本發(fā)明屬于結(jié)晶器銅板表面處理，具體涉及一種結(jié)晶器銅板表面涂層的制備方法。

背景技術(shù)：

1、在連鑄生產(chǎn)過(guò)程中，結(jié)晶器是連鑄的核心部件，被稱作連鑄機(jī)的心臟。作為形成連鑄坯初生坯殼的關(guān)鍵設(shè)備，結(jié)晶器是實(shí)現(xiàn)鋼水由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的第一步。在結(jié)晶器內(nèi)，液態(tài)的鋼水不斷流入結(jié)晶器，在結(jié)晶器的強(qiáng)冷下在彎月面處形成薄弱的初生坯殼，隨著鑄坯的下移，坯殼表面溫度不斷降低，坯殼逐漸增厚。因而，結(jié)晶器壽命的長(zhǎng)短和耐用性直接影響連鑄生產(chǎn)效率。結(jié)晶器銅板在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的裂紋、氧化、再結(jié)晶等問(wèn)題，輕者導(dǎo)致鑄坯表面裂紋、結(jié)疤，重者會(huì)造成漏鋼，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)的順行起到至關(guān)重要的作用。

2、結(jié)晶器銅板鍍層的發(fā)展先后經(jīng)過(guò)cr鍍層、ni鍍層、ni-fe鍍層、ni-co(co-ni)鍍層，其中，co-ni合金鍍層的高溫硬度較高、熱穩(wěn)定性好、抗電化學(xué)腐蝕性能強(qiáng)，是結(jié)晶器銅板較理想的鍍層，但co成本高，硬度較高時(shí)鍍層應(yīng)力大，抗熱交變性能差。因此，近年來(lái)研究者又不斷應(yīng)用新工藝和新材料開發(fā)不同的涂鍍層以進(jìn)一步提高結(jié)晶器銅板的表面性能。例如，專利cn108070813a公開了一種結(jié)晶器銅板表面耐腐蝕cr3c2-nicr-鋁硅復(fù)合硅氧烷復(fù)合涂層的制備方法，采用超音速火焰噴涂和浸漬提拉法在結(jié)晶器銅板表面依次合成數(shù)百微米cr3c2-nicr層和數(shù)十微米的鋁硅復(fù)合硅氧烷涂層，該復(fù)合涂層耐腐蝕性能好。但是，從已經(jīng)報(bào)道的專利來(lái)看，涂鍍后的結(jié)晶器銅板雖然在性能上相比以往略有提升，但使用壽命仍然不高，主要原因在于涂層在結(jié)合性、硬度、以及耐磨性方面欠佳，因此，結(jié)晶器銅板表面涂層的性能還有待進(jìn)一步提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種結(jié)晶器銅板表面涂層的制備方法，該表面涂層為ni-w-tib2-cu復(fù)合材料，w和tib2相互固溶形成硬質(zhì)相，被cu和ni形成的不定性相包裹，不僅實(shí)現(xiàn)了較高的硬度和耐磨性，而且表面涂層內(nèi)部以及表面涂層與結(jié)晶器銅板基材之間都具有較好的結(jié)合性，從而使結(jié)晶器銅板的使用壽命得到大幅延長(zhǎng)。

2、為解決本發(fā)明所提出的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種結(jié)晶器銅板表面涂層的制備方法，包括以下步驟：

3、1)將鎳粉和鎢粉進(jìn)行球磨混合，得到第一混合粉末；

4、2)向第一混合粉末中加入硼化鈦粉和銅粉攪拌均勻，得到第二混合粉末；

5、3)將第二混合粉末采用真空熱壓燒結(jié)或真空熱等靜壓燒結(jié)，然后對(duì)燒結(jié)產(chǎn)物進(jìn)行破碎，得到涂層復(fù)合粉末；

6、4)對(duì)結(jié)晶器銅板基材的表面進(jìn)行預(yù)處理后，采用超音速火焰噴涂或等離子噴涂將涂層復(fù)合粉末噴涂到結(jié)晶器銅板基材表面，形成表面涂層。

