[发明专利]一种结晶器铜板电镀-热喷涂复合梯度涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高性能结晶器的涂层，尤其涉及的是一种结晶器铜板电镀-热喷涂复合梯度涂层及其制备方法。

背景技术

连铸已经成为现代钢铁工业生产中常规的生产技术，据统计表明连铸坯产量达到粗钢产量的90％以上，与此同时高效连铸机的使用对连铸机冷却部位：结晶器，提出了更高的性能要求。例如要求高结合力、高耐磨性、优异的热导率和良好的致密性等。因此，可以利用表面工程技术在结晶器铜板表面附上一层满足性能要求的涂层，这样既可以延长结晶器的使用寿命也可以降低制备成本。

目前，常见的技术方法是在结晶铜板表面进行电镀来制备所需性能的涂层，如硬Cr镀层、Ni-Fe镀层、Ni-Co镀层、Ni-Cr复合镀层和Ni-Co-W镀层。虽然电镀层与铜板基体的结合力较高，但是由于其较低的硬度导致其耐磨性较差，使用寿命较短。另外，将NiCr-Cr3C2粉末利用超音速火焰喷涂直接在铜基体上制备的涂层虽然具有很高的硬度与耐磨性，但是由于较大的热膨胀系数的差异会导致涂层与基体的结合力非常的低，在使用过程中容易出现剥落的情况，影响生产效率增加生产成本。同时，结晶器铜板在工作条件极为苛刻，铜板的一侧与30～40℃的冷却水接触，另一侧与1570℃的钢液接触，因此需要涂层在保证高结合强度的同时也要保证涂层具有良好的热导率，保证热量的及时传输。

HVOF涂层具有高的硬度，但是与铜板基体的物性相差比较大，因此限制了HVOF涂层在结晶器铜板上的应用。所以单一的HVOF涂层已经不能满足结晶器的性能满足要求，主要是NiCr-Cr3C2涂层和CrZrCu得热膨胀系数差别较大，从而降低了HVOF涂层与铜板基体结合力。为了改善HVOF涂层与铜板基体的结合力，仅通过调整喷涂参数和涂层成分是不够的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种结晶器铜板电镀-热喷涂复合梯度涂层及其制备方法，提高产品的结合力、硬度、导热和耐磨性能。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明所述复合梯度涂层包括依次设置于基体上的粘结层和工作层，所述基体为CrZrCu合金，粘结层为Ni层，工作层为NiCr-Cr₃C₂层；所述NiCr-Cr₃C₂层的内部组织包括NiCr固溶相、Cr₃C₂碳化物、Cr₇C₃碳化物和少量非晶相。

所述粘结层为电镀Ni层。电镀工艺成熟，适宜工业生产。

所述NiCr-Cr₃C₂层中，按质量百分比，包括以下组分：NiCr40～60％，Cr₃C₂40～60％。

作为本发明的优选方式之一，所述粘结层的厚度为150～200μm。

作为本发明的优选方式之一，所述工作层的厚度为200～300μm。

作为本发明的优选方式之一，所述复合梯度涂层在500℃时热导率达到90W/m·K以上。

一种结晶器铜板电镀-热喷涂复合梯度涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)将CrZrCu合金试样表面抛光后再喷丸处理，清洗后固定；

(2)将清洗后的试样放置于电解池中，在试样上电镀Ni层；

(3)将具有Ni层的试样抛光后，再喷丸处理；

(4)再将处理后的试样固定后，火焰预热，再进行NiCr-Cr₃C₂层的HVOF喷涂。

所述步骤(1)和步骤(3)中，试样表面抛光至粗糙度≤0.8μm，然后采用氧化铝球进行喷丸，试样表面粗糙度为2～6μm。

所述步骤(2)中，电镀池温度40～80℃，电压10～20V，电流密度3～7A/dm²，电镀时间1～3h。

所述步骤(4)中，NiCr-Cr₃C₂层的喷涂过程中，煤油流量控制在23～27L/h，氧气流量控制在820～860NLPM，载气流量控制在6.0～8.5NLPM，喷涂过程中控制基体和粘结层表面平均温度为200～250℃。