连铸结晶器长边铜板复合涂层的制备方法与流程

本发明属于材料表面改性领域，尤其涉及一种连铸结晶器长边铜板复合涂层的制备方法。

背景技术：

连铸是生产钢坯的主要方法之一，而结晶器是连铸机组的核心部件，在连铸中起关键作用，其原理是将熔融金属快速冷却并凝固，进而形成具有足够厚度的凝壳，避免钢带移向二次冷却时出现跑钢现象，即在连铸生产工艺中起到凝固钢液和形成坯壳的作用。结晶器的使用性能直接或间接的影响连铸坯的质量和生产率。现有热喷涂技术已较好地解决了结晶器短边铜板的三个重要因素：涂层特性、涂层结合力和结晶器铜板母材特性维持，并使这三个重要因素得到了良好的综合匹配，涂层具有较好的耐磨损和抗高温腐蚀性能，与电镀镀层相比可大幅度地提高结晶器铜板的使用寿命。但目前少有热喷涂技术在连铸结晶器长边铜板的应用案例，中国专利申请（cn103834896a）公开了一种连铸结晶器长边铜板涂层热喷涂方法，其虽然解决了长边铜板的热喷涂问题，但由于单一涂层的应力较大，铜板变形严重，影响到后期的现场安装，同时，铜板上口涂层的耐蚀性和导热性相对较差，降低了铜板的使用寿命。另一中国专利申请（cn104759596a）公开了一种长寿命复合涂层连铸结晶器铜板及其制备工艺，其采用铜板上口部分电镀金属镍、下部热喷涂涂层的方法来解决结晶器铜板上下性能的不同需求，但这一方法铜板需要经过电镀和热喷涂两道工艺，不但制作工艺复杂，成本较高，而且难以消除电镀层和热喷涂层的界限条纹，存在损伤隐患，高端用户难以接受。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种连铸结晶器长边铜板复合涂层的制备方法，本方法可方便制备连铸结晶器长边铜板涂层，制得的涂层与铜板基材本体结合强度高，且铜板变形较小，具有良好导热、耐高温腐蚀磨损性能，显著提高连铸结晶器长边铜板的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明连铸结晶器长边铜板复合涂层的制备方法包括如下步骤：

步骤一、对连铸结晶器长边铜板表面机加工，去除原始镀层或疲劳层，加工成待喷涂表面；

步骤二、对长边铜板待喷涂表面采用丙酮进行除油处理，采用有机溶剂、碱液、丙酮、酒精进行清洗和活化处理；

步骤三、对长边铜板待喷涂表面进行喷砂处理，喷砂处理后表面粗糙度控制在ra6-8；

步骤四、在长边铜板待喷涂表面热喷涂低应力涂层，低应力涂层材料为镍基合金粉末，其中：c含量≤0.08w％、cr含量0～3.5w％、b含量≤3.5w％、si含量≤2.5w％，余量为ni；

步骤五、在距离长边铜板上口长边铜板总长的四分之一至三分之一以下部位热喷涂工作涂层，工作涂层材料为在低应力涂层材料的基础上掺入10～40w%的wc、cr2c3或tic，或它们的混合物粉末，工作涂层由上至下厚度逐步增加并且平滑过渡；

步骤六、对热喷涂后的长边铜板进行在n2气保护下的热处理，热处理温度为700～1100℃，使涂层与铜板基体之间形成冶金结合。

进一步，所述低应力涂层和工作涂层采用超音速火焰喷涂。

进一步，所述低应力涂层和工作涂层的厚度分别为0.1～0.4mm和0.1～0.8mm。

由于本发明连铸结晶器长边铜板复合涂层的制备方法采用了上述技术方案，即本方法首先对长边铜板表面进行预处理形成待喷涂表面；待喷涂表面热喷涂低应力涂层，低应力涂层材料为镍基合金粉末；然后在距离长边铜板上口长边铜板总长的四分之一至三分之一以下部位热喷涂工作涂层，工作涂层材料为在镍基合金粉末的基础上掺入一定量的wc、cr2c3或tic，或它们的混合物粉末，工作涂层由上至下厚度逐步增加并且平滑过渡；对热喷涂后的长边铜板进行在n2气保护下的热处理，使涂层与铜板基体之间形成冶金结合。本方法可方便制备连铸结晶器长边铜板涂层，制得的涂层与铜板基材本体结合强度高，且铜板变形较小，具有良好导热、耐高温腐蚀磨损性能，显著提高连铸结晶器长边铜板的使用寿命。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为采用方法制备得到的复合涂层示意图。

具体实施方式

实施例如图1所示，本发明连铸结晶器长边铜板复合涂层的制备方法包括如下步骤：

步骤一、对连铸结晶器长边铜板1表面机加工，去除原始镀层或疲劳层，加工成待喷涂表面；

步骤二、对长边铜板1待喷涂表面采用丙酮进行除油处理，采用有机溶剂、碱液、丙酮、酒精进行清洗和活化处理；

步骤三、对长边铜板1待喷涂表面进行喷砂处理，喷砂处理后表面粗糙度控制在ra6-8；

步骤四、在长边铜板1待喷涂表面热喷涂低应力涂层2，低应力涂层2材料为镍基合金粉末，其中：c含量≤0.08w％、cr含量0～3.5w％、b含量≤3.5w％、si含量≤2.5w％，余量为ni；

