结晶器铜辊表面的改性方法
【专利摘要】本发明涉及一种结晶器铜辊表面的改性方法，包括：对结晶器表面进行机加工处理，去除结晶器表面的氧化层和缺陷；对结晶器的初始尺寸进行检测，确定结晶器表面的修复尺寸；对结晶器表面进行镀前预处理；在结晶器表面化学镀单层镍基合金，化学镀所得镀层为在厚度方向上各元素比例保持不变的均匀合金镀层、或者元素比例渐变的梯度合金镀层、或者掺杂纳米级颗粒的复合镀层；当结晶器表面的镀层厚度达到修复尺寸要求时，结束化学镀，对镀层进行热处理，并对结晶器表面进行第二次机加工，使结晶器的尺寸满足使用要求。本发明提供的结晶器铜辊表面的改性方法，使结晶器表面镀层致密均匀、内应力低，与基体结合强度高，有效实现了对结晶器本体的保护。
【专利说明】结晶器铜辊表面的改性方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料【技术领域】，尤其涉及一种基于化学镀的结晶器铜辊表面的改性方法。
【背景技术】
[0002]非晶或纳米晶态合金制取的基本原理是急冷凝固，需满足冷却速度大于IO5?IO8oC /S。因此冷却体就必须在长时间浇注钢水的条件下温度不能不断升高，表面能保持恒定的光洁度和几何形状。冷却带的移动速度按照合金不同应大于15?30m/s。非晶或纳米晶结晶器的辊套要求其材质导热系数大，硬度高，并且该材料和欲制取的非晶态合金具有较好的浸润性。在非晶或纳米晶合金制备的过程当中，接触钢液的结晶器表面温度约为600°C，而当结晶器制备出非晶或纳米晶合金后，其接触钢液的结晶器表面暴露于空气之中，其表面温度骤降至约200°C。结晶器也同样连续处于冷热交替的环境当中。因此，结晶器表面应具有良好的抗冷热疲劳性能、良好的导热性能、较好的机械强度以及较好的耐磨性和耐腐蚀性。
[0003]由于非晶或纳米晶结晶器所处的工作环境比较恶劣，因此结晶器的本体铜材料作为直接工作面与钢水进行接触进行生产时，对结晶器本体会造成比较严重的破坏。因此在实际使用时，需要在其表面制作一层高性能的涂层，该涂层一方面可以调节结晶器的热传导系数，以使表面上的热交替过程更加均匀高效，另一方面还可以对结晶器本体进行保护，减轻浇铸时产生的热应力和机械应力对结晶器本体造成的损伤，从而延长结晶器的使用寿命，降低了非晶或纳米晶合金的生产成本，提高了生产效率和产品质量。
[0004]现有技术中采用激光熔覆、喷涂、堆焊、电镀、化学镀等表面改性技术对结晶器表面进行修复。但是，激光熔覆、热喷涂、堆焊的方法会不可避免的带来由于高温引起的涂层材料及基体的物化性质恶化、材料氧化、材料的高热应力、基体膨胀变形等问题。冷喷涂技术虽然可以避免由于高温带来的上述问题，但其涂层与基体的结合强度不佳，尤其在冷热交替剧烈的非晶或纳米晶合金生产过程中，更要求涂层与结晶器本体具有良好的结合强度。电镀的方法具有良好的结合强度，但是其镀层孔隙率较多，生产的非晶、纳米晶带材带面质量相对较差。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种结晶器铜辊表面的改性方法。经过这种方法处理后的结晶器表面镀层致密均匀、内应力低，与基体结合强度高，有效的提高铜辊的表面硬度、耐磨损性、高温抗软化性以及抗冷热疲劳性能，减小钢水对结晶器铜辊表面的腐蚀，实现了对非晶、纳米晶结晶器本体的保护。
[0006]在第一方面，本发明提供了一种结晶器铜辊表面的改性方法，所述方法包括:
[0007]对结晶器表面进行机加工处理，去除所述结晶器表面的氧化层和缺陷；
[0008]对所述结晶器的初始尺寸进行检测，确定结晶器表面的修复尺寸；[0009]对所述结晶器表面进行镀前预处理；
[0010]在所述结晶器表面化学镀单层镍基合金，化学镀所得镀层为在厚度方向上各元素比例保持不变的均匀合金镀层、或者元素比例渐变的梯度合金镀层、或者掺杂纳米级颗粒的复合镀层；其中，所述镍基合金中镍的含量为1%-100%，所述镍基合金具体为二元镍基合金、三元镍基合金或者多元镍基合金中的一种；所述梯度合金镀层具体通过改变化学镀液的浓度、温度、PH值和搅拌强度来获得，所述掺杂纳米级颗粒的复合镀层通过在镀液中掺杂固体颗粒或纤维获得；
