专利名称：双辊薄带连铸机辊面的涂镀金属的方法
技术领域：
本发明涉及金属连铸领域，特别涉及一种对铸辊外表面的处理，具体地说是一种双辊薄带连铸机辊面的涂镀金属的方法背景技术双辊薄带连铸技术是冶金及材料研究领域内的一项前沿技术，以短流程、低成本实现金属从熔体到带坯的成形加工。双辊薄带连铸机(简称铸机)的工作原理为在铸辊中安装冷却管，两个铸辊和两端的侧封板构成熔池，熔体在铸机的两个水平安装的反向旋转铸辊之间通过铸辊冷却，从而凝固成形为带坯。在连续铸造过程中，熔体和刚凝固的坯壳与铸辊紧密接触。对于钢带的浇铸来说，此时铸辊表面的温度较高，约为400～600℃。当凝固后的带坯离开两个铸辊的中心线后，温度为600℃的铸辊就暴露在空气中。由于辊中冷却水的作用，此时铸辊表面温度显著下降，大约为200～300℃。当铸辊旋转一周后，铸辊又与熔体和坯壳接触，温度又升高到600℃左右。如此反复循环，直到连续铸造过程结束。因而，热疲劳失效是铸辊的主要失效方式之一。同时，虽然刚凝固的钢带温度较高，但已有一定的强度和硬度，在它与铸辊分离之前，将与铸辊表面构成摩擦副，使铸辊承受高温磨损。因而，表面磨损也是铸辊的一种失效方式。
虽然侧封板与铸辊的端面尽量保持紧密接触，但不可避免地存在微小的缝隙，在连铸过程中熔体将进入这些缝隙，并很快凝固，成为铸带的飞边。这些飞边将对铸辊地端面产生磨损。
上述几种磨损将使铸辊的使用寿命急剧降低，并由于铸辊表面的磨损而导致铸出的带坯的表面质量下降，影响铸造过程的顺利进行。因而，为了提高带坯质量，延长铸辊的使用寿命，和传统的方坯、板坯连铸结晶器一样，可将铸辊表面沉积一层镍金属层。铸辊表面沉积的镍金属层可以使辊套的热传递系数被调整到最佳值，使金属在合适的冶金条件下凝固；同时铸辊表面沉积的镍金属层还可以对辊套形成保护层，以免对辊套造成过大的热应力和机械应力。由于辊套在使用过程中会逐渐磨损，必须定期地进行修复，在修复时，通常是将辊面残留的镍层除去，再沉积一层新的镍层，这样比更换新轧辊的成本低。
法国于西纳公司、蒂森钢铁公司共同申请的中国专利ZL97194984.0，介绍了一种用电解法为连铸薄金属带用铸辊表面镀覆金属层的工艺和设备，其工艺是采用电镀工艺在铸辊表面沉积厚度为1～2mm的镍金属层。这种虽然有能改善辊套的金属镀层在抗热机械应力方面的性能，减缓甚至避免在边缘区出现的裂纹，延长辊套的使用寿命的优点，但由于电镀工艺存在一些缺陷，如电流密度低，约为1～6A/dm2，因而镍层的沉积速度慢，约为0.5～1.0μm/min·dm2。因此，对于规格为250×150的铸辊来说，要得到厚度为1～2mm的镍金属层，需要用时100～400小时，所需的时间长、成本高。同时，电镀镍层的硬度较低，约为200～300HV，而铸辊表面需要承受凝固带坯的硬壳以及侧封板高温磨损和热疲劳磨损，因此，在铸造过程中很快就会发生磨损，镀层的使用寿命较短。
发明内容
本发明的目的，是提供一种双辊薄带连铸机辊面的涂镀金属的方法。它可以对铸辊局部损伤区域进行修复和强化，还可以进行在线涂镀；镀层沉积速率快，铸辊镀覆所需时间短；且镀层硬度高，抗热疲劳性能好，可大大延长铸辊的使用寿命。本发明的镀覆成本较低，有操作工艺简单，灵活的优点。
本发明的技术方案包括以下步骤(1).清洗辊面用有机溶剂清洗需要镀覆的铸机辊辊面区域；(2).电化学净化在工作电压为14-16V，镀笔相对铸辊的运动速度为10-14转/分钟条件下进行净化；(3).电化学活化在工作电压为18-20V，镀笔相对铸辊的运动速度为12-16转/分钟条件下进行活化；(4).镀结合层在工作电压为22-24V，镀笔相对铸辊的运动速度为12-16转/分钟条件下进行涂镀；(5).涂镀含纳米颗粒的镍工作层在作电压为16～24V，镀笔相对铸辊的运动速度为14～20转/分钟条件下涂镀含纳米颗粒的工作镀液，涂镀到铸辊表面涂镀层厚度为1mm。