步骤五、在距离长边铜板1上口长边铜板1总长的四分之一至三分之一以下部位热喷涂工作涂层3，工作涂层3材料为在低应力涂层材料的基础上掺入10～40w%的wc、cr2c3或tic，或它们的混合物粉末，工作涂层3由上至下厚度逐步增加并且平滑过渡；

步骤六、对热喷涂后的长边铜板1进行在n2气保护下的热处理，热处理温度为700～1100℃，使涂层与铜板基体之间形成冶金结合。

优选的，所述低应力涂层2和工作涂层3采用超音速火焰喷涂。超音速火焰喷涂是通过燃料和氧气在喷枪燃烧室混合燃烧，高速燃烧火焰携带喷涂的粉末粒子从枪管高速喷出在铜板基体上沉积形成涂层；由于粉末粒子以高速、高动能和相对较低的受热，能够制得高致密度、高结合强度、低氧化和材料成分变化小的涂层。

优选的，所述低应力涂层2和工作涂层3的厚度分别为0.1～0.4mm和0.1～0.8mm。

实施例1：

将结晶器长边铜板基材表面机加工，去除原始镀层或疲劳层，加工成待喷涂表面，对基体表面进行除油和喷砂预处理，首先采用低应力粉末材料成分重量百分比为：0.02％c、2.5％cr、1.5％si、2.5％b、ni余量，通过超音速喷涂方式对长边铜板整个待喷涂表面进行喷涂制作，涂层厚度为0.24mm，随后对长边铜板距离上口三分之一及以下部位进行喷涂，该喷涂采用低应力粉末材料中加入30％重量百分比wc粉末做为工作涂层材料，形成涂层厚度并由上至下涂层厚度逐步增加达到0.2～0.6mm；其后在n2气保护和700～1100℃条件下对长边铜板进行热处理，使复合结构涂层与铜板基体实现冶金结合，表面机械加工至设计尺寸。

实施例2：

对结晶器长边铜板基材表面进行磨削加工，对待喷基体表面进行除油和喷砂预处理，首先采用低应力粉末材料成分重量百分比为：0.02％c、1.8％cr、2.5％si、1.2％b、ni余量，通过超音速喷涂方式对长边铜板整个待喷涂表面进行喷涂制作，涂层厚度为0.18mm，随后对长边铜板距离上口四分之一至下端部位进行喷涂，先采用低应力粉末材料中加入15％重量百分比cr2c3粉末做为工作涂层材料，形成涂层厚度并由上至下涂层逐步增加达到0.1～0.4mm；然后对长边铜板下端三分之一部位进行喷涂，采用低应力粉末材料中加入35％重量百分比cr2c3粉末作为工作层材料，形成涂层厚度由上至下涂层逐步增加达到0.2～0.4mm；其后在n2气保护和800～110℃条件下对长边铜板进行热处理，使复合结构涂层与铜板基体实现冶金结合，表面机械加工至设计尺寸。

实施例3：

将结晶器长边铜板基材加工成待喷涂表面，对基体表面进行除油和喷砂预处理，首先采用低应力粉末材料成分重量百分比为：0.03％c、2.5％si、1.5％b、ni余量，通过超音速喷涂方式对长边铜板整个待喷涂表面进行喷涂制作，涂层厚度为0.20mm，随后对长边铜板距离上口四分之一及以下部位进行喷涂，采用低应力粉末材料中加入25％重量百分比tic粉末做为工作涂层材料，形成涂层厚度，并由上至下涂层逐步增加达到0.1～0.8mm；其后在n2气保护和700～110℃条件下对长边铜板进行热处理，使复合结构涂层与基体实现冶金结合，表面机械加工至设计尺寸。

本方法在结晶器长边铜板的上口部位和基体结合底层喷涂一种高导热性、高耐蚀性并与基体结合性能良好的低应力涂层，使得在连铸生产过程中，结晶器上口的高温部位涂层能够快速导热，不易产生热腐蚀裂纹造成涂层剥落。而结晶器上口以下部位涂层工作涂层采用掺杂复合金属陶瓷结构，在保证导热和结合性能的前提下，提高涂层的耐磨损性能。制得的复合涂层能够满足现场实际生产对结晶器铜板上下部位的不同性能需求。

本方法所制备的复合结构涂层与传统热喷涂层的层状结构完全不同，具有涂层与基体以及涂层内部结合良好的材料特征，有利于热传导，同时其渐变的涂层性能能够更好的与连铸坯生产过程中对结晶器不同部位的工况需求相匹配。通过超音速火焰喷涂一次完成整个涂层的制作过程，经过热处理和后期涂层磨削加工后，涂层表面上下部位状态均匀一致，不存在表面分界现象，能够满足高端用户的使用需求。

本方法具有以下特点：

1.铜板上口及与基体结合层所选择的材料具有应力小、韧性高、导热性好、耐高温腐蚀的特点，不易产生裂纹和涂层部落，更适应该部位的使用需求；

2.陶瓷相的引入，能够明显改善涂层的耐磨损性能，满足结晶器下口与铸坯之间磨损强度增加的需求；

3.镍基合金经过热处理形成结合底层，实现了涂层与基体之间完全的冶金结合满足结晶器高负荷的工况需求；

低应力涂层和渐变工作涂层不但使得上口部位导热性能和耐蚀性能提高，而且还降低了整个涂层的内应力，铜板的变形量明显减小，涂层可以更薄，减小了涂层的后加工量，降低制作成本。