專利名稱：結(jié)晶器銅板表面復(fù)合鍍層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種結(jié)晶器銅板表面復(fù)合鍍層的制備方法。
背景技術(shù)：
結(jié)晶器作為整個鋼材連續(xù)澆鑄生產(chǎn)的核心裝置，其質(zhì)量的好壞直接影響到鑄坯的質(zhì)量和連鑄機的作業(yè)效率。由于鋼水直接通過結(jié)晶器表面冷卻為鑄坯，所以要求結(jié)晶器銅板具有傳熱好、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等特點。通鋼量是指通過結(jié)晶器的鋼料數(shù)量，是反映結(jié)晶器壽命水平的重要指標(biāo)，同時也是連鑄生產(chǎn)控制水平的綜合反映。目前結(jié)晶器大多采用含有微量鉻和鋯的銅板，最早有些鋼廠直接使用裸銅板組裝結(jié)晶器，結(jié)果不僅導(dǎo)致結(jié)晶器通鋼量低、結(jié)晶器銅板修復(fù)率低、連鑄成本高，而且伴隨著鋼水的直接沖刷，大量銅元素被攜帶進入鋼水，使鋼坯產(chǎn)生星型裂紋等質(zhì)量缺陷，嚴(yán)重影響鋼材連鑄質(zhì)量。由于結(jié)晶器在使用過程受到邊緣磨損、寬面熱裂紋、窄面收縮、高溫摩擦、腐蝕等問題困擾，因此對結(jié)晶器銅板表面進行表面技術(shù)改性處理成為煉鋼行業(yè)普遍關(guān)注的問題。目前結(jié)晶器銅板的表面處理技術(shù)有電鍍、熱噴涂、化學(xué)熱處理、激光熔覆等，以在結(jié)晶器銅板表面制備鍍層或涂層， 并要求鍍層或涂層與銅板基體結(jié)合牢固、耐磨性好、抗熱腐蝕性強，從而改善結(jié)晶器表面性能，延長其使用壽命，提高連續(xù)澆鑄時的通鋼量。
然而，目前實際應(yīng)用于連鑄結(jié)晶器銅板的鍍層，僅局限于Cr、N1、N1-Co, N1-Fe, Co-Ni等一元和二元鍍層，該鍍層的耐高溫、耐磨損、耐腐蝕性能并不理想；而多元合金和復(fù)合鍍層僅停留在實驗研究階段，幾乎沒有應(yīng)用于實際工業(yè)生產(chǎn)的。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)晶器銅板表面復(fù)合鍍層的制備方法，利用本方法使結(jié)晶器銅板表 面獲得摻雜有納米陶瓷顆粒的鎳基復(fù)合鍍層，有利于提高結(jié)晶器銅板的耐高溫、耐磨損、耐腐蝕性能，提高結(jié)晶器連續(xù)澆鑄的通鋼量及使用壽命。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明結(jié)晶器銅板表面復(fù)合鍍層的制備方法包括如下步驟步驟一、電鍍槽兩端通過吊具分別設(shè)置第一陽極板和第二陽極板，第一陽極板和第二陽極板設(shè)置獨立電鍍電源，電鍍槽中部設(shè)置連接漿料罐的漿料輸料管，結(jié)晶器銅板作為陰極位于電鍍槽內(nèi)處于第一陽極板和第二陽極板下方，結(jié)晶器銅板經(jīng)驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動在電鍍槽內(nèi)水平往復(fù)移動；步驟二、配制電鍍槽內(nèi)電鍍液，電鍍液為30(T500g/L的氨基磺酸鎳、l(T30g/L的氯化鎳、l(T30g/L的硼酸、O. rig/L的十二烷基硫酸鈉，并控制電鍍液溫度為4(T55°C、pH值為 3. 5^4. 