[发明专利]一种在连铸结晶器铜合金板表面制备高温耐磨涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及对铜合金板表面等离子喷涂高温耐磨涂层的方法，特别是针对连铸结晶器铜合金板表面制备高温耐磨涂层的方法。 

背景技术

连铸具有高效、节能的特点，是现代钢铁工业中一种常规的生产技术。结晶器是连铸机的核心，是将钢水注入其中，使钢水外层形成连续的硬壳，随后将其拉入支撑导向段的扇形段冷却凝固，并拉出铸坯的装置，其技术性能将直接影响到连铸设备的使用寿命、生产效率和铸坯质量。 

连铸生产中，结晶器铜合金板工作表面与1530℃～1570℃的钢液接触，背面通过30～40℃的冷却水，承受着钢液静压力、摩擦力，存在巨大的温度梯度和热应力。随连铸设备大型化、高拉速和在线调宽技术的发展，连铸生产效率得到大幅提高，结晶器铜合金板的热负荷大幅增加，特别是弯月面附近结晶器铜合金板的表面温度可达到300℃～350℃。弯月面处由于急冷急热的反复热应力的作用，极易产生热裂纹和热变形等。高效连铸技术的发展对结晶器铜合金板质量提出了更高的要求，高强度、高耐磨性和良好的导热性能成为衡量结晶器质量优劣的重要指标，而提高其耐磨性成了延长结晶器铜合金板使用寿命的最有效的手段之一。最早且也较广泛地用来提高结晶器铜合金板耐磨性的是电镀层。但由于电镀层硬度较低，其耐磨性特别是高温耐磨性较差，不能大幅延长结晶器铜合金板的寿命。 

专利CN200610047995.2采用等离子喷涂方法，在结晶器铜合金板表面预喷涂镍基自熔性合金，然后用激光重熔，之后在经重熔的镍基层上再采用激光熔覆钴基合金，最后进行长时间的去应力热处理。经过这样的处理，大幅度地提高了结晶器铜合金板的耐磨性能。 

专利CN200910038846.3采用热喷涂方法先制备厚0.3-0.5mm的过渡层，将过渡层用激光重熔后再喷砂处理，然后用超音速火焰喷涂的方法在过渡层上喷涂Ni基或Co基合金工作层，最后再对工作层进行激光重熔。采用该工艺后涂层致密度、结合强度和抗热震性能均有较大的提高。 

专利CN1431336A采用等离子喷涂的方法在结晶器铜合金板表面制备CuAgP合金打底层，然后在打底层上分别制备Cr₃C₂-NiCr金属陶瓷、Delelo50自熔合金和Ni基自熔合金层，并置于800～880℃温度下进行热处理，使底层熔化，基材与底层、底层与面层间界面消失， 涂层与基体形成冶金结合，极大地提高了涂层的结合强度、抗热震性能，延长了结晶器的使用寿命。 

采用上述工艺方法制备涂层，可以大幅提高涂层与基体的结合强度，涂层致密，改善了涂层的抗热震性能，提高了结晶器铜合金板的耐磨性能，延长了其使用寿命。但是这些工艺方法对设备等的要求较高，工艺流程比较复杂，需要控制的参数较多，成本也较高，不利于实际生产应用。 

发明内容

本发明提供了一种在连铸结晶器铜合金板表面制备高温耐磨涂层的方法，目的是克服上述现有技术中存在的工艺流程复杂、成本高的缺点，提高结晶器铜板的高温耐磨性能，大幅延长结晶器铜板的使用寿命，并简化工艺，降低生产成本。本发明也可以应用于各种铜或铜合金表面强化或者修复。 

本发明的技术方案是：一种在连铸结晶器铜合金板表面制备高温耐磨涂层的方法，采用等离子喷涂方法将金属陶瓷粉末喷涂于经预处理的铜合金板表面形成厚度为0.5mm的金属陶瓷凃层；所述的金属陶瓷粉末为Cr₃C₂-NiCr粉末，粒度为325目～500目，其中，Cr₃C₂占Cr₃C₂-NiCr粉末总质量的70-80％，其余为NiCr合金粉末，NiCr合金粉末中Ni/Cr质量比为80：20。 

在经预处理的铜合金板表面先喷凃打底层粉末形成打底层，再将金属陶瓷粉末喷涂于打底层上形成总厚度为0.5mm的金属陶瓷涂层；所述的打底层粉末为NiAl粉末，质量比Ni/Al=80/20，粒度为200～400目。 

喷凃所采用的主气和送粉气皆为氩气、辅气为氦气，其中，主气流量为54～64L·min^-1、送粉气流量为6L·min^-1；喷涂时的喷涂距离为90～140mm、喷涂功率为22～30kw、送粉速率为15～30g·min^-1、喷枪移动速度为200mm·s^-1，控制铜合金板的温度≤150℃。