一种连铸结晶器表面电镀加激光熔覆强化的方法
【专利摘要】本发明提供了一种连铸结晶器表面电镀加激光熔覆强化的方法，通过合理构建梯度涂层，提高连铸结晶器的使用寿命和表面质量。该方法包括：对结晶器表面进行除油、冲洗；采用电镀工艺，在结晶器表面施加0.1-1mm的纯镍或镍基合金镀层；将电镀层表面进行清洁和毛化处理；采用高功率CO2或YAG或半导体或光纤激光器在镀层表面直接送粉进行激光熔覆扫描；对涂层表面进行机加工，满足尺寸精度与表面光洁度要求。本发明以镀镍层为中间涂层，解决了在结晶器铜基体难以直接制备与基体形成冶金结合的激光熔覆涂层；而且熔覆涂层制备不受激光波长的影响，可任意选择激光器。并且缓解了电镀所带来的环境污染问题。
【专利说明】一种连铸结晶器表面电镀加激光熔覆强化的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及连铸结晶器表面复合强化的方法，尤其是一种连铸结晶器表面电镀加激光熔覆强化的方法。
【背景技术】
[0002]结晶器是连铸机水冷的钢锭模，被称为连铸机的“心脏”，其表面质量直接影响连铸坯表面质量、连铸机拉拔速度和连铸作业率等指标。在高温钢水的长期冲刷下，结晶器铜板表面会产生热裂纹、磨损和腐蚀等损伤，而表面的局部损坏又往往造成整个零件失效，最终导致设备报废。因此，提高结晶器铜板表面的耐磨性和耐蚀性对提高其寿命、降低产品成本具有重要意义。
[0003]目前广泛使用的铜质结晶器一般采用电镀、化学镀、复合镀和热喷涂等方法进行表面改性，但其涂层与基体多为机械结合，结合强度较差，效果不佳。特别是对于广泛采用的电镀工艺而言，电镀工艺周期长，镀层在使用过程中容易出现剥落现象。因此如何选用合适的工艺，制备适当的耐磨耐蚀涂层就显得尤为重要。
[0004]由于激光熔覆工艺具有对环境无污染、无辐射、低噪声的优点，还具有生产率高、能耗低、熔覆层加工余量小、成品率高以及综合成本低等特点。采用激光熔覆技术来提高结晶器使用寿命成为目前研究的热点。查阅公开专利文献，得到以下相关内容:
[0005]中国专利CN1932082申请公开了在结晶器表面激光快速熔覆制备耐磨抗热复合涂层工艺。其特点在于利用高功率激光器，通过激光快速扫描在结晶器铜板表面熔覆与基体成冶金结合的良好的韧性打底过渡层，并通过激光宽带熔覆，在打底合金表面制备耐磨及抗热性能优良的钴基合金。
[0006]中国专利CN101294282申请公开了连铸结晶器铜金属表面涂层的一种新方法。该方法提出一种可以在连铸结晶器铜金属表面熔覆一层其他金属涂层的方法，基本特征是:将待熔覆金属粉末(可以是单一金属或合金)、薄片或细丝，置于连铸结晶器铜金属本体表面，利用高峰值功率的脉冲激光束照射金属表面，将待熔覆金属和铜金属本体表面同时熔化，当激光脉冲结束后待熔覆金属与铜金属本体表面形成冶金结合熔覆。重复上述的操作可以形成一个大面积的薄层熔覆层，在前一个熔覆薄层上重复操作，可以形成新的熔覆层，直至所需一定厚度的熔覆层，控制每一层的平面截面形状，所有这些截面形状的组合可以形成具有一定的立体形状的熔覆层。
[0007]中国专利CN101643901公开了一种结晶器表面激光熔覆的合金涂层及其制备方法。此合金涂层由镍基自熔性合金粉末组成，经激光熔覆后，在结晶器表面获得优质涂层，一方面能满足结晶器的快速导热的基本性能要求，另一方面增加结晶器表面的耐磨性和耐热冲蚀性能。
[0008]中国专利CNlO 1532133公开了一种铜基结晶器表面激光熔敷方法，采用混合模CO2激光束熔化0.3?0.5mm的镍基过渡层；再采用超音速喷涂制备厚度为0.6?1.0mm的镍基或钴基合金工作层，并用混合模CO2激光束熔化，再加工成光滑的表面。[0009]中国专利CN101775525公开了一种连铸结晶器铜板激光熔覆钴基合金涂层材料及工艺。采用Nd = YAG激光将配好的钴基合金熔覆在结晶器铜板表面。
[0010]综合以上公开的激光熔敷技术，还有存在一些关键问题需要解决:(1)由于铜结晶器的导热性能良好、比热容小、浸湿性能差、对光斑的反射率较大，激光产生的热量在其表面不易停留，导致激光熔覆涂层与基体很难形成冶金结合，特别是对于10.6 Pm波长的CO2激光器来说更是不易；(2)部分专利申请采用高功率YAG脉冲激光，虽然解决了激光吸收的问题，但设备加工效率低，不适于大面积熔覆加工；(3)铜结晶器表面热裂纹依然难以消除。
