专利名称:铜铸模的制作方法
技术领域
本发明涉及一种在锌和/或硫存在下用于熔钢连续浇铸的铜铸模。
在锌和/或硫的存在下,使用熔钢连续浇铸的铜铸模,其最高热负荷的与熔钢相接触的区域会发生过早损伤。
作为组成成分的锌,例如熔化了的汽车废料(锌作为腐蚀保护层),与热的铜表面反应,并在扩散过程中形成易碎的α/β/γ-黄铜相。它们会剥落并导致裂纹形成。
硫,例如由于铸造助剂而存在的,与铜反应生成大体积易碎的硫化铜。它们也同样会剥落。就此而言,局部腐蚀形成的应力是理想化的裂纹形成的起始点。
从现有技术出发,本发明的任务是提供一种在锌和/或硫的存在下用于熔钢连续浇铸的铜铸模,它具有明显延长的保温时间,对热流并因此能对铜铸模的冷却性能无重要影响。
此任务由本发明权利要求1所述技术特征解决。
据其所述,在铜铸模中,热量最高负荷的与熔钢相接触的区域配置有扩散隔离层。
一种这样至少是单层的扩散隔离层可以按权利要求2,例如由金属或准金属组成,其锌和/或硫的溶解度在使用温度范围内可被忽略。属于这种材料的特别地是钌(Ru)、铼(Re)、钽(Ta)、硅(Si)、硼(B)、钨(W)、铬(Cr)和铌(Nb)。如果只有锌存在,还可以使用钼(Mo)、钛(Ti)、铑(Rh)和碲(Te)。
扩散隔离层可以在CVD(化学汽相沉积)或PVD(物理汽相沉积)工艺的帮助下直接涂覆到铜铸模的铜表面上去。
此外可以考虑的是,将此扩散隔离层涂覆在铬或者其他电镀层上。
此外,扩散隔离层可以作为涂覆例如由铬和/或镍组成的磨损层之前的中间层。
涂层类型的挑选取决于两方面因素。一方面,最重要是要满足扩散隔离的目的。另一方面,是要保证满足作为中间涂层或外涂层具有良好的粘结性的绝对必要的先决条件。
扩散隔离层组成的另一个可能性是氧化铬作为外层。在铜铸模的使用温度的范围内,其与锌和/或硫的溶解度可以被忽略。氧化铬可以通过热/化学处理(例如在处于氧化氛围中)而生成铬涂层。对此,其优点在于,不仅表面本身通过氧化物阻止了锌和/或硫向铬中扩散而被保护,并且本来一直存在于铬涂层中的大小裂纹也被该氧化物封闭。
除此以外,在本发明的范围中可以考虑,至少一种铬形式的铬层作为扩散隔离层被离析出来。对此,所谓无裂纹的、微小裂纹和标准化的硬质铬层可以被结合起来。此结合可以这样进行,即从涂层表面到基层物质通常没有裂纹或者在使用中也通常不产生裂纹。例如这样一种涂层结构是合适的,即其由无裂纹或微小裂纹的铬构成的中间层组成并在其上涂覆由标准硬质铬组成的外层。
本发明另外还允许一种由碳化物、氮化物、硼化物或氧化物及其混合物(例如由钛/铝(Ti/Al)和铬(Cr)基构成)形式构成的涂层作为扩散隔离层。在这些组成中,碳化物、氮化物和硼化物优选适合作为中间层。氧化物更适合作为外层成分使用。特别地,氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)、碳化铬(CrC)、氮化铬(CrN)、碳化钛(TiC)、氮化钛(TiN)、碳氮化钛(TiCN)、铝氮化钛(TiAlN)和硼化钛(TiB2)应用于本发明中是有益的。
同样通过将铝化合物,例如硝酸铝,涂覆到铜铸模表面,例如镀铬的表面,也可以构成扩散隔离层。通过这种涂覆,铸模的表面层完全被盐溶液所浸渍和渗透。通过适度温度下的灼烧使其在全部表面上以及在微小裂纹和敞开的微孔中分解为γ-氧化铝(Al2O3)。如此,锌和硫的扩散被阻止,并且因此阻止了黄铜的形成或硫腐蚀。借助毛刷或辊轧,通过浸渍、喷涂或涂抹的方式涂覆硝酸铝溶液。渗透保护性能可以通过多次的浸渍或涂抹进行增强。
同样也可以考虑,作为金属铸型材料的铜与作为耐磨损的镍连同前述的扩散隔离的组合。
按照权利要求3的特征,还可以通过用合适的漆、树脂或合成材料涂覆到铜铸模的表面,例如镀铬的表面上来获得扩散隔离层。特别合适的材料是硅基或环氧树脂基的漆、树脂或合成材料。用此涂覆方法,铜铸模的表面层被完全浸渍和渗透。通过转移到室温或较高温度下,在全部表面上的涂层以及存在于其下的涂层中微小裂纹和微孔中的涂层得以硬化或者氧化。如此,锌和硫的扩散被阻止,并且阻止了形成黄铜或硫腐蚀。
此外,根据权利要求4也可以考虑,此扩散隔离层可以由陶瓷材料构成。
如果此铜铸模由管状或者平面状的金属铸型组成,那么按权利要求5所述,将扩散隔离层优选涂覆在金属铸型的上半部分,在这里合适的是涂覆在该金属铸型长度的上四分之一或三分之一中。
特别地按权利要求6所述在管状或平面状的金属铸型上,将扩散隔离层设置在熔液液面(Badspiegel)高度区域中。在这个过程中,扩散隔离层被涂覆在一个满足在熔液液面波动时完完全全覆盖高热负荷接触面的高度上。通常此涂覆区域在熔液液面高度上下约±50mm范围内或者距管状或平面状金属铸型的上边缘约250mm的范围内。优选的范围是在距上边缘50mm和250mm之间,更优选的是在150mm到200mm之间。