有机溶剂为丙酮或乙醇或汽油或油溶性有机溶剂。
工作镀液是将纳米颗粒与快速镍刷镀液进行搅拌，搅拌时间30小时混合形成。
纳米颗粒在镀液中的含量为10～50g/L。
纳米颗粒为纳米氧化铝颗粒或纳米氧化锆颗粒等硬质纳米颗粒。
工作镀液由基质镀液和纳米颗粒组成，其中基质镀液为快速镍刷镀液，纳米颗粒为纳米氧化铝颗粒或纳米氧化锆颗粒等硬质纳米颗粒，纳米颗粒在镀液中的含量为10～50g/L。
快速镍刷镀液、特殊镍刷镀液、电净液、活化液均分别采用北京工艺兴机电设备有限公司生产销售的快速镍刷镀液、特殊镍刷镀液、电净液、2#活化液。
上述工艺的实施在常温下进行，铸辊可以不拆卸地在生产线上进行镀覆，所用镀覆设备为普通刷镀电源以及铸辊驱动装置(进行在线涂镀时采用双辊铸机的动力系统作为驱动装置)。
本发明的优点是1.本发明通过在常用快速镍刷镀液中加入一定含量的硬质纳米颗粒，用将纳米颗粒与快速镍镀液进行搅拌分散后，在铸辊外表面涂镀含纳米颗粒的镍刷镀层，以提高铸辊的耐磨性和抗热疲劳性能，从而延长铸辊的使用寿命。
2.本发明用电化学方法去除吸附在铸辊表面油膜和其他污染物，用电化学原理，去除铸辊表面的因加工而导致的微量变形层，使铸辊材料的原子面暴露出来，而成为沉积镀层时镍原子的生长点，因此可以提高镀层与铸辊表面的结合强度。
3.本发明使镀结合层位于铸辊与镍工作层中间，可以增加工作层与铸辊的结合强度。
4.本发明加入纳米颗粒一方面改善了镀层的内部组织结构，增加了镀层的硬度，提高了镀层的耐磨性，另一方面可提高镀层的抗热疲劳性能。
5.本发明由于刷镀过程中电流密度较大，镀层沉积速率快，达到与用电解法相同厚度的镀层所需镀覆时间短。
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
具体实施例方式
采用通常的刷镀的方式在铸辊辊面涂镀金属层，其生产工艺为1、铸辊表面准备对于使用过的铸辊，由于表面已形成氧化层、变形层和疲劳层，先将铸辊表面和端面车皮(厚度为0.1～0.5mm)，以去除铸辊表面的氧化层、疲劳层、变形层以及污染物。接着用磨床加工至要求的表面粗糙度，直到表面粗糙度达到Ra＝6。然后用丙酮清洗加工过程中留下的油和磨粒等污染物，使铸辊需要镀覆的区域洁净。对于新的铸辊，直接用丙酮清洗需要镀覆的区域。
2、电化学净化施镀前，用清水将铸辊冲洗干净，将铸辊与电源阴极连接，镀笔与电源阳极连接，用镀笔蘸上电净液进行净化，至净化到铸辊表面不挂电净液小液滴。
3、电化学活化施镀前，用清水将铸辊冲洗干净，铸辊与电源阳极连接，用镀笔与电源阴极连接进行活化，至活化到铸辊表面呈浅灰色。
4、镀结合层施镀前，用清水将铸辊冲洗1分钟，将铸辊与电源阴极连接，用镀笔与电源阳极连接进行涂镀至铸辊表面呈暗灰色。
5、涂镀含纳米颗粒的镍工作层工作镀液是将纳米颗粒与快速镍镀液进行搅拌，搅拌时间30小时混合形成，纳米颗粒为纳米氧化铝颗粒或纳米氧化锆颗粒等硬质纳米颗粒。
将铸辊与电源阴极连接，镀笔与电源阳极连接。用镀笔蘸上含纳米颗粒的工作镀液进行涂镀，直到铸辊表面涂镀层厚度为1mm。
采用上述工艺，用下列实施例对辊面进行涂镀。
实施例1按表1中的工艺参数对铸辊进行涂镀，所得涂镀层表面质量优良，与铸辊结合良好，在双辊铸造高速钢过程中，经20炉次后涂镀层完好。
表1实施例1的工艺参数
实施例2按表2中的工艺参数对铸辊进行涂镀，所得涂镀层表面质量优良，与铸辊结合良好，在双辊铸造镁合金过程中，经40炉次后涂镀层完好。
