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一種連鑄結(jié)晶器銅板表面金屬陶瓷涂層的制備工藝的制作方法

文檔序號(hào):5281495閱讀:553來源:國知局
一種連鑄結(jié)晶器銅板表面金屬陶瓷涂層的制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種連鑄結(jié)晶器銅板表面金屬陶瓷涂層的制備工藝,包括銅板表面除油、銅板表面噴砂、過渡層制備、涂層制備、熱處理,經(jīng)檢測(cè),熱處理后金屬陶瓷涂層顯微硬度1532~1746HV,內(nèi)應(yīng)力127~136MPa,耐磨性和抗熱裂性能好,涂層結(jié)合強(qiáng)度176~189MPa,結(jié)合性能好,熱傳導(dǎo)率15.2~16.5W/(m.K),能夠降低結(jié)晶器銅板高溫區(qū)熱裂紋,有效減緩結(jié)晶器內(nèi)部尤其是彎月面處的熱傳導(dǎo),可以在高速連鑄機(jī)連鑄中得到廣泛的應(yīng)用。
【專利說明】一種連鑄結(jié)晶器銅板表面金屬陶瓷涂層的制備工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于表面處理【技術(shù)領(lǐng)域】,特別涉及一種連鑄結(jié)晶器銅板表面金屬陶瓷涂層的制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]在連鑄生產(chǎn)中,結(jié)晶銅板作為連鑄從液態(tài)鋼水凝固成固態(tài)坯殼的重要傳熱部件,其質(zhì)量優(yōu)劣直接影響到鑄坯表面的質(zhì)量和連鑄機(jī)的作業(yè)率等指標(biāo)。隨著連鑄設(shè)備大型化、高拉速及在線調(diào)寬、流動(dòng)控制、漏鋼預(yù)報(bào)等技術(shù)的發(fā)展,結(jié)晶器銅板的熱負(fù)荷大大增加,結(jié)晶器銅板在使用過程中受到邊緣磨損、寬面高溫區(qū)渣線部位熱裂紋、窄面收縮、高溫磨損與浸蝕等問題的困擾,導(dǎo)致連鑄結(jié)晶器銅板壽命短,更換頻繁,連鑄作業(yè)率提高程度不高,結(jié)晶器銅板的噸鋼成本費(fèi)用較高,因而需要結(jié)晶器銅板具有更高的性能。
[0003]在結(jié)晶器銅板預(yù)處理方面,超聲波清理是近年來發(fā)展起來的結(jié)晶器銅板表面除油技術(shù),它是利用超聲波在液體中產(chǎn)生的空化效應(yīng),配合適當(dāng)?shù)那逑磩?,從而迅速除掉電鍍工件表面沾附的油污,可以在很大的范圍?nèi)替代強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等溶劑的作用,大大減少對(duì)和環(huán)境的污染。在結(jié)晶器銅板表面處理技術(shù)方面,目前廣泛采用的為電鍍和熱噴涂,熱噴涂技術(shù)中,超音速火焰噴涂(HVOF)具有涂層材料豐富、能夠賦予工作表面以耐磨、耐蝕、抗高溫、絕緣隔熱等多種功能,工藝操作簡便靈敏;隨著超音速火焰噴涂的發(fā)展,各種新型高質(zhì)量的噴涂材料也被不斷開發(fā),金屬陶瓷中WC-Co與Cr3C2-25%NiCr是兩類最具有代表性的金屬陶瓷涂層材料,研究較多,但大多用在結(jié)構(gòu)鋼、低碳鋼等基體上,在銅板上的研究報(bào)道不多。
[0004]申請(qǐng)?zhí)枮?01110135904.1的專利《一種用于連鑄結(jié)晶器銅板表面的金屬陶瓷涂層及制備工藝》中,通 過采用鈷包覆碳化鎢WC-12CO粉末,在結(jié)晶器銅板表面進(jìn)行超音速火焰噴涂制備涂層。該技術(shù)方案噴砂后表面粗糙度為5~10um,噴砂有利于獲得高活性的表面,但過度噴砂會(huì)使砂粒碎片易鑲?cè)脬~板,且噴砂后銅板表面活性過高,在大氣中極易氧化,應(yīng)盡快噴涂,可不再進(jìn)行預(yù)熱;此外,超音速火焰噴涂制得的金屬陶瓷涂層,多孔性,部分空隙甚至從涂層表面一直延續(xù)到被保護(hù)基體的表面,腐蝕產(chǎn)物在界面積累,會(huì)引起涂層的龜裂、脫落。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為了彌補(bǔ)上述不足,提供一種連鑄結(jié)晶器銅板表面金屬陶瓷涂層的制備工藝,該工藝所得涂層耐磨性、抗熱裂性能、結(jié)合性能好,熱傳導(dǎo)率低,可以在高速連鑄機(jī)連鑄中得到廣泛的應(yīng)用。
[0006]一種連鑄結(jié)晶器銅板表面金屬陶瓷涂層的制備工藝,包括以下步驟:
①銅板表面除油:常規(guī)化學(xué)除油方法除油后,進(jìn)行超聲波清理,超聲波功率22.5KW,控制溫度在55~75°C,加入PWC-007油脂清洗劑5~10%,清洗10~15min ;
②銅板表面噴砂:噴砂處理采用120~200目棕剛玉砂,壓縮空氣壓力為0.6~
1.0MPa,處理后表面粗糙度Ra為1.25~5Mm ;③過渡層制備:噴砂處理后電鍍過渡層,所述過渡層為鎳或鎳鈷合金電鍍層(鈷含量占鍍層質(zhì)量的0.5~30%),厚度0.1mm~1.5mm ;其電鍍液配方為:
氨基磺酸鎳450~600g/L
氨基磺酸鈷O或1.2~15g/L
硼酸28~35g/L
氯化鎳5~15g/L
十二烷基硫酸鈉0.1~1.0g/L
1,4-丁炔二醇0.1~0.4g/L
吡啶丙烷磺酸內(nèi)鹽0.2~1.5g/L
電鍍工藝參數(shù)為:
DK1 ~15 A/dm2
PH3.0 ~4.5
T50 ~65?