5，電鍍液通過空氣攪拌；步驟三、配制納米陶瓷顆粒衆(zhòng)料，納米陶瓷顆粒選自納米氧化招、納米碳化娃、納米氧化鋯、納米碳化鎢或納米碳化鉻的一種，納米陶瓷顆粒取所配制的電鍍液在漿料罐中潤濕分散，納米陶瓷顆粒在電鍍液中的含量為5 20 g/L，漿料罐配備攪拌機以防止納米陶瓷顆粒沉降；步驟四、結(jié)晶器銅板表面鍍鎳，結(jié)晶器銅板位于第一陽極板下方，開啟連接第一陽極板的電鍍電源，并控制電流密度為3飛A/dm2，持續(xù)時間20分鐘，結(jié)晶器銅板表面獲得純鎳鍍層；步驟五、啟動結(jié)晶器銅板驅(qū)動機構(gòu)，結(jié)晶器銅板自第一陽極板下方移至第二陽極板下方，同時經(jīng)漿料輸料管將陶瓷顆粒漿料均勻灑在銅板表面，開啟連接第二陽極板的電鍍電源，并控制電流密度為l(Tl5A/dm2，持續(xù)時間5分鐘，使納米陶瓷顆粒鑲嵌于結(jié)晶器銅板的純鎳鍍層中；步驟六、將結(jié)晶器銅板經(jīng)驅(qū)動機構(gòu)移至第一陽極板下方，開啟連接第一陽極板的電鍍電源，并控制電流密度為3 5A/dm2，持續(xù)時間20分鐘，以加固鑲嵌于結(jié)晶器銅板純鎳鍍層中的納米陶瓷顆粒；步驟七、結(jié)晶器銅板純鎳鍍層及其中的納米陶瓷顆粒構(gòu)成結(jié)晶器銅板的復(fù)合鍍層，重復(fù)步驟五和步驟六，直至結(jié)晶器銅板復(fù)合鍍層滿足連鑄工藝要求。進一步，上述第一陽極和第二陽極為內(nèi)裝含硫鎳餅的陽極鈦籃，。
由于本發(fā)明結(jié)晶器銅板表面復(fù)合鍍層的制備方法采用了上述技術(shù)方案，即分別供電的兩塊陽極板板設(shè)于電鍍槽兩端，電鍍槽中部設(shè)有漿料輸料管，作為陰極的銅板位于兩塊陽極板下并在電鍍槽內(nèi)往復(fù)移動，配制氨基磺酸鹽鍍鎳體系的電鍍液并控制溫度及PH 值，配制納米陶瓷顆粒漿料并潤濕分散，銅板在第一陽極板下電鍍獲得純鎳鍍層，移動銅板至第二陽極板下，其間納米陶瓷顆粒漿料經(jīng)漿料輸料管注入電鍍槽并灑在銅板表面，銅板經(jīng)第二陽極板將納米陶瓷顆粒均勻鑲嵌于銅板的純鎳鍍層中，開啟電鍍液空氣攪拌，將銅板移至第一陽極板下方，經(jīng)第一陽極板將鑲嵌于銅板純鎳鍍層中的納米陶瓷顆粒加固，重復(fù)納米陶瓷顆粒鑲嵌和加固于銅板純鎳鍍層中的過程，直至結(jié)晶器銅板復(fù)合鍍層滿足連鑄工藝要求。本方法使結(jié)晶器銅板表面獲得摻雜有納米陶瓷顆粒的鎳基復(fù)合鍍層，且陶瓷顆粒含量高，分布均勻，有利于提高結(jié)晶器銅板的耐高溫、耐磨損、耐腐蝕性能，提高了結(jié)晶器連續(xù)澆鑄的通鋼量及使用壽命。



下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明圖1為本發(fā)明結(jié)晶器銅板表面復(fù)合鍍層的制備方法電鍍槽的布置示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明結(jié)晶器銅板表面復(fù)合鍍層的制備方法包括如下步驟步驟一、電鍍槽I兩端通過吊具2、3分別設(shè)置第一陽極板4和第二陽極板5，第一陽極板4和第二陽極板5設(shè)置獨立電鍍電源，電鍍槽I中部設(shè)置連接漿料罐的漿料輸料管6，結(jié)晶器銅板7作為陰極位于電鍍槽I內(nèi)處于第一陽極板4和第二陽極板5下方，結(jié)晶器銅板 7經(jīng)驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動在電鍍槽I內(nèi)水平往復(fù)移動；步驟二、配制電鍍槽內(nèi)電鍍液，電鍍液為30(T500g/L的氨基磺酸鎳、l(T30g/L的氯化鎳、l(T30g/L的硼酸、O. rig/L的十二烷基硫酸鈉，并控制電鍍液溫度為4(T55°C、PH值為 3. 5^4. 5，電鍍液通過空氣攪拌；該電鍍液為氨基磺酸鹽鍍鎳體系，其優(yōu)點是金屬沉積速度快，宜采用高電流密度使陶瓷顆粒瞬間加固，并且鍍液成分簡單，易于管理，獲得的鍍層均勻、內(nèi)應(yīng)力低，適合得到較厚鍍層。
