、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於-種銅模，特別是指一種在氨基續酸 鎳鍍浴或硫酸鎳鍍浴中，添加適量特定的含磷化合物，以 電鍍方式製作而m於㈣連鳍的具有㈣合金鐘層 之銅模。 【先前技術】 在連鑄作業當中，爆湯（Breakout)是屬於最嚴重的生產 意外事件’其危害*僅造成生產停頓，導致產量降低及維 護費用的損失’更有危害操作人員的安全、損害銅模與報 輪，其結果損失甚鉅，間接影響連鑄作業的後續處理。 又因為鑄胚的各種缺陷，大多起源於銅模品質的優劣 ，所以，在銅模内以鍍層保護的方式來維持銅模的品質， 以確保模内凝固過程的穩定，是使連鑄作業順利的重要關 鍵因素之一。 一般習知之純鎳鍍面的銅模是在氨基磺酸鎳鍍浴中以 電鍍的方式鍍覆一層内應力極低的純鎳鍍層，該純鎳鍍層 是呈粗大柱狀晶結構，而且，該柱狀晶結構之長度和鍍層 之厚度相當，其硬度值約為HV200，當鋼液之連鑄作業進 打時，該銅模的表面溫度升高達到3〇(rc以上，該純鎳鍍層 的硬度值會因此而下降至HV125〜Hvl5〇，導致該銅模的耐 磨性降低，縮短該銅模的使用壽命。 因此’為了增加該銅模的耐磨性，提昇其使用壽命， 相關業者即開發出一種具有多重鍍層的銅模，該銅模表面 1328479 第一層為厚度50〜l〇〇〇ym的純鎳鍍層，第二層是利用無電 解鎳方式製作的Polynite(複層電鍍）鍍層，該p〇lynite鍍層 融點為890 C，厚度約為〇.〇6mm，在常溫之硬度為HV4〇〇〜 HV500，當該銅模在3〇(TC之環境時，其硬度會提高至 11¥800〜11\^900，第二層為厚度約〇〇2111〇1的硬絡鑛層，該 硬鉻鍍層是用於保護該P〇lynite鍍層。 不過上述之夕重鐘層的鋼模，其三層鍵層的製作成 本昂貴且作業複雜，而且，由於該Polynite鍍層採用無電解 鎳之技術，其鍍覆速率較慢且鍍層厚度較薄，其厚度僅約 為0.06mm，雖然該多重鍍層之銅模的使用壽命較純鎳鍍面 之銅模略長，但是，對於整體耐磨性的提昇效果有限。 因此’藉由上述說明可知’習知純鎳鐘面之銅模與多 重鍍層之銅模具有以下缺點： 一、 銅模的使用壽命較短： 由於該純鎳鍍層呈粗大柱狀晶結構，而且，該柱 狀晶結構之長度和鍍層之厚度相當，當溫度升高時， 該純鎳鍍層的硬度值就會因此而下降，導致該銅模的 耐磨性降低，縮短使用壽命。 二、 銅模之修護、電鍍及加工費用較高： 由於該多重鍍層的銅模，其三層鍍層的製作成本 昂貴且作業複雜’雖然該多重鍍層之銅模的使用壽命 較純鎳鍍面之銅模略長，但是’銅模鍍覆速率較慢且 鑛層厚度較薄，對於整體耐磨性的提昇效果有限，不 僅無法有效提昇使用壽命，更增加了後續的修護、加 6 1328479 工費用。 三、 無法有效增加產能： 由於上述之純鎳鍍層與多重鍍層的銅模具有使用 壽命短、耐磨性不佳，或成本花費較高的缺點，使其 銅模的汰換頻率尚，無法有效地增加鋼液之連鑄作業 的產能。 ^ 四、 鑄胚品質無法提昇： 上述之純鎳鍍層與多重鍍層之銅模在鋼液之連鑄 作業的過程中，其硬度值因溫度升高而下降導致該 銅模的耐磨性降低，使其銅模底材因過度磨耗而外露 ，容易造成銅屬陷人鑄胚表層而形成星狀裂縫的品質 瑕疲。 易5之，習知將純鎳鍍層或多重鍍層鍍覆在銅模上， 不僅無法有效地提昇銅模的使用壽命，其電鑛及後續的維 修作業也使成本相對提高，而且，純錄鍍層與多重鑛層之 銅模的低耐磨性也影響鑄胚的品質及產能。 【發明内容】 因此’本發明之目的’即在提供一種可提昇使用壽命 之用於鋼液連鑄的具有錄磷合金鍍層之銅模。 ★於是，本發明之用於鋼液連鑄的具有鎳磷合金鍍層之 銅模，包含一銅模本體，以及一鎳磷合金鍍層。 該錄麟合金鍍層I由鎳元素與鱗元素所組成且鐘覆在 該鋼模本體之表面，其中’該錄碟合金鍍層的填元素之含 1範圍為0.007重量百分比（wt%) i 〇 u重量百分比（ 7 1328479
