CN102794417A - 一种用于连铸结晶器铜板表面的金属陶瓷涂层及制备工艺 - Google Patents

一种用于连铸结晶器铜板表面的金属陶瓷涂层及制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于连铸结晶器铜板表面的金属陶瓷涂层,其为采用钴包覆碳化钨WC-12Co粉末进行超音速火焰喷涂得到的涂层,所述金属陶瓷涂层的厚度为0.2~0.6mm。相应地,本发明还提供了该用于连铸结晶器铜板表面的金属陶瓷涂层的制备工艺,其包括下列步骤:对连铸结晶器铜板表面进行清洗;对连铸结晶器铜板表面进行抛丸处理;采用超音速火焰喷涂工艺在连铸结晶器铜板表面喷涂钴包覆碳化钨WC-12Co粉末,所述超音速火焰喷涂工艺参数为:氧气流量700~1000L/min,煤油流量5.0~6.0gph,喷涂距离300~400mm,涂层厚度0.2~0.6mm。该金属陶瓷涂层孔隙率低,涂层显微硬度高,涂层与基体的结合强度高,明显提高了结晶器的耐磨性和耐腐蚀性。

Description

一种用于连铸结晶器铜板表面的金属陶瓷涂层及制备工艺
技术领域
本发明涉及一种表面处理技术,尤其涉及金属表面的涂层及其制备工艺。
背景技术
在连铸生产中,结晶器是连铸机的心脏,结晶器铜板作为连铸从液态钢水凝固成固态坯壳的重要传热部件,其技术性能将直接影响到铸坯的表面质量、连铸机的拉速、连铸作业率等指标。结晶器在使用过程中主要存在边缘磨损、宽面热裂纹、窄面收缩、表面腐蚀等问题,对基材进行表面处理是连铸生产必须具备的条件。
现有结晶器铜板表面主要采用热喷涂NiCr涂层来提高结晶器的寿命,该合金涂层虽然提高了结晶器使用寿命和减缓铜板磨损,但并不能改变结晶器的导热性能。在连铸生产中,结晶器的导热性是显著影响着连铸坯表面和内部质量的重要因素。结晶器内部导热过快,会造成连铸坯凝固前沿温度梯度过大,使得凝固组织中形成柱状晶和柱状晶长大的倾向明显增加,不利于等轴晶的形成;尤其是在结晶器的弯月面处,导热性好,散热过快,导致出生的坯壳厚度不均,容易产生裂纹。
公开号为CN101637806,公开日为2010年2月3日,名称为“一种金属陶瓷涂层结晶器铜板制作方法”的中国专利文献公开了采用超音速火焰喷涂法在结晶器表面喷涂Cr3C2-25NiCr金属陶瓷涂层的技术方案。
公开号为CN101524746,公开日为2009年9月9日,名称为“一种采用喷涂WC合金修复连铸机结晶器铜板的工艺方法”的中国专利文献公开了一种采用超音速火焰喷涂技术喷涂连铸机结晶器铜板,在其表面形成WC合金耐磨涂层的工艺。
公开号为JP10230348,公开日为1998年9月2日,名称为“连铸结晶器”的日本专利文献提出了在整个结晶器铜板内表面电镀一层镍,然后将下端的铜板按照预定的厚度切除一部分,使铜板表面形成台阶状,然后在下端采用高速火焰喷涂三层涂层,从里到外依次为是Ni-Cr合金、Cr3C2/NiCr和WC/Co涂层的技术方案。
公开号为JP2000225442,公开日为2000年8月15日,名称为“连铸结晶器”的日本专利文献提出了在整个结晶器铜板内表面先电镀一层Ni-Co合金,然后再热喷涂一层含有WC/Co颗粒的稳定氧化锆涂层。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于连铸结晶器铜板表面的金属陶瓷涂层以及该涂层的制备工艺,这种金属陶瓷涂层孔隙率低、显微硬度高、与基体结合强度大、可明显提高结晶器的耐磨性和耐腐蚀性,并显著提高结晶器的寿命,改善结晶器与保护渣的润滑性。
