[发明专利]一种金属陶瓷涂层结晶器铜板制作方法

说明书

技术领域

本发明属于连铸结晶器技术领域，特别是涉及一种金属陶瓷涂层结晶器铜板制作方法。

背景技术

结晶器是连铸生产中的核心部件，在目前的高作业率、高浇注速度连铸机上，高温磨损、热裂纹、热变形已经成为结晶器铜板更换的主要原因。近年来，采用电镀工艺对结晶器表面进行处理在很大的程度上提高了结晶器的耐磨和耐蚀性能，提高板坯的质量和生产率，节约成本，延长结晶器的使用寿命，但是目前的各种镀层都不同程度存在一定的不足和缺陷。如镀层太薄，易脱落，耐磨、耐蚀性差，工艺复杂，污染严重等。发明专利CN 101302619A公布了“结晶器铜板超音速喷涂方法”，利用热喷涂技术，在结晶器Cu基体表面获得了高硬度耐磨、耐蚀镍基涂层，但是需要后续熔融热处理增加涂层与基体结合的强度，热处理温度为800℃-950℃，在铜的再结晶温度以上，对结晶器铜板的变形产生直接影响，降低铜基体的硬度，并增加了后续矫形处理的难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属陶瓷涂层结晶器铜板制作方法，获得的涂层均匀致密，孔隙率低，高温耐磨、耐蚀性能好、涂层与铸坯摩擦系数较低。

本发明的具体制作工艺为：

(1)喷涂前对结晶器铜板表面进行预处理，先将待喷涂的工件表面用丙酮净化处理，再用20目的棕刚玉进行喷砂粗化处理；

(2)采用超音速火焰喷涂设备在结晶器铜板表面制备Cr₃C₂-25NiCr金属陶瓷合金涂层，涂层厚度为0.5～1.5mm；

(3)将用松香油、低熔点银基钎料、金属陶瓷混合形成的浆料涂覆在喷涂后的涂层上，厚度为0.1～0.3mm；

(4)在真空炉中重熔，600℃-700℃下保温0.5-2小时，吹高压氮气冷却至室温。

本发明的涂层材料选择金属陶瓷合金粉末，粒度260-400目，金属陶瓷粉末成分为C 8～12％，Ni18～22％，余量为Cr，均为重量百分数。

喷涂后的涂层上涂敷一层0.1～0.3mm的低熔点银基钎料，涂敷前先在涂层上用松香油打底，提高黏结性；重熔时，该低温钎料充分融化渗透到Ni基钎料中，有效地填充到孔隙中，增强涂层的内聚强度，提高综合性能，并且在重熔时可有效降低的高温停留时间，降低了结晶器铜板变形。

重熔时，600℃-700℃下保温0.5-2小时，保温后在高压氮气冷却至室温，以减少变形。

本发明采用以航空煤油为燃料的全自动超音速火焰喷涂设备，其火焰流的速度极高，喷涂速度高于以气体为燃料的超音速火焰喷枪，喷涂距离远，选用均匀粒度的Cr₃C₂-25NiCr粉末材料，避免堵枪的发生，全自动设备可提供稳定的工艺条件，最大限度的保证喷涂的连续性、有效性和重复性。喷涂粒子在被加热至熔化或半熔化状态同时，可以被加速到高达300～650m/s的速度，从而获得结合强度高、致密的高质量涂层，并且对基体的热影响较小，从而降低热输入对结合力和变形的不利影响。采用松香油粘结剂，与低熔点银基钎料和Cr₃C₂-25NiCr粉末均匀混合成浆料状后涂敷在金属陶瓷涂层上，在600℃-700℃下进行重熔处理，加热时松香油粘结剂易挥发且无残留，对涂层无任何影响，选择的银基钎料具有优良的润湿性和填满间隙能力，有效填充了涂层中的孔隙，增强涂层的内聚强度，且钎焊后的涂层表面光洁，符合结晶器铜板对表面质量的高要求，低的热处理温度，可减少变形的影响，减少铜基体硬度的降低，降低后续加工的难度。

本结晶器铜板金属陶瓷涂层具有与铜基体呈冶金结合、涂层内部孔隙率低、内聚强度高的特性。在使用过程中，Cr₃C₂-25NiCr金属陶瓷涂层起到耐磨损作用，钎料填充物起到粘结提高强度作用，使用过程中涂层不会脱落，并且金属陶瓷涂层的特点使其与铸坯的摩擦系数越来越小，有效地降低了铸坯坯壳与涂层的摩擦力，有利于拉坯速度的提高，从而提高连铸速度。同时，光洁的涂层表面有利于铸坯表面质量的提高，因而可以提高成品钢板的表面质量。制得的涂层均匀致密，表面平整，且与基体实现冶金结合，具有优良的高温耐磨、耐蚀性能，抗冷热疲劳性能优异。该金属陶瓷涂层可承受铸坯表面的高温磨损，且铸坯的摩擦系数较低，有利于铸坯表面质量的提高和拉坯速度的提高。

具体实施方式