Wt.〇/〇)。 本發明之功效在於藉由該鎳磷合金鍍層中的磷元素具 有細化晶粒結構的特性，並且可提高結晶缺陷密度，使該 錦碟合金鐘層硬化而提高整體的硬度值，並且在3〇0芄的溫 度環境不易軟化’所以’當該鎳磷合金鍍層鍍覆在該銅模 本體之表面時’可提昇該鋼模的耐磨性，增加該銅模的使 用壽命。 【實施方式】 有關本發明之前述及其他技術内容、特點與功效，在 以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中將可 清楚的呈現。 參閱圖1，本發明用於鋼液連鑄的具有鎳磷合金鍍層之 銅模的較佳實施例，包含一銅模本體丨，以及一鎳磷合金鍍 層2。 該鎳磷合金鍍層2是由鎳元素與磷元素所組成且鍍覆 在該銅模本體1之表面，其中，該鎳磷合金鍍層2的磷元 素之含量範圍為0_007wt.%至O.llwt.%。 本實施例鎳磷合金鍍層是利用一般氨基磺酸電鍍浴系 統所製成，首先，於氨基磺酸鎳中添加介於1〇mg/1與 300mg/l之間的亞磷酸來製備鎳磷合金，其中，氨基續酸鎳 浴之組成為介於263g/l與450g/l之間的氨基磺酸鎳、介於 30g/l與45g/〗之間的硼酸，及介於1§/1與3〇g/i之間的氯化 鎳。在45°C且酸鹼值為3.3±0·2的鍍液中，以2A/dm2的直 流電源進行電鍍’藉由電鍍時間的控制，在電流效率1〇〇% 8 1328479 的前提下，設定電鍍的時間以製備含磷合金鍍層。 本發明用於鋼液連鑄的具有鎳磷合金鍍層之銅模亦可 參考一般硫酸鎳鍍浴系統來製作，該硫酸鎳鍍浴之組成為 介於225g/l與410g/l之間的硫酸鎳，介於30gn與45g/l之 間的硼酸、介於30g/l與60g/l之間的氯化鎳，添加介於 10mg/l與300mg/l之間的亞磷酸，以直流電源進行電鍍。 上述兩者鍍液系統所添加的含磷化合物皆為亞磷酸， 該鎳磷合金鍍層的磷元素之含量範圍為〇.〇69wt.%至 0.105wt.°/〇是維持該鎳磷合金鍍層之低内應力及耐熱軟化特 性最佳的狀態，當然，添加的含磷化合物也可以選擇次磷 酸或亞磷酸與次磷酸的鹽類，不應侷限於本實施例之說明 〇 配合參閱表一，其鍵層特性與鑛層填含量的關係揭露 了鍍層磷含量有增加鍍層硬度的效果，當鍍層磷含量大於 或等於0.069 wt.%時，該鍍層具有較佳的300°C耐熱軟化性 ，即在高溫中其硬度維持在一定值且不易軟化。 【表一】鍵層麟含量與鑛層特性的關係 鍍層 填含量 (Pwt.%) 硬度 (HV) 硬度（HV) (300°cx 4hrs) 硬度（HV) (300°cx 8hrs) 硬度（HV) (400°cx 4hrs) 銅片上曲 高度（mm) 比較例1 0 200 160 150 150 0 實驗例2 0.07 284 266 241 231 1 實驗例3 0.014 281 262 255 241 0 實驗例4 0.044 286 277 262 245 1 9 1328479 實驗例5 0.067 302 294 282 267 0 實驗例6 0.069 310 311 310 283 0 實驗例7 0.079 323 318 315 302 0 實驗例8 0.105 335 344 341 321 1 比較例9 0.112 352 362 361 335 3 比較例10 0.132 373 360 351 364 5 比較例1是磷含量為〇%的純鎳鍍層，該純鎳鍍層之硬 度值約為HV200且呈粗大柱狀晶結構（圖未示），當溫度升 尚達到300C以上’該純鎳鐘層的硬度值會因此而下降至 HV150〜HV160 ’導致該銅模的财磨性降低’縮短該銅模的 使用壽命。 由實驗例2〜8的數據所顯示，該鍍層填含量為 〇.〇〇7wt.%至0.105wt_%之間時，該等鍍層的銅片上曲高度在 〇mm至lmm之間，即内應力較低，另外，該等鍍層之3〇〇 °C熱處理後的硬度為HV300左右’約為相同純鎳鍍層之熱 處理硬度的二倍，特別是當鍍層磷含量為〇〇69wt%至 0.105wt.