本发明根据上述发明目的,提供了一种用于连铸结晶器铜板表面的金属陶瓷涂层,其为采用钴包覆碳化钨WC-12Co粉末进行超音速火焰喷涂得到的涂层,其中WC-12Co表示Co元素占钴包覆碳化钨的质量百分比为12%,所述金属陶瓷涂层的厚度为0.2~0.6mm。
优选地,所述钴包覆碳化钨WC-12Co粉末的粒度为53±10μm,所述钴包覆碳化钨WC-12Co粉末的主体粒度在45±15μm内。
相应地,本发明还提供了该用于连铸结晶器铜板表面的金属陶瓷涂层的制备工艺,其包括下列步骤:
(1)对连铸结晶器铜板表面进行清洗;
(2)对连铸结晶器铜板表面进行抛丸处理;
(3)采用超音速火焰喷涂工艺在连铸结晶器铜板表面喷涂钴包覆碳化钨WC-12Co粉末,所述超音速火焰喷涂工艺参数为:氧气流量700~1000L/min,煤油流量5.0~6.0gph,喷涂距离300~400mm,涂层厚度0.2~0.6mm。
超音速火焰喷涂作为一种表面处理方法,它的突出特点是喷涂速度快,可达1500m/s以上,火焰温度较低,约为3000℃。超音速火焰喷涂金属陶瓷涂层可以有效地抑制碳化物等硬质相的分解,获得致密性好,硬度高,结合强度高,耐磨性能优越的涂层。本技术方案的核心在于超音速火焰喷涂工艺的参数,这是现有技术中所没有的,也与本技术方案的实施效果密切相关。
优选地,所述步骤(2)和步骤(3)之间还有步骤(3a):对连铸结晶器铜板进行预热,预热温度为70~150℃。预热可以采用氧乙炔加热、电炉高频加热等,也可直接采用喷枪火焰加热,预热步骤可以使得后续超音速火焰喷涂的效果更好。
优选地,所述步骤(1)中采用丙酮将连铸结晶器铜板浸泡3~10min后刷洗。
优选地,所述步骤(2)中,采用10~30目的棕刚玉对铜板进行喷丸处理,压缩空气压力为0.45~0.65MPa,喷砂后表面除锈级别Sa3,表面粗糙度Ra为5~10μm。
本发明所述的金属陶瓷涂层较之现有的连铸结晶器铜板表面的涂层,具有以下优点:
1.该金属陶瓷涂层孔隙率低,涂层显微硬度高,涂层与基体的结合强度高,可明显提高结晶器的耐磨性和耐腐蚀性,因而显著提高了结晶器的寿命;
2.涂层的热导率较低,有利于减缓结晶器内部传热过快的现状;
3.结晶器与保护渣的润滑性好,从而减少了振痕,改善了铸坯质量。
附图说明
图1是本发明实施例1所制备的WC-12Co金属陶瓷涂层的表面扫描电子显微镜SEM效果图。
图2是本发明实施例1所制备的WC-12Co金属陶瓷涂层的截面扫描电子显微镜SEM效果图。
图3是本发明实施例2所制备的WC-12Co金属陶瓷涂层的表面扫描电子显微镜SEM效果图。
图4是本发明实施例2所制备的WC-12Co金属陶瓷涂层的截面扫描电子显微镜SEM效果图。
图5是本发明实施例3所制备的WC-12Co金属陶瓷涂层的表面扫描电子显微镜SEM效果图。
图6是本发明实施例3所制备的WC-12Co金属陶瓷涂层的截面扫描电子显微镜SEM效果图。
具体实施方式
按照下列步骤在尺寸为1100mm×50mm×120mm的连铸结晶器铜板表面喷涂本技术方案所述的涂层:
(1)采用丙酮将连铸结晶器铜板浸泡3~10min后,对连铸结晶器铜板表面进行刷洗,去除铜板表面的油污;
(2)采用20目的棕刚玉对铜板进行喷丸处理,压缩空气压力为0.45~0.65MPa,喷砂后表面除锈级别Sa3,表面粗糙度Ra为5~10μm;
(3)采用喷枪火焰对连铸结晶器铜板进行预热,预热温度为70~150℃;
(4)采用超音速火焰喷涂工艺在连铸结晶器铜板表面喷涂钴包覆碳化钨WC-12Co粉末(实施例1-3中的WC-12Co粉末详见表1):氧气流量700~1000L/min,煤油流量5.0~6.0gph,喷涂距离300~400mm,涂层厚度0.2~0.6mm(实施例1-3中的各工艺参数详见表2)。
表1.
