一種連鑄結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】本發明公開了一種連鑄結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，經檢測，熱處理后金屬陶瓷涂層顯微硬度1532～1746HV，內應力127～136MPa，耐磨性和抗熱裂性能好，涂層結合強度176～189MPa，結合性能好，熱傳導率15.2～16.5W/(m.K)，能夠降低結晶器銅板高溫區熱裂紋，有效減緩結晶器內部尤其是彎月面處的熱傳導，可以在高速連鑄機連鑄中得到廣泛的應用。
【專利說明】一種連鑄結晶器銅板表面金屬陶瓷涂層的制備工藝
【技術領域】
[0001]本發明屬于表面處理【技術領域】，特別涉及一種連鑄結晶器銅板表面金屬陶瓷涂層的制備工藝。
【背景技術】
[0002]在連鑄生產中，結晶銅板作為連鑄從液態鋼水凝固成固態坯殼的重要傳熱部件，其質量優劣直接影響到鑄坯表面的質量和連鑄機的作業率等指標。隨著連鑄設備大型化、高拉速及在線調寬、流動控制、漏鋼預報等技術的發展，結晶器銅板的熱負荷大大增加，結晶器銅板在使用過程中受到邊緣磨損、寬面高溫區渣線部位熱裂紋、窄面收縮、高溫磨損與浸蝕等問題的困擾，導致連鑄結晶器銅板壽命短，更換頻繁，連鑄作業率提高程度不高，結晶器銅板的噸鋼成本費用較高，因而需要結晶器銅板具有更高的性能。
[0003]在結晶器銅板預處理方面，超聲波清理是近年來發展起來的結晶器銅板表面除油技術，它是利用超聲波在液體中產生的空化效應，配合適當的清洗劑，從而迅速除掉電鍍工件表面沾附的油污，可以在很大的范圍內替代強酸、強堿等溶劑的作用，大大減少對和環境的污染。在結晶器銅板表面處理技術方面，目前廣泛采用的為電鍍和熱噴涂，熱噴涂技術中，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展，各種新型高質量的噴涂材料也被不斷開發，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，但大多用在結構鋼、低碳鋼等基體上，在銅板上的研究報道不多。
[0004]申請號為201110135904.1的專利《一種用于連鑄結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，在結晶器銅板表面進行超音速火焰噴涂制備涂層。該技術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，但過度噴砂會使砂粒碎片易鑲入銅板，且噴砂后銅板表面活性過高，在大氣中極易氧化，應盡快噴涂，可不再進行預熱；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到被保護基體的表面，腐蝕產物在界面積累，會引起涂層的龜裂、脫落。
【發明內容】
[0005]本發明是為了彌補上述不足，提供一種連鑄結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、結合性能好，熱傳導率低，可以在高速連鑄機連鑄中得到廣泛的應用。
[0006]一種連鑄結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:常規化學除油方法除油后，進行超聲波清理，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
吡啶丙烷磺酸內鹽0.2~1.5g/L
電鍍工藝參數為:
DK1 ~15 A/dm2
PH3.0 ~4.5
T50 ~65?
攪拌條件循環泵攪拌或空氣攪拌
電鍍后將鍍層加工至規定的尺寸；
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，氮氣流量5.0~6.5GPH,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，再用氬氣或氮氣冷卻降溫。
[0007]本發明根據一般結晶器銅板的污染程度和精密程度，確定超聲清洗參數為: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，清洗后結晶器銅板微觀表面均勻平整，耐蝕性有明顯提高，結晶器銅板與鍍層之間能夠更好的結合。采用120~200目棕剛玉砂，0.6~1.0MPa的壓縮空氣進行噴砂處理，在銅板表面產生壓應力，提高其疲勞強度，同時分散結構體內的殘余應力，硬化工件表面，使處理后表面粗糙度Ra為1.25~5Mm，進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，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應力，硼酸作為緩沖劑，穩定電鍍液PH值在3.0~4.5 ;添加劑復合加入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針孔的機率，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。本技術方案所配比的電鍍液體系性能穩定，維護簡單方便，處理周期長，電鍍允許使用的電流密度高。
[0009]涂層制備時，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合力滿足要求。經試驗，超音速火焰噴涂的參數選為氧氣流量1700~2300GPH、氮氣流量5.0~6.5GPH、噴涂距離250~400mm時，陶瓷涂層與金屬涂層之間結合緊密，涂層的層狀結構明顯，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]本技術方案電鍍前增加超聲波清洗，調整噴砂處理的強度，確保銅板微觀表面均勻平整，提高銅板與鍍層的結合強度。采用電鍍鎳或鎳鈷合金層作為過渡層，增強了金屬陶瓷涂層與銅板的結合強度，過渡層比金屬陶瓷涂層更為致密，對銅板起到更加有效的保護作用，WC12CO為金屬陶瓷涂層，比過渡層具有更好的顯微硬度和結合強度，明顯提高了鍍層的性能；熱噴涂后進行真空熱處理，能夠進一步強化過渡層和金屬陶瓷涂層，增加與基體的結合強度，平整涂層，減少涂層的孔隙率。電鍍時優化配比電鍍液和選取最佳電鍍和熱噴涂工藝參數，所得金屬陶瓷涂層孔隙率低，結構致密，化學性能好、穩定性高，熱處理后顯微硬度可在1532~1746HV范圍內調整，耐磨性能優越，可以在高速連鑄機連鑄中得到廣泛的應用；內應力127~136MPa，涂層顯微硬度硬度高，內應力小，耐磨性和抗熱裂性能好，能夠確保鍍層不易開裂；涂層結合強度176~189MPa，具有優異的結合性能；陶瓷涂層的熱傳導率15.2~16.5ff/ (m.K)，為電鍍鎳合金層的1/6~1/5，減緩結晶器銅板基體表面的熱量，降低結晶器銅板高溫區熱裂紋，有效減緩結晶器內部尤其是彎月面處的熱傳導，可以在高速連鑄機連鑄中得到廣泛的應用。
【具體實施方式】實施例
[0011]一種連鑄結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(鈷含量占鍍層質量的0.5~30%)，厚度0.1mm~1.5mm ;
下面將從六組試驗對本發明做進一步說明。
[0012]六組試驗中，各連鑄結晶器銅板表面金屬陶瓷涂層成分如下表所示:
【權利要求】
1.一種連鑄結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:常規化學除油方法除油后，進行超聲波清理，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 吡啶丙烷磺酸內鹽0.2~1.5g/L 電鍍工藝參數為: DK1~15 A/dm2 PH3.0 ~4.5 T50 ~65 攪拌條件循環泵攪拌或空氣攪拌 電鍍后將鍍層加工至規定的尺寸； 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，氮氣流量5.0~6.5GPH,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，再用氬氣或氮氣冷卻降溫。
【文檔編號】C25D3/16GK103614724SQ201310591361
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月22日 優先權日:2013年11月22日
【發明者】朱書成, 徐文柱, 黃國團 申請人:西峽龍成特種材料有限公司