7、上述方案中，所述鎳粉的純度大于99％，粒徑為3～10μm。

8、上述方案中，所述鎢粉的純度大于99％，粒徑為1～10μm。

9、上述方案中，所述鎳粉和鎢粉的質(zhì)量比為(3～4)：1。

10、優(yōu)選地，所述鎳粉和鎢粉的質(zhì)量比為(3.5～4)：1。

11、上述方案中，所述球磨采用行星式球磨機(jī)，配以不銹鋼真空球磨罐和高硬度金屬球磨子，進(jìn)行真空球磨，真空度為100～10pa，球磨轉(zhuǎn)速為300～400r/min，球磨時(shí)間為18～36h。

12、上述方案中，所述第一混合粉末的粒徑為1～8μm。

13、上述方案中，所述硼化鈦粉的純度大于99％，粒徑小于1μm。

14、上述方案中，所述硼化鈦粉的質(zhì)量為第一混合粉末質(zhì)量的5～8％。

15、優(yōu)選地，所述硼化鈦粉的質(zhì)量為第一混合粉末質(zhì)量的5～6％。

16、上述方案中，所述銅粉的純度大于99％，粒徑小于1μm。

17、上述方案中，所述銅粉的質(zhì)量為第一混合粉末質(zhì)量的1～5％。

18、優(yōu)選地，所述銅粉的質(zhì)量為第一混合粉末質(zhì)量的2～4％。

19、上述方案中，所述真空熱壓燒結(jié)或真空熱等靜壓燒結(jié)的真空度為10-3～10-2pa，燒結(jié)溫度為1300～1450℃，壓力為20～40mpa，保溫時(shí)間為0.5～2h。

20、優(yōu)選地，所述真空熱等靜壓燒結(jié)的真空度為3×10-3～6×10-3pa，燒結(jié)溫度為1400～1450℃，壓力為25～35mpa，保溫時(shí)間為1～2h。

21、上述方案中，所述涂層復(fù)合粉末的粒徑小于5μm。

22、上述方案中，所述結(jié)晶器銅板基材為ag-cu合金或cu-cr-zr合金。

23、進(jìn)一步的，所述結(jié)晶器銅板基材為ag-cu合金時(shí)，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比包括：cu＞99.5％，ag?0.05％～0.1％，其余為不可避免的雜質(zhì)。

24、進(jìn)一步的，所述結(jié)晶器銅板基材為cu-cr-zr合金時(shí)，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比包括：cu＞98％，cr?0.5～1.5％，zr?0.01～0.3％，其余為不可避免的雜質(zhì)。

25、上述方案中，所述預(yù)處理先使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)25～40％的naoh溶液進(jìn)行表面清洗，再使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)3～8％的h2so4溶液進(jìn)行表面處理。

26、上述方案中，所述表面涂層的厚度為0.5～2mm。

27、上述方案中，所述表面涂層的致密度大于99.7％，硬度hv10為1300～1500，表面涂層與結(jié)晶器銅板基材的結(jié)合強(qiáng)度為290～400mpa。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

29、本發(fā)明通過(guò)納米tib2在晶體間形成固溶相的方式制備結(jié)晶器銅板表面涂層，ni和w作為固溶促進(jìn)劑，通過(guò)tib2固溶作用，在晶界處w原子與tib2晶格發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成金屬二硼化物固溶體如w2nib2以及(ti,w)b2等復(fù)合結(jié)合相，不僅可增強(qiáng)涂層晶體間的結(jié)合強(qiáng)度，也可大幅提升涂層的硬度和耐磨性；同時(shí)，進(jìn)一步添加cu，反應(yīng)生成的w-tib2作為硬質(zhì)相被cu和ni粉包裹，在噴涂后，通過(guò)涂層中ni和cu與銅板基材形成過(guò)渡層，該過(guò)渡層能夠使涂層與銅板基材之間形成良好的結(jié)合，此外，在高溫下cu與w形成不定形結(jié)合界面，不僅提升涂層與銅板基材的結(jié)合強(qiáng)度，還能強(qiáng)化涂層內(nèi)部的結(jié)合性，進(jìn)一步提升涂層的硬度和耐磨性；從而使結(jié)晶器銅板的使用壽命得到大幅延長(zhǎng)。