%之間（即實驗例6〜8)，具有最佳30(rc之耐熱軟 化性（即其加熱30CTC以上後之硬度值相當接近常溫狀態下 之硬度值）。 如習知所述，純鎳鍍層的硬度值太低及抗高溫軟化的 能力較差’本發明特別對此加以改良，即藉著適當合宜的 磷元素添加，並利用其共鍍細化晶粒結構的特性，提高結 晶缺陷密度，由於添加磷會使鎳的柱狀晶結構變細小，該 鍍層的硬度值也相對變高。 10 1328479 此外’發明人特別對比較例1與實驗例6作耐磨耗試 驗’結果得知，在鍍層磷含量為〇 〇69wt %時（即實驗例6) ，其耐磨耗試驗重量損失為57.7mg，較比較例工純鎳鍍層 重里損失103.5mg低許多’因此，可證實添加磷確能提高 其耐磨耗性，進而延長該銅模本體丨的使用壽命。 依照比較例9與比較例1〇所揭露之數據可明顯的發現 到，鍍層磷含量達〇·112 wt.%以上可提升在3〇〇乞耐熱軟化 性，使其硬度值與内應力隨著磷添加量的增加而上升，導 致该比較例9與比較例10之銅片上曲高度因過高的内應力 分別達3mm及5mm ,使其在電鍍過程中，容易發生結構體 易剝離、變形與破裂的情形，造成該等鍍層的附著性不佳 ，所以，該等鍍層之内應力過高並不適合應用在該銅模本 體1上。 從上述的§兒明可得知，表一實驗例2〜8其鍍層之磷含 量為0.007wt·%至0.105wt.%之間，確實能滿足低内應力、 高硬度值及最佳30(TC之耐熱軟化性的條件，相較於習知之 純鎳鍍層，本發明之該鎳磷合金鍍層確實可提昇該銅模的 耐磨性，增加該銅模的使用壽命。 ‘所以，本發明用於鋼液連鑄的具有鎳磷合金鍍層之銅 模’具有以下之優點： 一、銅模的使用壽命較長： 由於該鎳磷合金具有優於純鎳金屬的強度與韌性 組合，而且該鎳磷合金的柱狀晶結構較為細小，可使 鍍層的硬度大幅增加，所以，當溫度升高達3〇〇1時 11 ’該鎳填合金鑛層之硬度值約是純鎳鍍層之硬度值的 兩倍，使該銅模的耐磨性提高，延長使用壽命。 二、避免銅模之修護、電鍍及加工之花費： 該鎳磷合金電鍍的製作成本低及製程簡單的特點 皆較相近於純鎳電鍍，不同於該多重鍍層的銅模以三 層鍍層製作的昂貴成本及複雜作業，可避免提高後續 的修護、加工費用。 &、有效增加產能： 由於鎳磷合金電鍍是利用一般氨基磺酸電鍍浴或 硫酸鎖鍍浴系統的方式來製作，其製作成本低及製程 簡單的特點皆較相近於純鎳電鍍，而且，使用壽命較 純鎳電鑛長，其銅模的汰換頻率較低，可有效地增加 鋼液連鑄的產能。 四、提昇鑄胚品質： 該錄磷合金在鋼液之連鑄作業的過程中，其硬度 值不會因溫度升高而大幅下降，亦無因習用銅模的耐 磨性降低，而使習用銅模底材因過度磨耗而外露的缺 失，可提升該禱胚之品質。 五 、鎳磷合金電鍍實施容易： 錦磷合金電鍍是利用―般氨基磺酸電鍍浴或 硫^錢浴系統的方式來製作，而且，其製作成本低 程簡單的特點皆較相近料鎳電鑛，所以實施鋅 構合金電鍍的^並不目難。 知納上述，本發日月夕田 之用於鋼液連鑄的具有鎳磷合金鍍 12 1328479 層之銅模，是利用該銅模可迅捷地由純鎳電鍍改為鎳磷合 金電鑛的優點’並藉由該鎳磷合金鍍層中的磷元素具有細 化晶粒結構的特性，可提高結晶缺陷密度，使該鎳磷合金 鐘層硬化而提高整體的硬度值，所以，當該鎳磷合金鍍層 鍍覆在該銅模本體之表面時，可提昇該銅模的耐磨性，增 加該銅模的使用壽命，故確實能達到本發明之目的。 惟以上所述者，僅為本發明之一個較佳實施例而已， 當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請 專利範圍及發明說明内容所作之簡單的等效變化與修飾， 皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍内。 【圖式簡單說明】 圖i是一示意圖，.說明用於鋼液連禱的具有_ 鐘層之銅模在連鑄時的使用狀態。 ^
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【主要元件符號說明】 1 ......銅模本體 2 ......錄墻合金鍍層 14