[发明专利]铜结晶器表面激光强化涂层制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜结晶器表面激光强化涂层制备方法。

背景技术

随着连铸技术向高效、高拉速方向的不断发展，结晶器铜板的使用条件愈来愈恶劣，对结晶器的表面性能要求也愈来愈高。现生产中大量应用的结晶器表面电镀涂层受制于镀种的开发，目前的二元合金体系如NiFe/NiCo/CoNi等已越来越难以满足现场生产对结晶器表面耐磨耐蚀性能的需求，加上电镀工艺所受的环保制约，因此必须寻求新的方法来提升铜结晶器的表面性能。伴随大功率工业激光器的商业化应用推广，激光熔覆技术已越来越广泛地应用于各类关键零部件的表面强化上。众多高校科研机构以及企业均在探索应用激光熔覆技术制备铜结晶器表面强化涂层。

但相关结晶器铜板表面激光熔覆还存在一些关键问题需要解决，首先由于铜结晶器导热性能好，表面润湿性差，对激光的反射率较大，尤其是波长为10.6μm的CO₂激光，激光吸收率极低，导致在铜结晶器表面直接制备激光熔覆层与基体界面处很难形成牢固可靠的冶金结合。此外激光熔覆前的高温预热更会加大结晶器铜板的熔覆变形，造成后续产品加工中的矫正难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种铜结晶器表面激光强化涂层制备方法，本方法克服了传统结晶器铜板表面激光熔覆存在的缺陷，解决了结晶器铜板表面制备激光熔覆层时难以与基体形成可靠冶金结合的难题，提高了结晶器铜板表面的耐磨耐蚀性能。

为解决上述技术问题，本发明铜结晶器表面激光强化涂层制备方法包括如下步骤：

步骤一、铜板表面碱洗去除表面油脂，活化后电镀或电刷镀纯镍层或镍基合金层，镀层厚度为0.1～0.5mm；

步骤二、采用大功率激光器对电镀层进行逐道搭接扫描重熔，控制调整激光光束扫描速度，保证电镀层熔透从而使激光重熔层与结晶器铜基体形成可靠的冶金连接；

步骤三、在激光重熔层上采用同步送粉激光熔覆合金工作层至设定厚度；

步骤四、将合金工作层铣加工成光滑表面。

进一步，所述大功率激光器为激光功率大于3000W的半导体光纤耦合输出激光器或光纤输出固体激光器。

进一步，所述激光熔覆合金工作层同步送粉的粉末为镍基合金粉末或钴基合金粉末，形成镍基合金工作层或钴基合金工作层。

进一步，所述电镀层逐道搭接扫描重熔的搭接率为10%～20%。

由于本发明铜结晶器表面激光强化涂层制备方法采用了上述技术方案，即本方法首先在铜结晶器表面制备一层电镀层，电镀层为纯镍或镍基合金；采用大功率激光器对电镀层进行逐道搭接扫描重熔，重熔后的镍基电镀层可与铜基体形成牢固可靠的冶金结合，并靠近结合面形成了镍铜固熔过渡层；在此激光重熔层基础上再采用同步送粉激光熔覆法制备镍基或钴基合金工作层；将合金工作层铣加工成光滑表面。本方法克服了传统结晶器铜板表面激光熔覆存在的缺陷，解决了结晶器铜板表面制备激光熔覆层时难以与基体形成可靠冶金结合的难题，提高了结晶器铜板表面的耐磨耐蚀性能。

具体实施方式

本发明铜结晶器表面激光强化涂层制备方法包括如下步骤：

步骤一、铜板表面碱洗去除表面油脂，活化后电镀或电刷镀纯镍层或镍基合金层，镀层厚度为0.1～0.5mm；

步骤二、采用大功率激光器对电镀层进行逐道搭接扫描重熔，控制调整激光光束扫描速度，保证电镀层熔透从而使激光重熔层与结晶器铜基体形成可靠的冶金连接；

步骤三、在激光重熔层上采用同步送粉激光熔覆合金工作层至设定厚度；

步骤四、将合金工作层铣加工成光滑表面。

进一步，所述大功率激光器为激光功率大于3000W的半导体光纤耦合输出激光器或光纤输出固体激光器。

优选的，所述激光熔覆合金工作层同步送粉的粉末为镍基合金粉末或钴基合金粉末，形成镍基合金工作层或钴基合金工作层。

优选的，所述电镀层逐道搭接扫描重熔的搭接率为10%～20%。

本方法将激光束施加在镍基电镀层表面而不是直接施加于结晶器的铜基表面，可解决铜结晶器表面直接激光熔覆导致激光反射率大、能量吸收率低而无法形成可靠冶金结合的问题。且因镍铜可无限固溶，重熔后的镍基电镀层可与结晶器铜基体形成牢固可靠的冶金结合，并在靠近结合面形成了镍铜固熔过渡层，在此过渡层基础上再制备镍基或钴基工作层，形成具备硬度和成分梯度的功能涂层，从而提高结晶器铜板表面的耐磨耐蚀性能。