【摘 要】
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轧辊是冶金生产中的大宗消耗性工具,其质量和寿命对产品的质量、生产效率及成本都有重要的影响。采用修复技术使失效的轧辊重新应用,不仅产生巨大的经济效益,而且可以减少新轧辊铸造环节的碳排放,具有很好的社会效益。然而,目前除堆焊技术可以修复焊接性较好的钢制轧辊,高合金钢和铸铁类轧辊无法进行修复。采用可溶性阳极快速镍电刷镀工艺在铸铁基体上制备预镀层,并对其进行电接触强化。针对在球墨铸铁上,采用特殊镍打底镀层
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轧辊是冶金生产中的大宗消耗性工具,其质量和寿命对产品的质量、生产效率及成本都有重要的影响。采用修复技术使失效的轧辊重新应用,不仅产生巨大的经济效益,而且可以减少新轧辊铸造环节的碳排放,具有很好的社会效益。然而,目前除堆焊技术可以修复焊接性较好的钢制轧辊,高合金钢和铸铁类轧辊无法进行修复。采用可溶性阳极快速镍电刷镀工艺在铸铁基体上制备预镀层,并对其进行电接触强化。针对在球墨铸铁上,采用特殊镍打底镀层难增厚,采用碱铜打底镀层可以增厚,但难以电接触强化的难题,提出了先刷镀0.2mm薄镍镀层,电接触强化之后,再进行电刷镀制备1.4mm厚镀层,最后再进行电接触强化的技术方案,成功的在铸铁上制备出1.6mm厚镀层。对比分析电接触强化前后的镀层组织,发现,电接触强化后,电刷镀制备厚镀层过程中,产生的裂纹、孔洞等缺陷被压合,镀层组织致密,仅在镀层表层存在0.2mm非致密区,可切削加工去除。镀层与基体的界面出现互熔与搭桥,表明产生冶金结合。本研究成功为铸铁类轧辊的修复提供一种新的技术途径。在针对球墨铸铁基体上进行高结合力厚涂层的研究过程中,主要发现和成果如下:（1）采用特殊镍打底,可溶性阳极镀镍的方法,难以在铸铁上直接刷镀厚镍镀层。主要表现为镀层增厚超过0.2mm时,增厚非常缓慢,出现剥落、起皮、掉渣等现象。电化学试验显示球墨铸铁在特殊镍溶液中腐蚀电位-0.376V,腐蚀电流密度1.067×10-4 m A?cm-2,表明球墨铸铁在的特殊镍溶液中拥有较差的抗腐蚀能力,与基体结合较弱,因此容易起皮剥落。（2）采用碱铜打底可以提高球墨铸铁在可溶性阳极溶液中的耐蚀性,能够制备厚的镀镍层。试验证实电刷镀电压为8V,刷镀温度保持在45～65℃较合理。当表面毛刺增多,导致无法继续增厚时,采取边刷镀边打磨的方法使其继续增厚。试验中制备出了1.6mm厚的镀镍层,具有较好的工艺稳定性与重复性。（3）采用碱铜打底制备的厚镀层,难以电接触强化,会出现涂层的拱起、开裂及剥落。退火试验和理论分析证实,铸铁的膨胀系数是12.2×10-6 m/℃、铜是17.5×10-6 m/℃,镍是13.0×10-6 m/℃,在受热时,镀层与基体之间由于膨胀量不一样,会产生较高的热应力,超过强度极限时,导致了镀层的开裂与剥落。（4）提出了采用特殊镍打底,先刷镀0.2mm镍镀层,电接触强化之后,再进行电刷镀制备1.4mm厚镀层,最后再进行电接触强化的技术方案。克服了以上难题,在球墨铸铁上成功制备出1.6mm的适合于电接触强化的厚镍镀层,电接触强化中未出现镀层拱起、剥落等现象。对电接触强化前后进行组织分析,发现:（1）电接触强化可以有效改善电刷镀厚镀层的组织。0.2mm之上的电刷镀厚镀层的组织分三个区域:电接触强化后的0.2mm镀层之上的0.4mm的“裂纹区”、中部0.6mm的“孔隙区”、表层0.4mm的“疏松区”。这些都是电刷镀厚镀层固有的缺陷,在以往的研究中,都有分析探讨。电接触强化后,区域特征基本消失,缺陷被压合,镀层组织致密,镀层组织能够满足铸铁类轧辊的修复要求。仅在镀层表层存在0.2mm非致密区,可切削加工去除。原镀层中的缺陷处,具有较大的接触电阻和较小的流动阻力。因此,在电阻热和压力的共同作用下,最容易被填充压合,缺陷消失,致密度提高。由于最表层可以向轴向和周向流动,因此留下较薄的非致密区。（2）经过电接触强化之后,强化后的0.2mm镍镀层与后续电刷镀厚镀层之间的界面消失,说明在经过电接触强化的镍镀层上,可以不断增厚,从而应用于需要较厚修复层的应用场合。（3）经过电接触强化后,基体与镀层的界面镶嵌进一步加深,并出现了互熔、搭桥等现象,这对基体与镀层的结合是有利的。这是由于在电阻热条件下,随着温度提高,组织的变形抗力减小,塑性增加,并且电接触造成局部过热产生熔焊,局部区域的接触点较多造成局部互熔,这有助于提高在轧制过程中的抗高应力和热疲劳性能。
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