表2实施例2的工艺参数
实施例3
按表3中的工艺参数对铸辊进行涂镀，所得涂镀层表面质量优良，与铸辊结合良好，在双辊铸造镁合金过程中，经30炉次后涂镀层完好。
表3实施例3的工艺参数
实施例4按表4中的工艺参数对铸辊进行涂镀，所得涂镀层表面质量优良，与铸辊结合良好，在双辊铸造镁合金过程中，经25炉次后涂镀层完好。
表4实施例4的工艺参数
实施例5
按表5中的工艺参数对铸辊进行涂镀，所得涂镀层表面质量优良，与铸辊结合良好，在双辊铸造镁合金过程中，经30炉次后涂镀层完好。
表5实施例5的工艺参数
本发明形成的刷镀层的显微硬度达到720HV，显著高于一般电镀镍层，且耐磨性大大超过一般电镀镍层，同时具有优良的热疲劳抗力，将镀有本发明镀层的基体进行热疲劳加速试验，即在600～800℃下保温2分钟，随后在室温的水里面淬火，再在600～800℃下保温2分钟随后淬火，如此重复进行热疲劳试验，循环周次达到1000次未见刷镀层明显剥落和其他缺陷。
本发明以铸造高速钢和镁合金为例进行铸辊的热疲劳性能和机械性能试验。用本发明工艺涂镀金属层铸辊用做连铸有色金属和黑色金属，可以达到上述同样的效果。
用本发明方法还可以修复局部损伤的铸辊辊面，可以达到上述同样的效果。
权利要求
1.一种双辊薄带连铸机辊面的涂镀金属的方法，其特征在于采用刷镀的方式在铸辊辊面涂镀金属层，它包括以下步骤(1).清洗辊面用纯有机溶剂清洗需要镀覆的铸机辊辊面区域；(2).电化学净化在工作电压为14-16V，镀笔相对铸辊的运动速度为10-14转/分钟条件下进行净化；(3).电化学活化在工作电压为18-20V，镀笔相对铸辊的运动速度为12-16转/分钟条件下进行活化；(4).镀结合层在工作电压为22-24V，镀笔相对铸辊的运动速度为12-16转/分钟条件下进行涂镀；(5).涂镀含纳米颗粒的镍工作层在作电压为16～24V，镀笔相对铸辊的运动速度为14～20转/分钟条件下涂镀含纳米颗粒的工作镀液，涂镀到铸辊表面涂镀层厚度为0.5～1.5mm。
2.根据权利要求1所述的双辊薄带连铸机辊面的涂镀金属的方法，其特征在于所述第(1)步的有机溶剂为丙酮或乙醇或汽油或油溶性有机溶剂。
3.根据权利要求1所述的双辊薄带连铸机辊面的涂镀金属的方法，其特征在于所述第(5)步的工作镀液是将纳米颗粒与快速镍镀液进行搅拌，搅拌时间25～40小时混合形成。
4.根据权利要求1所述的双辊薄带连铸机辊面的涂镀金属的方法，其特征在于纳米颗粒在镀液中的含量为10～50g/L。
5.根据权利要求1所述的双辊薄带连铸机辊面的涂镀金属的方法，其特征在于纳米颗粒为纳米氧化铝颗粒或纳米氧化锆颗粒等硬质纳米颗粒。
全文摘要
本发明公开了一种双辊薄带连铸机辊面的涂镀金属的方法，其特征在于采用刷镀的方式在铸辊辊面涂镀金属层，其方法是先清洗铸机辊面区域；在工作电压分别为14－16V、18－20V、22－24V、16～24V，镀笔相对铸辊的运动速度分别为10－14转/分钟、12－16转/分钟、12－16转/分钟、14～20转/分钟条件下分别进行电化学净化、电化学活化、镀结合层和涂镀含纳米颗粒的镍工作层。本发明对铸辊辊面进行涂镀金属层，镀层沉积速率快，铸辊镀覆所需时间短；且镀层硬度高，抗热疲劳性能好，可大大延长铸辊的使用寿命。本发明的镀覆成本较低，有操作工艺简单，灵活的优点。
文档编号C25D5/06GK1693538SQ20051002046
公开日2005年11月9日 申请日期2005年3月5日 优先权日2005年3月5日
发明者蒋斌, 王健, 杨春楣, 张彩东 申请人:重庆大学