攪拌條件循環(huán)泵攪拌或空氣攪拌
電鍍后將鍍層加工至規(guī)定的尺寸;
⑤涂層制備:采用WC12CO粉末,通過超音速火焰噴涂制備金屬陶瓷涂層,控制氧氣流量1700~2300GPH,氮?dú)饬髁?.0~6.5GPH,噴涂距離250~400mm,厚度0.1~1.5mm ;
所述WC12Co粉末,粒度15~45Mm的粉末≥90%,粒度< 15Mm的粉末< 5%,粒度> 45Mm的粉末< 5% ;
⑥熱處理:在真空熱處理爐中,真空度≤10_2Pa,在250~350°C,保溫2.5~3 h,再用氬氣或氮?dú)饫鋮s降溫。
[0007]本發(fā)明根據(jù)一般結(jié)晶器銅板的污染程度和精密程度,確定超聲清洗參數(shù)為:溫度55~75°C,功率22.5KW,加入PWC-007油脂清洗劑5~10%,清洗10~15min ;能夠有效去除影響電鍍的氧化物和油膜,清洗后結(jié)晶器銅板微觀表面均勻平整,耐蝕性有明顯提高,結(jié)晶器銅板與鍍層之間能夠更好的結(jié)合。采用120~200目棕剛玉砂,0.6~1.0MPa的壓縮空氣進(jìn)行噴砂處理,在銅板表面產(chǎn)生壓應(yīng)力,提高其疲勞強(qiáng)度,同時(shí)分散結(jié)構(gòu)體內(nèi)的殘余應(yīng)力,硬化工件表面,使處理后表面粗糙度Ra為1.25~5Mm,進(jìn)一步提高涂層的附著力,有利于過鍍層制備。
[0008]過渡層制備時(shí),電鍍液選用氨基磺酸鹽體系,加入氯化鎳作為陽極活化劑,使鍍層表面均勻,氯化鎳含量控制在5~15g/L,避免Cl—過多影響鎳鍍層的內(nèi)應(yīng)力,硼酸作為緩沖劑,穩(wěn)定電鍍液PH值在3.0~4.5 ;添加劑復(fù)合加入0.1~1.0g/L十二烷基硫酸鈉、0.1~
0.4g/L的1,4-丁炔二醇、0.2~1.5g/L的吡啶丙烷磺酸內(nèi)鹽,通過提高金屬離子還原的活化能,增加過電位,能夠有效提高沉積速度和分散能力,減小了鍍層表面出現(xiàn)針孔的機(jī)率,并提高鍍層的亮度和平整性。鍍液溫度提高至50~65°C,陰極電流密度Dk控制在1~15A/dm2,能夠既加速沉淀速度,又確保了鎳鍍層光亮度。本技術(shù)方案所配比的電鍍液體系性能穩(wěn)定,維護(hù)簡單方便,處理周期長,電鍍?cè)试S使用的電流密度高。
[0009]涂層制備時(shí),原料WC12CO粉末中,粒度15~45Mm的粉末≥90%,粒度< 15um的粉末< 5%,粒度> 45um的粉末< 5%,以便確保陶瓷涂層的結(jié)合力滿足要求。經(jīng)試驗(yàn),超音速火焰噴涂的參數(shù)選為氧氣流量1700~2300GPH、氮?dú)饬髁?.0~6.5GPH、噴涂距離250~400mm時(shí),陶瓷涂層與金屬涂層之間結(jié)合緊密,涂層的層狀結(jié)構(gòu)明顯,沉積過程中顆粒的扁平化程度高,孔洞較少,組織致密,顆粒的硬度高,減少碳化物顆粒的斷裂與剝落,提高涂層的抗磨損能力。
[0010]本技術(shù)方案電鍍前增加超聲波清洗,調(diào)整噴砂處理的強(qiáng)度,確保銅板微觀表面均勻平整,提高銅板與鍍層的結(jié)合強(qiáng)度。采用電鍍鎳或鎳鈷合金層作為過渡層,增強(qiáng)了金屬陶瓷涂層與銅板的結(jié)合強(qiáng)度,過渡層比金屬陶瓷涂層更為致密,對(duì)銅板起到更加有效的保護(hù)作用,WC12CO為金屬陶瓷涂層,比過渡層具有更好的顯微硬度和結(jié)合強(qiáng)度,明顯提高了鍍層的性能;熱噴涂后進(jìn)行真空熱處理,能夠進(jìn)一步強(qiáng)化過渡層和金屬陶瓷涂層,增加與基體的結(jié)合強(qiáng)度,平整涂層,減少涂層的孔隙率。