉积方法，属于冶金和材料制备领域。

背景技术

轧辊是冶金轧钢行业的重要耗材，其质量好坏不仅影响轧钢产品的质量，同时对生产流程和轧机运行成本都有重要影响；轧辊质量的重要指标有：合格的钢材成分和组织、复合辊的牢固界面、达标的使用性能等；众所周知，轧辊的易损部位主要是与钢材大压力咬合接触时的表面工作层；工作层工作负荷高，损耗大，对工作层耐磨性要求很高；为适应现代轧钢流程和产品对轧辊的要求，不断研发出新的轧辊工作层材质，目前常用的是高速钢轧辊；与常规轧辊相比，高速钢轧辊具有碳化物硬度高、较好的热稳定性、良好的淬透性、优良的强韧性、良好的形成氧化膜的能力、良好的抗热裂性和良好的耐磨性；而从轧辊服役环境看，进一步提高轧辊耐磨性是一项长久的工作。

从目前耐磨材料的发展趋势来看，进行金属材料的表面纳米化是一种有效的方法，能明显提高金属材料的力学性能和化学性能，而且不损害材料的韧性；目前应用于轧辊表层纳米化的方法有表层喷丸和激光熔覆等。

本发明提供一种脉冲电沉积方法，根据目前高速钢轧辊的组分，通过调配电解液组分、浓度和电沉积参数，在轧辊表层沉积一层硬质纳米颗粒，起到改善轧辊工作层耐磨性的目的；与表层喷丸和激光熔覆工艺相比，具有能耗成本低、界面结合层牢固、操作工艺简单、耐磨性提高明显等优势。

发明内容

本发明的内容：提供一种脉冲电沉积方法，通过调配电解液组分、浓度和电沉积参数，在轧辊表层沉积一层硬质纳米颗粒，起到改善轧辊工作层耐磨性的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

第一步，设计纳米复合层成分。

依据高速钢工作层的成分，设计为W-Cr-V/HNP（HNP是指硬质纳米颗粒，Hard Nano Particles），适宜的硬质纳米颗粒有：六种氧化物（Al₂O₃、MgO、ZrO₂、SiO₂、CeO₂、ThO₂），七种碳化物（Mo₂C、SiC、WC、VC、TiC、B₄C、ZrC），两种氮化物（AlN、TiN），两种硼化物（TiB₂、ZrB₂）；合金成分设计时确保电沉积时合金基体与高速钢材质相同，参考高速钢轧辊合金成分，即W含量0.5-6wt.%，V含量4-6wt.%，Cr含量4.5-9wt.%，余量为Fe。

第二步，制备电解液

电解液组成为：

柠檬酸H₃C₆H₅O₇·H₂O，浓度范围为每升电解液含有100g-140 g H₃C₆H₅O₇·H₂O，该范围内浓度变化与电沉积效果关系不大；

钨酸钠Na₂WO₄、钨酸钾K₂WO₄或钨酸铵(NH₃)₂WO₄，钨盐的摩尔浓度范围为每升电解液0.025-0.3 mol，浓度数值高低对应高速钢中钨含量值，即0.5-6wt.%；

偏钒酸铵NH₄VO₃、偏钒酸钠NaVO₃、偏钒酸钾KVO₃或正钒酸钠Na₃VO₄，钒盐的摩尔浓度范围为：每升电解液0.8-1.2mol，对应高速钢中钒含量值，即4-6wt.%；

铬酸钠Na₂CrO₄、铬酸钾K₂CrO₄、铬酸铵(NH₄)₂CrO₄、氯化铬CrCl₃或亚铬酸钠NaCr(OH)₄，铬盐的摩尔浓度范围为：每升电解液0.9-1.8 mol，浓度数值高低对应高速钢中铬含量值，即4.5-9 wt.%；

阳离子表面活性剂：季铵盐型，浓度为每升电解液4-8mg；

将上述物质加入到去离子水中，搅拌均匀得到电解液；