[0011]当所述结晶器表面的镀层厚度达到修复尺寸要求时，结束化学镀，对所述镀层进行热处理，并对所述结晶器表面进行第二次机加工，使所述结晶器的尺寸满足使用要求。
[0012]优选的，所述机加工的过程包括:车削、喷砂拉毛、修模。
[0013]优选的，所述有机溶剂包括汽油、甲基乙基酮、丙酮、苯、溶剂石脑油、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯、三氯乙烷中的任意一种。
[0014]优选的，所述酸浸蚀包括:化学酸浸蚀和电化学酸浸蚀；所述酸浸蚀采用的酸包括:盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、醋酸、氢氟酸中的任意一种。
[0015]优选的，所述二元镍基合金包括:Ni_P合金或N1-B合金；所述三元镍基合金为在所述二元镍基合金中增加W、Mo、Fe、Cu、Ru、V、Cr、Sn、Zn、Re、Ag中的任意一种元素形成的合金；所属多元合金为在所述二元镍基合金中增加W、Mo、Fe、Cu、Ru、V、Cr、Sn、Zn、Re、Ag中的任意两种或以上元素形成的合金。
[0016]优选的，所述固体颗粒具体为:Al203、Cr203、Fe203、Ti02、Zr02、Th02、Si02、Ce02、Be02、MgO、CdO, SiC、TiC、WC、VC、ZrC, TaC, Cr3C2, B4C, BN、ZrB2, TiN、Si3N4' WSi2、PTFE, MoS2' WS2、CaF2、BaS04、SrS04、ZnS、CdS、TiH2、聚四氟乙烯、金刚石和石墨中的任意一种；所述纤维具体为:纳米碳纤维或纳米碳管。
[0017]优选的，所述镀前预处理包括:采用有机溶剂清洗、碱脱脂、电解脱脂、乳化剂脱月旨、超声波脱脂、酸浸蚀及活化处理。
[0018]优选的，在所述结晶器表面化学镀单层镍基合金之前，所述方法还包括，先在所述结晶器表面镀一层纯银的预镀层，所述预镀层的厚度为0.005?5mm。
[0019]优选的，所述对所述镀层进行热处理具体为，对所述镀层进行烘箱加热或者表面火焰强化。
[0020]优选的，所述化学镀的过程在卧式镀槽或立式镀槽中进行。
[0021]本发明提供了一种结晶器铜辊表面的改性方法。经过这种方法处理后的结晶器表面镀层致密均匀、内应力低，与基体结合强度高。有效的提高铜辊的表面硬度、耐磨损性、高温抗软化性以及抗冷热疲劳性能，减小钢水对结晶器铜辊表面的腐蚀，实现了对非晶、纳米晶结晶器本体的保护，达到延长铜辊使用寿命，降低非晶、纳米晶的生产成本，提高带材产品质量及生产效率的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明实施例提供的结晶器铜辊表面的修复方法流程图；
[0023]图2为本发明实施例提供的结晶器铜辊表面化学镀N1-P镀层后制备的非晶带材的XRD谱图。【具体实施方式】
[0024]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0025]图1为本发明实施例一提供的结晶器铜辊表面的修复方法流程图，如图1所示，所述方法包括:
[0026]步骤110，对结晶器表面进行机加工处理，去除结晶器表面的氧化层和缺陷；
[0027]结晶器是指应用于制造非晶或纳米晶合金带材的结晶器，其中，机加工的过程包括:车削、喷砂拉毛、修模等。
[0028]步骤120，对结晶器的初始尺寸进行检测，确定结晶器表面的修复尺寸；
[0029]具体的，采用测厚仪对结晶器的初始尺寸进行检测，获得铜辊表面的平整度初始数据，根据这个数据和所需的镀层厚度确定结晶器表面的修复尺寸。
[0030]步骤130，对结晶器表面进行镀前预处理；
[0031]镀前预处理包括采用有机溶剂清洗、碱脱脂、电解脱脂、乳化剂脱脂、超声波脱脂、酸浸蚀及活化处理。
[0032]具体的，有机溶剂包括汽油、甲基乙基酮、丙酮、苯、溶剂石脑油、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯、三氯乙烷中的任意一种。