技術(shù)特征：

1.一種結(jié)晶器銅板表面涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)晶器銅板表面涂層的制備方法，其特征在于，所述鎳粉和鎢粉的質(zhì)量比為(3～4)：1；所述硼化鈦粉的質(zhì)量為第一混合粉末質(zhì)量的5～8％；所述銅粉的質(zhì)量為第一混合粉末質(zhì)量的1～5％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)晶器銅板表面涂層的制備方法，其特征在于，所述鎳粉和鎢粉的質(zhì)量比為(3.5～4)：1；所述硼化鈦粉的質(zhì)量為第一混合粉末質(zhì)量的5～6％；所述銅粉的質(zhì)量為第一混合粉末質(zhì)量的2～4％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)晶器銅板表面涂層的制備方法，其特征在于，所述真空熱壓燒結(jié)或真空熱等靜壓燒結(jié)的真空度為10-3～10-2pa，燒結(jié)溫度為1300～1450℃，壓力為20～40mpa，保溫時(shí)間為0.5～2h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)晶器銅板表面涂層的制備方法，其特征在于，所述真空熱壓燒結(jié)或真空熱等靜壓燒結(jié)的真空度為3×10-3～6×10-3pa，燒結(jié)溫度為1400～1450℃，壓力為25～35mpa，保溫時(shí)間為1～2h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)晶器銅板表面涂層的制備方法，其特征在于，步驟1)中，所述球磨采用行星式球磨機(jī)進(jìn)行真空球磨，真空度為100～10pa，球磨轉(zhuǎn)速為300～400r/min，球磨時(shí)間為18～36h；所述第一混合粉末的粒徑為1～8μm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)晶器銅板表面涂層的制備方法，其特征在于，所述涂層復(fù)合粉末的粒徑小于5μm；所述表面涂層的厚度為0.5～2mm，致密度大于99.7％，硬度hv10為1300～1500，表面涂層與結(jié)晶器銅板基材的結(jié)合強(qiáng)度為290～400mpa。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)晶器銅板表面涂層的制備方法，其特征在于，所述結(jié)晶器銅板基材為ag-cu合金或cu-cr-zr合金；為ag-cu合金時(shí)，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比包括：cu＞99.5％，ag?0.05％～0.1％，其余為不可避免的雜質(zhì)；為cu-cr-zr合金時(shí)，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比包括：cu＞98％，cr?0.5～1.5％，zr?0.01～0.3％，其余為不可避免的雜質(zhì)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)晶器銅板表面涂層的制備方法，其特征在于，所述鎳粉的純度大于99％，粒徑為3～10μm；所述鎢粉的純度大于99％，粒徑為1～10μm；所述硼化鈦粉的純度大于99％，粒徑小于1μm；所述銅粉的純度大于99％，粒徑小于1μm。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)晶器銅板表面涂層的制備方法，其特征在于，所述預(yù)處理先使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)25～40％的naoh溶液進(jìn)行表面清洗，再使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)3～8％的h2so4溶液進(jìn)行表面處理。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于結(jié)晶器銅板表面處理技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種結(jié)晶器銅板表面涂層的制備方法，包括以下步驟：1)將鎳粉和鎢粉進(jìn)行球磨混合，得到第一混合粉末；2)向第一混合粉末中加入硼化鈦粉和銅粉攪拌均勻，得到第二混合粉末；3)將第二混合粉末采用真空熱壓燒結(jié)或真空熱等靜壓燒結(jié)，然后對(duì)燒結(jié)產(chǎn)物進(jìn)行破碎，得到涂層復(fù)合粉末；4)對(duì)結(jié)晶器銅板基材的表面進(jìn)行預(yù)處理后，采用超音速火焰噴涂或等離子噴涂將涂層復(fù)合粉末噴涂到結(jié)晶器銅板基材表面，形成表面涂層。本發(fā)明表面涂層不僅具有較高的硬度和耐磨性，而且表面涂層內(nèi)部以及表面涂層與結(jié)晶器銅板基材之間都具有較好的結(jié)合性，從而使結(jié)晶器銅板的使用壽命得到大幅延長(zhǎng)。

技術(shù)研發(fā)人員：劉孟,黃君,張劍君,彭著剛,萬(wàn)菲,鄒龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢鋼鐵有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6