電鍍時(shí)優(yōu)化配比電鍍液和選取最佳電鍍和熱噴涂工藝參數(shù),所得金屬陶瓷涂層孔隙率低,結(jié)構(gòu)致密,化學(xué)性能好、穩(wěn)定性高,熱處理后顯微硬度可在1532~1746HV范圍內(nèi)調(diào)整,耐磨性能優(yōu)越,可以在高速連鑄機(jī)連鑄中得到廣泛的應(yīng)用;內(nèi)應(yīng)力127~136MPa,涂層顯微硬度硬度高,內(nèi)應(yīng)力小,耐磨性和抗熱裂性能好,能夠確保鍍層不易開裂;涂層結(jié)合強(qiáng)度176~189MPa,具有優(yōu)異的結(jié)合性能;陶瓷涂層的熱傳導(dǎo)率15.2~16.5ff/ (m.K),為電鍍鎳合金層的1/6~1/5,減緩結(jié)晶器銅板基體表面的熱量,降低結(jié)晶器銅板高溫區(qū)熱裂紋,有效減緩結(jié)晶器內(nèi)部尤其是彎月面處的熱傳導(dǎo),可以在高速連鑄機(jī)連鑄中得到廣泛的應(yīng)用。
【具體實(shí)施方式】實(shí)施例
[0011]一種連鑄結(jié)晶器銅板表面金屬陶瓷涂層及其制備工藝,所述金屬陶瓷涂層包括金屬涂層和陶瓷涂層,所述陶瓷涂層厚度0.1~1.5mm,所述金屬涂層為鎳或鎳鈷合金電鍍層(鈷含量占鍍層質(zhì)量的0.5~30%),厚度0.1mm~1.5mm ;
下面將從六組試驗(yàn)對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0012]六組試驗(yàn)中,各連鑄結(jié)晶器銅板表面金屬陶瓷涂層成分如下表所示:
【權(quán)利要求】
1.一種連鑄結(jié)晶器銅板表面金屬陶瓷涂層的制備工藝,其特征在于,包括以下步驟: ①銅板表面除油:常規(guī)化學(xué)除油方法除油后,進(jìn)行超聲波清理,超聲波功率22.5KW,控制溫度在55~75°C,加入PWC-007油脂清洗劑5~10%,清洗10~15min ; ②銅板表面噴砂:噴砂處理采用120~200目棕剛玉砂,壓縮空氣壓力為0.6~1.0MPa,處理后表面粗糙度Ra為1.25~5Mm ; ③過渡層制備:噴砂處理后電鍍過渡層,所述過渡層為鎳或鎳鈷合金電鍍層(鈷含量占鍍層質(zhì)量的0.5~30%),厚度0.1mm~1.5mm ;其電鍍液配方為: 氨基磺酸鎳450~600g/L 氨基磺酸鈷0或1.2~15g/L 硼酸28~35g/L 氯化鎳5~15g/L 十二烷基硫酸鈉0.1~1.0g/L 1,4-丁炔二醇0.1~0.4g/L 吡啶丙烷磺酸內(nèi)鹽0.2~1.5g/L 電鍍工藝參數(shù)為: DK1~15 A/dm2 PH3.0 ~4.5 T50 ~65 攪拌條件循環(huán)泵攪拌或空氣攪拌 電鍍后將鍍層加工至規(guī)定的尺寸; ④涂層制備:采用WC12CO粉末,通過超音速火焰噴涂制備金屬陶瓷涂層,控制氧氣流量1700~2300GPH,氮?dú)饬髁?.0~6.5GPH,噴涂距離250~400mm,厚度0.1~1.5mm ; 所述WC12Co粉末,粒度15~45Mm的粉末> 90%,粒度< 15Mm的粉末< 5%,粒度> 45Mm的粉末< 5% ; ⑤熱處理:在真空熱處理爐中,真空度≤10-2Pa,在250~350°C,保溫2.5~3 h,再用氬氣或氮?dú)饫鋮s降溫。
【文檔編號(hào)】C25D3/16GK103614724SQ201310591361
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】朱書成, 徐文柱, 黃國團(tuán) 申請(qǐng)人:西峽龍成特種材料有限公司
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