[发明专利]一种非晶/纳米晶冷却辊的修复复合层及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，具体涉及一种非晶/纳米晶冷却辊的修复复合层及制备方法。

技术背景

非晶/纳米晶合金是由超急冷凝固，合金凝固时原子来不及有序排列结晶，得到的固态合金是长程无序结构，没有晶态合金的晶粒、晶界存在。现在的非晶/纳米晶生产技术是将1300℃的合金钢水浇到高速旋转的通水冷却的同辊上，瞬间冷却到200℃以下，形成非晶/纳米晶。

 非晶/纳米晶冷却辊是生产非晶/纳米晶合金带材的关键设备，主要由导热性非常好的铜或铜合金做内衬，外面套有夹套通水冷却，使高温钢液瞬间冷却形成非晶/纳米晶薄带，非晶/纳米晶冷却辊质量好坏对非晶/纳米晶带材的生产和铸坯质量都有很大的影响。因此对非晶/纳米晶冷却辊进行修复，提高其耐磨性和耐热性，延长其使用寿命，对提高带材成型率，以及提高企业的技术经济效率具有十分重要的意义。在铜合金表面进行表面修复的方法有很多种，常见的有电镀和化学镀。但是电镀层厚度较薄（一般小于0.3mm），与基体形成结合力差的化学性结合；等离子喷涂层孔隙率高，与铜基体之间呈机械性结合，服役一段时间后易剥落。随着激光技术的广泛应用，非晶/纳米晶冷却辊表面涂层也可以采用激光熔覆技术制备，但是需要解决激光熔覆层出现的裂纹问题，而且直接在冷却辊上进行激光熔覆，冷却辊对激光束能量的吸收率低。

 中国发明专利申请CN 1932082 A公开了一种《在结晶器表面快速熔覆制备耐磨抗热复合涂层工艺》，其工艺过程为A、结晶器铜板表面预处理；B、等离子喷涂预沉积打底合金；C、高功率激光器快速熔覆打底合金；D、高功率激光器宽带熔覆钴基合金；E、后续热处理。该专利选取与镍基自熔合金粉末（Ni-Cu-Si-B)作为打底层，在高功率低阶模起弧条件下进行激光快速熔覆，后期与铜板形成牢固的冶金结合，实现和机体材料良性的韧性；然后采用Co基合金，在结晶器铜板上进行送粉法激光宽带熔覆处理，形成均匀致密的优良抗热耐磨复合涂层。

 但是上述冷却辊的修复方法，存在下述缺陷：1、需要先等离子喷涂打底，再采用5KW CO₂激光器重熔，然后进行激光熔覆，工艺复杂，且等离子喷涂和高功率CO₂激光器设备体积庞大，价格昂贵；2、虽然采用镍基合金粉末打底与Co基合金结合，解决了激光熔覆层裂纹的问题，但是由于在激光熔覆前对镍基合金层进行了重熔，是Co基合金的激光熔覆效率较低，冷却辊对激光束能量的吸收率低。

发明内容

    为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种非晶/纳米晶冷却辊的修复复合层，并提供该复合层的制备方法，使制得的复合涂层均匀致密、耐磨性和耐热性优异，并且具有熔覆效率高、冷却辊对激光束能量吸收率高的特点。

  本发明的技术方案为：一种非晶/纳米晶冷却辊的修复复合层，该复合层由两层构成，连接基材的为铜基合金层，其按重量百分比计算其成分为：Ni 7~9%，Sn 8~12%，Co 5~15%，Si 0.8~2%，余量为Cu；另外一层为镍基合金层，其选自Ni-Co合金、Ni-P合金、Ni-Fe合金、Ni-Cr合金中的一种，其中Ni在合金中的重量含量为60-75%。

优化的，铜基合金层与镍基合金层的厚度比为1：1-2。

优化的，镍基合金层的粉末为球形或者椭球形，其粒度为109-250μm。

本发明提供的非晶/纳米晶冷却辊的修复复合层的制备方法，由以下步骤组成，

步骤一，冷却辊表面预处理

去除非晶/纳米晶冷却辊表面氧化层并清洗缺陷部位；

步骤二，电镀铜基合金层

在非晶/纳米晶冷却辊表面电镀铜基合金粉末，所述铜基合金粉末按重量百分比计算其成分为：Ni 7~9%，Sn 8~12%，Co 5~15%，Si 0.8~2%，余量为Cu；

步骤三，高功率激光器宽带熔覆镍基合金层

采取同步送粉方式喂入合金粉末，采用宽带熔覆方法在电镀铜基打底层上，熔覆镍基合金，所述镍基合金选自Ni-Co合金、Ni-P合金、Ni-Fe合金、Ni-Cr合金中的一种，其中Ni在合金中的重量含量为60-75%。

优化的，步骤二中电镀采用卧式电镀槽，镀液温度为40-50℃，电流密度为30-35mA/cm²，镀液采用空气搅拌。

优化的，步骤三中熔覆参数为：

熔覆功率P为3000-8000W

光斑直径为2-6mm

熔覆扫描速度V为5-8m/min

搭接率为40%-60%。