[发明专利]结晶器铜板表面超音速大气等离子喷涂陶瓷涂层的方法

说明书

技术领域

本发明属于应用于钢铁冶金连铸结晶器领域，具体涉及一种结晶器铜板表面超音速大气等离子喷涂陶瓷涂层的方法。

背景技术

连铸在钢铁冶金领域的炼钢和轧制工艺之间起到了承前启后的关键作用，而被称之为“连铸的心脏”的结晶器的性能一直是研究的重点。现代连铸过程要求结晶器在尽可能高的拉速下，保证铸坯出结晶器时坯壳有足够的厚度，防止拉漏，且铸坯周边凝固壳层厚度均匀,以达到保证铸坯质量、防止因拉坯及结晶器振动引起的拉漏的稳定高效生产的目的。结晶器外表面用30～40℃的冷却水强制冷却，而其内表面与熔渣和高于1500℃的钢液接触，易引起化学腐蚀和高温氧化，承受了温度梯度大引起的热疲劳，尤其在弯月面处会诱发大量热裂纹产生。在结晶器底部凝固坯壳增厚，保护渣为玻璃态，结晶器和铸坯坯壳之间的摩擦磨损为结晶器的主要失效形式。此外，气蚀和结晶器在线调宽引起的划伤均在不同程度造成了结晶器的损耗。为此，要求结晶器内壁应有良好的导热性，凝固壳层与结晶器内壁不粘结，摩擦力小，有足够的刚性，结构要简单，重量要轻。

统计资料显示，每套结晶器的价格在十万到百万元间不等，我国钢铁企业每年用于结晶器更换及维修的费用在二十亿元以上，结晶器是除去轧辊之外的第二大耗材。随着连铸技术的不断发展，连铸结晶器铜板材质由最初的无氧铜逐渐发展到以CuAg和CuCrZr为主，其它铜合金如CuNiBe、CuCoBe等正在尝试。为提高铸坯质量及延长结晶器寿命，铜板工作由纯铜发展到电镀、熔射喷镀及热喷涂Ni、Cr、Ni-Cr、Ni-Fe、Ni-Co、Ni-W、Ni-W-P金属陶瓷复合层。

电镀存在以下缺点:1)涂层与基材之间为物理结合而非冶金结合,在结晶器服役条件下频繁出现的冷热疲劳、钢水及钢坯的冲击和摩擦经常引起涂层起皮剥落；2)涂层内部存在电镀过程中形成的针孔及针状疏松等缺陷，降低涂层的抗氧化和磨损性能；3)镀层硬度低，耐磨性较差；4)电镀过程不可避免的排污排废及环境污染，属国家控制和逐步淘汰工艺。

目前热喷涂技术已广泛用于制备结晶器涂层，其产品具有优良的耐磨性、耐蚀性和与基体较高的结合强度。例如专利CN101116900A采用爆炸喷涂在结晶器表面制备Ni-Cr-Cr₃C₂金属陶瓷复合涂层，制得的涂层结合性能好，与基体的结合强度60～70MPa。但是，喷涂工艺所制备的涂层表面粗糙度大，耐应变性差，从而影响高温工作时的热冲击性，且无过渡层缓和涂层与基体之间的热胀系数变化，增大了涂层在弯月面处热裂纹产生的机率而导致涂层的失效。专利CN101302619A采用超音速火焰喷涂在四周边加了护板的结晶器铜板上制得了厚度均一的镍基合金涂层，涂层与基体呈冶金结合、降低了孔隙率并提高了耐磨性，但是涂层需要进行真空熔融扩散热处理以增强与基体的结合强度，热处理温度为800～950℃，高于铜基体的再结晶温度，易诱发铜基体的热变形，从而增大热处理后矫形难度甚至处理过程会危及涂层的性能。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种在结晶器铜板表面喷涂陶瓷涂层的方法，获得的涂层均匀致密，表面粗糙度低，与基体结合强度高，高温耐磨性、抗热震性及耐蚀性能好。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种结晶器铜板表面超音速大气等离子喷涂陶瓷涂层的方法，包括以下步骤：

步骤一，对结晶器铜板基体进行表面预处理；

步骤二，在经过预处理的基体表面喷涂粘结涂层；

步骤三，根据结晶器不同部位失效形式不同，在粘结涂层上喷涂相应的陶瓷面层。

所述步骤一的预处理是指除油、除锈和表面粗化，预处理方法依次为：碱浴-酸浴-喷砂或超声清洗-喷砂，所述的碱浴为NaOH或Na₂CO₃溶液，80～100℃，5～15分钟，浓度为10～40wt.%；酸浴为5～40wt.%的HCl或H₂SO₄，80～100℃，5～15分钟；超声清洗采用丙酮5～15分钟。