  实施例1   实施例2   实施例3
  涂层粉末   WC-12Co   WC-12Co   WC-12Co
  涂层厚度(mm)   0.4   0.2   0.2
  涂层粉末粒度(μm)   53±10   53±10   53±10
  涂层粉末主体粒度(μm)   45±15   45±15   45±15
表2.
  超音速火焰喷涂工艺   实施例1   实施例2   实施例3
  氧气流量(L/min)   700   850   1000
  煤油流量(gph)   5.5   5.5   6.0
  喷涂距离(mm)   350   400   350
本技术方案各实施例中的金属陶瓷涂层的实施效果见表3。
表3.
  实施例1   实施例2   实施例3
 涂层孔隙率(%)   0.8   2.1   2.0
 显微硬度(HV0.1)   1105   1176   1097
 涂层与基体的结合强度(MPa)   51   66   63
从表3可以看出,本发明所述的金属陶瓷涂层孔隙率低,显微硬度高,与基体的结合力强。
图1和图2显示了实施例1中的涂层表面和截面的SEM照片,图3和图4显示了实施例2中的涂层表面和截面的SEM照片,图5和图6显示了实施例3中的的涂层表面和截面的SEM照片。从这几幅图可以看出,涂层的孔隙率较低,显微硬度较高,涂层与基体的结合强度较大,预测可提高结晶器的寿命。
要注意的是,以上列举的仅为本发明的具体实施例,显然本发明不限于以上实施例,随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于连铸结晶器铜板表面的金属陶瓷涂层,其特征在于,其为采用钴包覆碳化钨WC-12Co粉末进行超音速火焰喷涂得到的涂层,所述金属陶瓷涂层的厚度为0.2~0.6mm。
2.如权利要求1所述的用于连铸结晶器铜板表面的金属陶瓷涂层,其特征在于,所述钴包覆碳化钨WC-12Co粉末的粒度为53±10μm,所述钴包覆碳化钨WC-12Co粉末的主体粒度在45±15μm内。
3.如权利要求1或2所述的用于连铸结晶器铜板表面的金属陶瓷涂层的制备工艺,其特征在于,包括下列步骤:
(1)对连铸结晶器铜板表面进行清洗;
(2)对连铸结晶器铜板表面进行抛丸处理;
(3)采用超音速火焰喷涂工艺在连铸结晶器铜板表面喷涂钴包覆碳化钨WC-12Co粉末,所述超音速火焰喷涂工艺参数为:氧气流量700~1000L/min,煤油流量5.0~6.0gph,喷涂距离300~400mm,涂层厚度0.2~0.6mm。
4.如权利要求3所述的用于连铸结晶器铜板表面的金属陶瓷涂层的制备工艺,其特征在于,所述步骤(2)和步骤(3)之间还有步骤(3a):对连铸结晶器铜板进行预热,预热温度为70~150℃。
5.如权利要求4所述的用于连铸结晶器铜板表面的金属陶瓷涂层的制备工艺,其特征在于,所述步骤(1)中采用丙酮将连铸结晶器铜板浸泡3~10min后刷洗。
6.如权利要求4所述的用于连铸结晶器铜板表面的金属陶瓷涂层的制备工艺,其特征在于,所述步骤(2)中,采用10~30目的棕刚玉对铜板进行喷丸处理,压缩空气压力为0.45~0.65MPa,喷砂后表面除锈级别Sa3,表面粗糙度Ra为5~10μm。
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