[0033]酸浸蚀包括化学酸浸蚀和电化学酸浸蚀；所述酸浸蚀采用的酸包括:盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、醋酸、氢氟酸中的任意一种。
[0034]步骤140，在所述结晶器表面化学镀单层镍基合金，化学镀所得镀层为在厚度方向上各元素比例保持不变的均匀合金镀层、或者元素比例渐变的梯度合金镀层、或者掺杂纳米级颗粒的复合镀层；其中，所述镍基合金中镍的含量为1%?100%，所述镍基合金具体为二元镍基合金、三元镍基合金或者多元镍基合金中的一种；所述梯度合金镀层具体通过改变化学镀液的浓度、温度、PH值和搅拌强度来获得，所述掺杂纳米级颗粒的复合镀层通过在镀液中掺杂固体颗粒或纤维获得；
[0035]其中，二元镍基合金包括:Ni_P合金或N1-B合金；所述三元镍基合金为在所述二元镍基合金中增加W、Mo、Fe、Cu、Ru、V、Cr、Sn、Zn、Re、Ag中的任意一种元素形成的合金；所属多元合金为在所述二元镍基合金中增加W、Mo、Fe、Cu、Ru、V、Cr、Sn、Zn、Re、Ag中的任意两种或以上元素形成的合金。
[0036]固体颗粒具体为:A1203>Cr2O3> Fe2O3' TiO2' ZrO2, ThO2' SiO2, CeO2, BeO2' MgO、CdO,SiC、TiC、WC、VC、ZrC、TaC、Cr3C2、B4C、BN、ZrB2、TiN、Si3N4、WSi2、PTFE、MoS2、WS2、CaF2、BaS04、SrSO4, ZnS, CdS, TiH2、聚四氟乙烯、金刚石和石墨中的任意一种；
[0037]纤维具体为:纳米碳纤维或纳米碳管。
[0038]步骤150，当所述结晶器表面的镀层厚度达到修复尺寸要求时，结束化学镀，对所述镀层进行热处理，并对所述结晶器表面进行第二次机加工，使所述结晶器的尺寸满足使用要求。
[0039]其中，对镀层进行热处理可以是对镀层进行烘箱加热或者表面火焰强化。
[0040]通常的，修复尺寸都会大于最终需要的尺寸，以便于为第二次机加工留出余量。二次机加工的目的是为了对镀层进行修复，使之在表面各处的厚度一致性更好，更均匀。在第二次机加工后的结晶器的尺寸能够满足使用要求。[0041]优选的，在结晶器表面化学镀单层镍基合金之前，还可以先在结晶器表面镀一层纯银的预镀层，预镀层的厚度控制在0.005~5_。然后再对结晶器表面化学镀单层镍基合金，最后在结晶器表面最外镀层再电镀一层铬，使结晶器表面形成多层镀层。采用预镀层的工艺可以提闻锻层与结晶器基体的结合力。
[0042]本发明实施例一提供的结晶器铜辊表面的改性方法，通过在结晶器表面化学镀单层镍基合金，使经过这种方法处理后的结晶器表面镀层致密均匀、内应力低，与基体结合强度高。有效的提高铜辊的表面硬度、耐磨损性、高温抗软化性以及抗冷热疲劳性能，减小钢水对结晶器铜辊表面的腐蚀，实现了对非晶、纳米晶结晶器本体的保护，达到延长铜辊使用寿命，降低非晶、纳米晶的生产成本，提高带材产品质量及生产效率的目的。
[0043]下面以实施例二至实施例八的具体的实例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
[0044]实施例二
[0045]本实施例所采用的结晶器铜辊表面的改性方法包括如下步骤:
[0046]1、对结晶器铜辊表面进行机加工处理，去除表面氧化层和缺陷部位。
[0047]2、使用酒精清洗基体表面的油污和金属渣屑，然后用清水进行清洗。
[0048]3、使用化学用常规碱性脱脂溶剂擦拭基体表面，溶液温度为50°C左右，然后清水进行清洗。
[0049]4、对结晶器铜辊表面进行电解除油，结晶器浸于除油液中，除油温度为75°C，电流密度4.5A/dm2,处理时间为4分钟，然后吊出，用清水冲洗。
[0050]5、使用15%的稀盐酸对结`晶器铜辊表面进行活化处理，浸蚀时间为I分钟，然后用清水冲洗。
[0051]6、对结晶器表面化学镀N1-P合金，镀液温度为85°C，pH为9_10，镀液采用空气搅拌，所得N1-P镀层中P的质量比约为7%，采用卧式化学镀槽，结晶器转速为4转/分钟，化学镀液组成配比如表1所示。
[0052]
【权利要求】