按权利要求7所述,运动的金属铸型(铸轮、铸辊)具有扩散隔离层,其处于整个与熔钢接触的范围中。
内部试验显示,此扩散隔离层应该具有权利要求8所述的0.002mm到0.3mm的厚度。
该扩散隔离层的优选厚度按权利要求9所述是0.005mm到0.1mm。
按权利要求10所述特征可以构成一个多层涂层作为扩散隔离层。在多层涂层中,多个层和层材料是相互组合的。
下面按照附图所描述的实施例进一步地详细阐述本发明。


图1 在浇铸台上看金属铸型板的示意2 金属铸模管的示意性透视3 在铸模基材上涂覆的单层扩散隔离层的纵截面4 在铸模基材上涂覆的多层涂层的纵截面5 在铸模基材上涂覆的带有中间涂层的扩散隔离层的纵截面6 在铸模基材上涂覆的保护层上所涂覆的隔离层的纵截面图在图1中,用1表示由铜制成的金属铸型板。阴影区域2表明了与熔钢接触的最高热负荷区域。该区域配置有扩散隔离层3。熔液液面4用点划线表示。熔液液面4可以垂直波动,所以扩散隔离层3延伸到熔液液面4上下约50mm以覆盖区域2。换句话说,熔液液面4可以距平面金属铸型1的上边缘5约150mm到200mm。扩散隔离层3由金属材料构成。
图2表示一个管状金属铸型6。在这里同样描述了由金属/准金属材料构成的扩散隔离层7,其处在区域8中,并且距管状金属铸型6上边缘9约150mm到200mm。熔液液面10的高度范围约50mm。
图3表示铸模12的基材铜11的纵截面,该铸模12比如是一个平面状或管状金属铸型1、6或一个未详细阐明的运动的金属铸型,比如一个铸轮或铸辊。由例如氧化铝(Al2O3)组成的单层扩散隔离层13涂覆在基材11上。
图4中再次用11表示铸模12上的基材铜,基材11上涂覆有多层涂层14,其在实施例中由与基材11相接触的涂覆层为15氮化铬(CrN)、涂覆层16氧化铝(Al2O3)和作为外层的涂覆层17氮化钛(TiN)组成。
图5中同样用11表示铸模12上的基材铜。在基材11上涂覆一个例如由氮化铝(AlN)构成的扩散隔离层18。此外,一个例如由铬和/或镍构成的单层磨损层19,涂覆在基材11铜至扩散隔离层18的过渡区域上。
最后,图6再次表示铸模12的基材铜11,其上涂覆有由铬构成的保护层20,保护层20上有一个例如由氧化铝(Al2O3)构成的在保护层20的表面上厚度逐渐消失的扩散隔离层21。
附图标记1-金属铸型板2-1的范围3-扩散隔离层4-熔液液面5-1的上边缘6-管状金属铸型7-扩散隔离层8-6的范围9-6的上边缘10-熔液液面11-12的基材12-铸模13-扩散隔离层14-多层涂层15-14的层16-14的层17-14的层18-扩散隔离层19-磨损层20-保护层21-扩散隔离层
权利要求
1.用于含有锌和/或硫的熔钢连续浇铸的铜铸模,其在最高热负荷的与熔钢相接触的区域(2、8)中设置有扩散隔离层(3、7、13、14、18、21)。
2.权利要求1所述的铜铸模,其中扩散隔离层(3、7、13、14、18、21)由至少一种金属/准金属材料构成。
3.权利要求1所述的铜铸模,其中扩散隔离层(3、7、13、14、18、21)由漆、树脂或合成材料构成。
4.权利要求1所述的铜铸模,其中扩散隔离层(3、7、13、14、18、21)由一种陶瓷材料构成。
5.权利要求1至4之一所述的铜铸模,其中扩散隔离层(3、7、13、14、18、21)被配置在管状或平面状金属铸型(6、1)的上半部分。
6.权利要求1至5之一所述的铜铸模,其中扩散隔离层(3、7、13、14、18、21)被配置在管状或平面状金属铸型(6、1)上的熔液液面(4、10)高度的区域中。
7.权利要求1至4之一所述的铜铸模,其中扩散隔离层(3、7、13、14、18、21)在运动的金属铸型的整个与熔钢接触的范围中。
8.权利要求1至7之一所述的铜铸模,其中扩散隔离层(3、7、13、14、18、21)的厚度为0.002mm至0.3mm。
9.权利要求1至8之一所述的铜铸模,其中扩散隔离层(3、7、13、14、18、21)的厚度为0.005mm至0.1mm。
10.权利要求1至9之一所述的铜铸模,其中扩散隔离层(14)作为多层涂层面构成。
全文摘要
在锌和/或硫的存在下用于熔钢连续浇铸的铜铸模(1),其在最高热负荷的与熔钢相接触的区域(2)具有至少是单层的至少由金属/准金属材料制成的扩散隔离层(3)。
文档编号B22D11/059GK1493415SQ0315889
公开日2004年5月5日 申请日期2003年6月17日 优先权日2002年6月17日
发明者H-J·赫姆施梅尔, R·雷斯曼, J·默克, D·罗德, G·胡根舒特, H·舒尔兹, F·麦瓦尔德, H-G·沃伯克, , H-J 赫姆施梅尔, 叨, 嫣, 孤, 植 申请人:Km欧洲钢铁股份有限公司
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