[发明专利]一种金属陶瓷涂层连铸结晶器铜板及其制备方法

说明书

一种金属陶瓷涂层连铸结晶器铜板及其制备方法，属于连铸结晶器表面处理技术领域。该方法为：将铜板校直除油；启动助燃剂为空气的HVAF喷涂系统，进行喷砂预热，然后启动喷涂工艺程序，点火送喷涂材料WC‑17Co粉，对预热后的铜板喷涂金属陶瓷层，得到金属陶瓷涂层的铜板；采用三层封孔工艺进行铜板表面封孔，然后进行铜板表层固化，得到的金属陶瓷涂层的硬度为HV1250‑HV1400，孔隙率为≤1％，金属陶瓷涂层和连铸结晶器铜板的结合力为≥70MPa。制备的金属陶瓷涂层连铸结晶器铜板，其涂层硬度高，脆性小，孔隙率低，结合力高。

技术领域

本发明涉及连铸结晶器表面处理技术领域，具体涉及一种金属陶瓷涂层连铸结晶器铜板及其制备方法。

背景技术

结晶器铜板是炼钢厂连铸设备的核心部件。钢液在结晶器内冷却、初步冷却凝固成型，且均匀形成具有一定厚度的坯壳。凝固过程是在重力及外部振动装置的作用下，坯壳与结晶器铜板壁连续、相对运动下进行的。为此连铸结晶器铜板内表面的耐磨性要好，以提高使用寿命。对结晶器铜板内表面的耐磨性提高方法中，目前主要采用电镀耐磨层处理，但电镀工艺过程中产生大量废酸废水，对环保设备要求很高。随着炼钢设备及技术提高，连铸炼钢向着高拉速方向发展，电镀镀层耐磨性达不到高拉速的要求。

超音速火焰喷涂(High Velocity Oxygen Fuel Spray，HVOF)技术于二十世纪八十年代形成，至今有三十多年的发展，是热喷涂领域最有影响的喷涂技术。超音速火焰喷涂，采用氧气为助燃剂，由小孔进入燃烧室的液体(如煤油)燃烧，经雾化后和氧气混合后点燃，发生强烈的气相反应，燃烧放出的热能使产物剧烈膨胀，此膨胀气体流经Laval喷嘴时，受到喷嘴的约束力，焰流加速，形成超音速高温焰流，该超音速高温焰流加速喷涂材料至基体表面，从而形成高质量涂层。通常HVOF燃料有煤油和丙烷两种，燃烧室火焰温度2900-3100℃，焰流速度达到700-1000m/s；该方法采用氧气助燃温度高、成本高、喷涂过程中容易形成碳化二物，虽然能保证喷涂材料的硬度，但是脆性大。

发明内容

本发明针对现有技术的问题，提出了一种金属陶瓷涂层连铸结晶器铜板及其制备方法，该方法为采用空气助燃超音速火焰喷涂，即HVAF(High Velocity Air Fuel Spray)喷涂方法，制备的金属陶瓷涂层连铸结晶器铜板，其涂层硬度高，脆性小，孔隙率低，结合力高。

本发明的一种金属陶瓷涂层连铸结晶器铜板的制备方法，采用HVAF工艺，其工艺步骤如下：

步骤1：铜板预处理

(1)铜板表面校直：将铜板校直，得到校直后的铜板；

(2)铜板表面除油：将校直后的铜板，除油净化，得到除油净化后的铜板；

步骤2：铜板表面喷砂及预热

启动HVAF喷涂系统，并设定喷砂工艺程序，点火送喷砂粉，对除油净化后的铜板进行喷砂粗化，同时进行预热，得到预热后的铜板；其中，铜板的预热温度为90-120℃，表面粗糙度Ra为2.5-4μm；

其中，喷砂及预热的工艺参数为：所述的喷砂粉为粒度为120～200目的白刚玉砂；

HVAF喷涂系统的喷砂工艺程序为：助燃剂为空气，空气气压为88-92psi，燃料为丙烷或丙烯，燃料的气压为92-96psi，氮气的流量为18-25L/min，氢气的流量为15-25L/min，氧气的流量为0-50L/min，喷涂距离为170-230mm，送粉量为80-150g/min；

步骤3：铜板表面喷涂

启动HVAF喷涂系统，并设定喷涂工艺程序，点火送喷涂材料，对预热后的铜板喷涂金属陶瓷层，得到金属陶瓷涂层的铜板；其中，喷涂材料采用WC-17Co粉；喷涂过程中，控制铜板的温度≤180℃；喷涂厚度为从结晶器铜板的上部到下部，由0.05-0.2mm到0.6-1mm线性递增；