【发明内容】
[0011]本发明提供了一种连铸结晶器表面电镀加激光熔覆强化的方法，通过合理构建梯度涂层，提高连铸结晶器的使用寿命和表面质量。
[0012]本发明提供的一种连铸结晶器表面电镀加激光熔覆强化的方法包括以下步骤:
[0013]a.首先活化连铸结晶器铜板的表面，采用无水乙醇和丙酮对结晶器表面进行除油，然后用45?50°C热水冲刷一次,然后再用去离子水冲洗；
[0014]b.采用电镀工艺，在结晶器表面施加0.1?1_的纯镍或镍基合金镀层；
[0015]c.将电镀层表面进行清洁和毛化处理；
[0016]d.采用高功率CO2或YAG或半导体或光纤激光器在镀层表面直接将镍基或钴基高温合金粉末进行激光熔覆扫描，YAG激光器激光功率为300-5000W，CO2、半导体和光纤激光器为1000-10000W，扫描速度在lmm/s-20mm/s，涂层厚度在0.3_2mm ；
[0017]e.对涂层表面进行机加工，满足尺寸精度与表面光洁度要求。
[0018]所述一种连铸结晶器表面电镀加激光熔覆强化的方法，在步骤c之后，首先采用热喷涂方法将镍基或钴基高温合金粉末预置在镀层表面，再进行步骤d。
[0019]本发明与现有同类方法相比，其显著的有益效果体现在:
[0020](I)以镀镍层为中间涂层，解决了在结晶器铜基体难以直接制备与基体形成冶金结合的激光熔覆涂层；而且熔覆涂层制备不受激光波长的影响，可任意选择激光器。
[0021](2)激光熔覆工艺的效率要远大于电镀工艺；
[0022](3)缓解了电镀所带来的环境污染问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是连铸结晶器表面电镀加激光熔覆强化功能梯度涂层示意图，
[0024]图中:1_激光熔覆层；2-电镀层；3_铜基体。
[0025]图2是激光熔覆层与电镀涂层结合金相图谱。
【具体实施方式】
[0026]下面通过实施例来详细说明本发明的技术方案。
[0027]a.首先活化和连铸结晶器铜板的表面，采用无水乙醇和丙酮对结晶器表面进行除油，然后用45?50°C热水冲刷一次,然后再用去离子水冲洗；
[0028]b.采用电镀工艺，镀液组成为硫酸镍280g/L，氯化镍45g/L，硼酸40g/L，十二烷基磺酸钠0.002g/L，纳米级a -Al2030-5g/L，在镀液pH值为3.8?4.6，电流密度为3.5A/dm2，脉冲电源频率为1000Hz，电镀时间为IOh的工艺条件下进行施镀，在结晶器表面施加0.1?Imm的纯镍或镍基合金镀层；
[0029]c.将电镀层表面进行打磨和丙酮清洗；
[0030]d.利用0)2激光设备，采用往返搭接扫描方式，选用高温Co基合金粉末在电镀层表面进行激光熔覆，在电镀层表面涂敷Imm厚的高温合金涂层，激光功率为3800W，扫描速度为4mm/s ；
[0031]e.对涂层表面进行机加工，满足尺寸精度与表面光洁度要求。
【权利要求】
1.一种连铸结晶器表面电镀加激光熔覆强化的方法，其特征是该方法包括以下步骤: a.首先活化连铸结晶器铜板的表面，采用无水乙醇和丙酮对结晶器表面进行除油，然后用45?50°C热水冲刷一次,然后再用去离子水冲洗； b.采用电镀工艺，在结晶器表面施加0.1?Imm厚的纯镍或镍基合金镀层； c.将电镀层表面进行清洁和毛化处理； d.采用高功率CO2或YAG或半导体或光纤激光器在镀层表面直接将镍基或钴基高温合金粉末进行激光熔覆扫描，YAG激光器激光功率为300-5000W，CO2、半导体和光纤激光器为1000-10000W，扫描速度在 lmm/s-20mm/s，涂层厚度在 0.3_2mm ； e.对涂层表面进行机加工，满足尺寸精度与表面光洁度要求。
2.根据权利要求1所述的一种连铸结晶器表面电镀加激光熔覆强化的方法，其特征是在步骤c之后，首先采用热喷涂方法将镍基或钴基高温合金粉末预置在镀层表面，再进行步骤d。
【文档编号】C23C24/10GK103447485SQ201310298639
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年7月16日 优先权日:2013年7月16日
【发明者】张俊巍, 王一雍, 包硕 申请人:辽宁科技大学