1.一种结晶器铜辊表面的改性方法，其特征在于，所述方法包括: 对结晶器表面进行机加工处理，去除所述结晶器表面的氧化层和缺陷； 对所述结晶器的初始尺寸进行检测，确定结晶器表面的修复尺寸； 对所述结晶器表面进行镀前预处理； 在所述结晶器表面化学镀单层镍基合金，化学镀所得镀层为在厚度方向上各元素比例保持不变的均匀合金镀层、或者元素比例渐变的梯度合金镀层、或者掺杂纳米级颗粒的复合镀层；其中，所述镍基合金中镍的含量为1%?100%,所述镍基合金具体为二元镍基合金、三元镍基合金或者多元镍基合金中的一种；所述梯度合金镀层具体通过改变化学镀液的浓度、温度、PH值和搅拌强度来获得，所述掺杂纳米级颗粒的复合镀层通过在镀液中掺杂固体颗粒或纤维获得； 当所述结晶器表面的镀层厚度达到修复尺寸要求时，结束化学镀，对所述镀层进行热处理，并对所述结晶器表面进行第二次机加工，使所述结晶器的尺寸满足使用要求。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机加工的过程包括:车削、喷砂拉毛、修模。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂包括汽油、甲基乙基酮、丙酮、苯、溶剂石脑油、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯、三氯乙烷中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸浸蚀包括:化学酸浸蚀和电化学酸浸蚀；所述酸浸蚀采用的酸包括:盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、醋酸、氢氟酸中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二元镍基合金包括=N1-P合金或N1-B合金；所述三元镍基合金为在所述二元镍基合金中增加W、Mo、Fe、Cu、Ru、V、Cr、Sn、Zn、Re、Ag中的任意一种元素形成的合金；所属多元合金为在所述二元镍基合金中增加W、Mo、Fe、Cu、Ru、V、Cr、Sn、Zn、Re、Ag中的任意两种或以上元素形成的合金。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固体颗粒具体为:Al203、Cr203、Fe203、TiO2' ZrO2, ThO2' SiO2, CeO2, BeO2' MgO、CdO, SiC、TiC、WC、VC、ZrC, TaC, Cr3C2' B4C、BN、ZrB2,TiN、Si3N4' WSi2、PTFE, MoS2' WS2、CaF2' BaSO4' SrSO4, ZnS, CdS, TiH2、聚四氟乙烯、金刚石和石墨中的任意一种；所述纤维具体为:纳米碳纤维或纳米碳管。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镀前预处理包括:采用有机溶剂清洗、碱脱脂、电解脱脂、乳化剂脱脂、超声波脱脂、酸浸蚀及活化处理。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述结晶器表面化学镀单层镍基合金之前，所述方法还包括，先在所述结晶器表面镀一层纯银的预镀层，所述预镀层的厚度为0.005 ?5mm。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述镀层进行热处理具体为，对所述镀层进行烘箱加热或者表面火焰强化。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述化学镀的过程在卧式镀槽或立式镀槽中进行。
【文档编号】C23C18/32GK103481025SQ201310382683
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年8月28日 优先权日:2013年8月28日
【发明者】庞靖, 宋安康, 李晓雨, 张雪松 申请人:青岛云路新能源科技有限公司