CN1186475C - 铜或铜合金基体上镍基自熔合金涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铜或铜合金基体上镍基自熔合金涂层的制备方法。该方法包括铜或铜合金基体表面预处理、喷涂过渡涂层，然后再在其上喷涂镍基自熔合金工作涂层；通过将涂层加热至过渡涂层熔点附近，使过渡涂层熔化，将镍基合金与基体牢固地连接在一起构成复合耐磨涂层。这种复合结构涂层与铜或铜合金之间呈牢固的冶金结合，结合强度高，具有优越的耐磨损性能以及耐热冲击性能。涂层的典型应用可以有效提高结晶器铜或铜合金的使用寿命，还可广泛用于各种铜或铜合金表面的强化与修复。
Description
一、所属技术领域
本发明属于应用于电力、化工、冶金等领域的一种涂层及其制备，涉及一种铜或铜合金基体上镍基自熔合金涂层的制备方法。
二、背景技术
连铸连轧工艺已经成为钢铁冶金领域非常重要的方法。其中的结晶器采用铜或铜合金制造，硬度低，耐磨性能差，寿命短为结晶器的主要问题，结晶器的寿命制约生产效率与成本。对铜或铜合金强化的方法一般包括电镀镍铬，以及喷焊镍基合金。存在的不足之处是生产周期长、产品生产过程中的条件苛刻、涂层的结合强度低、抗热震性能差、容易剥落、使用寿命短等。采用热喷涂工艺可以灵活、高效地在铜或铜合金表面制备耐磨损性能优越的镍基自熔合金涂层，但是采用传统的喷涂工艺制备的涂层，涂层与基体之间的结合不够良好，结合强度尚不够高，从而导致涂层的抗热震性受到限制。
三、发明内容
根据上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种简单易行的在铜及铜合金表面制备高结合的镍基自熔合金涂层及其制备方法，该涂层结合强度高，抗热震性能优越，可以有效提高结晶器铜板的使用寿命，还可广泛用于各种铜或铜合金表面的强化与修复。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种铜或铜合金基体上镍基自熔合金涂层的制备方法，其特点是，
其制备方法按以下步骤进行：
(1)对铜或铜合金的表面进行表面预处理；
(2)在经过预处理的基体喷涂过渡涂层，过渡涂层为对铜或铜合金基体和工作涂层均具有润湿性的材料，即铜基合金材料或以铜基合金为主的复合材料；铜基合金中的添加成分是B或Al或Si或P或Cr或Mn或Fe或Co或Ni或Zn或Ge或Pb或Ag或Cd或Sn或Au的一种或几种；过渡涂层熔点要低于铜和铜合金基体和工作涂层；
(3)在过渡涂层表面喷涂镍基自熔合金工作涂层，该涂层为镍基自熔合金与金属或合金或陶瓷或金属陶瓷的一种或几种的复合涂层，其中金属或合金或陶瓷或金属陶瓷的含量为0～50wt％；
(4)对涂层进行热处理，采用大气气氛炉或保护气氛炉或或低气压炉或高频感应加热等加热方法，对铜或铜合金基体和涂层温度控制在过渡涂层熔点以下50℃至熔点以上100℃范围内，使结合层发生熔化，将基体铜或铜合金与镍基自熔合金涂层以牢固的冶金结合连接在一起。
所述工作涂层和过渡涂层的制备方法可采用电弧喷涂或高速电弧喷涂或等离子喷涂或超音速等离子喷涂或爆炸喷涂或超音速火焰喷涂或亚音速火焰喷涂方法。
所述过渡涂层的制备方法还可以采用冷喷涂方法。
所述的镍基自熔合金涂层中与镍基自熔合金进行复合的添加成分可以在整个工作涂层内保持一个含量，也可以按一定规律变化。
所述的对铜或铜合金表面预处理可以是除油、除锈、粗化等热喷涂工艺常用的预处理方法，或是先在其表面采用电镀、化学镀方法进行镀镍、铬或以镍、铬金属元素为主的合金层后再进行除油、粗化预处理的方法。
所述的过渡涂层通过与基体和工作涂层间的相互反应而固溶，而使处理后过渡涂层的存在不明显。
所述的铜或铜合金表面预处理可以通过冷喷涂实现。
本发明的铜或铜合金基体上镍基自熔合金涂层的制备方法，铜或铜合金与涂层之间呈牢固的冶金结合，具有优越的耐磨损性能以及抗热震性能。涂层的应用可以有效提高结晶器铜或铜合金的使用寿命，还可广泛用于各种铜或铜合金表面的强化与修复。
四、附图说明
图1为采用本发明实施例制备的一种涂层在未经热处理时的显微组织照片；
图2为采用本发明实施例制备的一种涂层在经热处理后的显微组织照片。
五、具体实施方式
以下结合发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明的可用于钢铁连铸结晶器的铜或铜合金基体上镍基自熔合金涂层的制备方法，具体过程是：
(1)对铜或铜合金基体进行预处理；
(2)在经过预处理的表面喷涂过渡涂层；
(3)过渡涂层表面喷涂镍基自熔合金工作涂层；
(4)对涂层进行热处理使过渡涂层发生熔化，过渡涂层将基体铜或铜合金与镍基自熔合金涂层牢固地连接在一起构成本发明所述的涂层。
本发明的实施，能够在铜基体表面制备高结合的镍基合金涂层，可以用于钢铁连铸结晶器铜或铜合金基体修复与强化涂层的高结合的镍基合金涂层，也可以用于其它铜或铜合金要求高结合强度的镍基自熔合金涂层。
以下是发明人给出的实施例，但本发明不限于这些实施例。
实施例1：
参见图1、2。图1为采用本发明制备的一种涂层显微组织照片，图2为采用本发明制备的一种涂层在经热处理后的显微组织照片。按照本发明的方法，在经表面预处理的铜或铜合金基体上采用超音速火焰喷涂方法制备20μm～30μm厚的CuAgP合金的过渡涂层，然后采用亚音速火焰喷涂在其上制备Ni60自熔合金与Cr3C2-NiCr合金复合的涂层，其中Cr3C2-NiCr含量为20％。将涂层在850℃热处理使过渡涂层熔化。从图1可以看出，在热处理前，基体与过渡涂层、工作涂层之间的界线清晰可见，热处理后，过渡涂层发生了熔化，由于其与基体和工作涂层之间都有一定的润湿性，故三者之间不存在明显的界线；此外，由于过渡涂层与基体和工作涂层材料可以形成固溶体，所以过渡涂层已经部分溶入基体与涂层，以新形成的合金形式存在与基体与工作涂层之间。三者之间是以冶金结合的方式存在，所以结合状态良好。
实施例2：
按照本发明的方法，在经表面预处理的铜或铜合金基体上采用等离子喷涂方法制备50μm～70μm厚的CuAgP合金的过渡涂层，然后采用超音速火焰喷涂在其上制备Delelo50自熔合金涂层。将涂层在800℃热处理使过渡涂层熔化。采用拉伸法测试涂层结合强度。铜基体上未经热处理的涂层与传统的热喷涂工艺制备的涂层结合强度相近，约为10MPa～15MPa，而根据本发明方法制备的涂层，结合强度超过50MPa，有了较大幅度的提高。
实施例3：
按照本发明的方法，在铜或铜合金基体上采用冷喷涂方法制备30μm～50μm厚的CuAgP合金的过渡涂层，在冷喷涂过程的开始阶段，冷喷涂就起到了基体表面预处理的作用，然后采用爆炸喷涂在其上制备镍基自熔合金涂层。将涂层在880℃热处理使过渡涂层熔化。采用水激冷法测试涂层抗热震性能。未经热处理的涂层，热冲击20-40次涂层就逐渐开裂、脱落，而按本发明方法制备的涂层经180-450次热冲击后开始开裂。可见，按本发明方法制备的涂层具有优良的抗热震性能。
实施例4：
按照本发明的方法，在铜合金基体上采用冷喷涂方法制备10μm～20μm厚的CuP合金的过渡涂层，然后采用电弧喷涂在其上制备Ni55与TiB2-Al2O3构成的自熔合金涂层。将涂层进行热处理后可以得到本发明所述的涂层。
Claims (7)
1.一种铜或铜合金基体上镍基自熔合金涂层的制备方法，其特征在于，其制备方法按以下步骤进行：
(1)对铜或铜合金的表面进行表面预处理；
(2)在经过预处理的基体喷涂过渡涂层，过渡涂层是铜基合金材料或以铜基合金为主的复合材料；铜基合金中的添加成分是B或Al或Si或P或Cr或Mn或Fe或Co或Ni或Zn或Ge或Pb或Ag或Cd或Sn或Au的一种或几种；过渡涂层熔点要低于铜和铜合金基体和工作涂层；
(3)在过渡涂层表面喷涂镍基自熔合金工作涂层，该涂层为镍基自熔合金与金属或合金或陶瓷或金属陶瓷的一种或几种的复合涂层，其中金属或合金或陶瓷或金属陶瓷的含量为0～50wt％；
(4)对涂层进行热处理，采用大气气氛炉或保护气氛炉或低气压炉或真空炉或高频感应加热的加热方法，对铜或铜合金基体和涂层温度控制在过渡涂层熔点或熔点以上、基体与涂层两者熔点以下的温度范围内，使过渡涂层发生熔化，将基体铜或铜合金与镍基自熔合金涂层以牢固的冶金结合连接在一起。
2.如权利要求1所述的铜或铜合金基体上镍基自熔合金涂层的制备方法，其特征在于，所述工作涂层和过渡涂层的制备方法是采用电弧喷涂或高速电弧喷涂或等离子喷涂或超音速等离子喷涂或爆炸喷涂或高速火焰喷涂或超音速火焰喷涂或亚音速火焰喷涂方法。
3.按权利要求1所述的铜或铜合金基体上镍基自熔合金涂层的制备方法，其特征在于，所述过渡涂层的制备方法采用冷喷涂方法。
4.按权利要求1所述的铜或铜合金基体上镍基自熔合金涂层的制备方法，其特征在于，所述的镍基自熔合金涂层中与镍基自熔合金进行复合的添加成分在整个工作涂层内保持一个固定含量。
5.按权利要求1所述的铜或铜合金基体上镍基自熔合金涂层的制备方法，其特征在于，所述的对铜或铜合金表面预处理是除油、除锈、粗化及热喷涂工艺常用的预处理方法，或是先在其表面采用电镀、化学镀方法进行镀镍、铬或以镍、铬金属元素为主的合金层后再进行除油、粗化预处理的方法。
6.按权利要求1所述的铜或铜合金基体上镍基自熔合金涂层的制备方法，其特征在于，所述的过渡涂层通过与基体和工作涂层间的相互反应而固溶，而使处理后过渡涂层的存在不明显。
7.按权利要求1所述的铜或铜合金基体上镍基自熔合金涂层的制备方法，其特征在于，所述的铜或铜合金表面预处理通过冷喷涂实现。
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