步驟三、配制納米陶瓷顆粒漿料，納米陶瓷顆粒選自納米氧化鋁、納米碳化硅、納米氧化鋯、納米碳化鎢或納米碳化鉻的一種，納米陶瓷顆粒取所配制的電鍍液在漿料罐中潤濕分散，納米陶瓷顆粒在電鍍液中的含量為5 20 g/L，漿料罐配備攪拌機以防止納米陶瓷顆粒沉降；步驟四、結(jié)晶器銅板表面鍍鎳，結(jié)晶器銅板7位于第一陽極板4下方，開啟連接第一陽極板4的電鍍電源，并控制電流密度為3 5A/dm2，持續(xù)時間20分鐘，結(jié)晶器銅板7表面獲得純鎳鍍層；步驟五、啟動結(jié)晶器銅板7驅(qū)動機構(gòu)，結(jié)晶器銅板7自第一陽極板4下方移至第二陽極板5下方，同時經(jīng)漿料輸料管6向電鍍槽I注入一直處于攪拌狀態(tài)的納米陶瓷顆粒漿料，納米陶瓷顆粒漿料中的納米陶瓷顆粒均勻平緩的灑在銅板7表面，在銅板7移至第二陽極板5 下時，停止納米陶瓷顆粒漿料的注入，開啟連接第二陽極板5的電鍍電源，并控制電流密度為l(Tl5A/dm2，持續(xù)時間5分鐘，使納米陶瓷顆粒均勻鑲嵌于結(jié)晶器銅板7的純鎳鍍層中； 步驟六、開啟電鍍液的空氣攪拌，將結(jié)晶器銅板7經(jīng)驅(qū)動機構(gòu)移至第一陽極板4下方， 結(jié)晶器銅板7移動過程中，經(jīng)電鍍液的攪拌使未鑲嵌至鍍層的顆粒在攪拌的作用下脫離結(jié)晶器銅板7的純鎳鍍層，開啟連接第一陽極板4的電鍍電源，并控制電流密度為3 5A/dm2， 持續(xù)時間20分鐘，以加固鑲嵌于結(jié)晶器銅板7純鎳鍍層中的納米陶瓷顆粒；步驟七、結(jié)晶器銅板7純鎳鍍層及其中的納米陶瓷顆粒構(gòu)成結(jié)晶器銅板7的復(fù)合鍍層， 重復(fù)步驟五和步驟六，直至結(jié)晶器銅板7復(fù)合鍍層滿足連鑄工藝要求。進一步，為得到良好的復(fù)合鍍層，上述第一陽極板4和第二陽極板5采用內(nèi)裝有含硫鎳餅的鈦籃。
例一、以5cmX8cm的銅板為陰極，經(jīng)過除油后置于電鍍槽內(nèi)進行復(fù)合電鍍， 其鍍液成分為氨基磺酸鎳500g/L氯化鎳30g/L硼酸30g/L潤濕劑為十二烷基硫酸納 O. 2g/L 電鍍液溫度50°C PH值4.2 納米陶瓷顆粒為納米氧化鋁 10g/L 鑲嵌過程電流密度15 A/dm2加固過程電流密度3. 5A/dm2攪拌方式為空氣攪拌將銅板置于電鍍槽內(nèi)，10g納米氧化鋁粉末加入到100ml鍍液中進行攪拌潤濕，電鍍過程首先以第一陽極板按3. 5A/dm2的電流密度進行鍍鎳，持續(xù)時間20min，然后移動銅板至第二陽極板并注入經(jīng)過潤濕的氧化鋁漿料30ml，同時第二陽極板按電流密度15A/dm2，持續(xù)時間5min，將納米氧化鋁顆粒鑲嵌于銅板的鍍鎳層中，開啟空氣攪拌，同時將銅板移至第一陽極板下，按照3. 5A/dm2的電流密度進行顆粒加固過程，該過程約持續(xù)20min。然后按照上述鑲嵌和加固程序持續(xù)3次后，取出銅板做相應(yīng)分析。經(jīng)金相分析銅板鍍層由純鎳層和復(fù)合鍍層組成，其中貼近銅板基體一層為純鎳層，純鎳層上方為復(fù)合鍍層并經(jīng)掃描電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)納米氧化鋁顆粒均勻分布在鍍層中。采用化學(xué)分析法，將1. 5473g鍍層用硝酸溶解后，離心沉淀，烘干得粉末質(zhì)量為O. 0726g。氧化鋁陶瓷顆粒在鍍層中的體積含量為10. 11%，質(zhì)量含量為4. 69%。經(jīng)顯微硬度測試得復(fù)合鍍層硬度達到334HV，純鎳鍍層硬度為192HV。
例二、以5cmX8cm的銅板為陰極，經(jīng)過除油后置于電鍍槽內(nèi)進行復(fù)合電鍍，攪拌方式為空氣攪拌將銅板置于電鍍槽內(nèi)，15克納米碳化硅粉末加入到IOOml鍍液中進行攪拌潤濕，電鍍過程首先以第一陽極板按4A/dm2的電流密度進行鍍鎳，持續(xù)時間20min。然后移動銅板至第二陽極板并注入經(jīng)過潤濕的碳化硅漿料30ml，同時第二陽極板按電流密度12A/dm2，持續(xù)時間5min，將納米碳化硅顆粒鑲嵌于銅板的鍍鎳層中，開啟空氣攪拌，同時銅板移至第一陽極板下，按照4A/dm2的電流密度進行顆粒加固過程，該過程約持續(xù)20min。然后按照上述鑲嵌和加固程序持續(xù)3次后，取出銅板做相應(yīng)分析。經(jīng)金相分析納米碳化硅顆粒均勻分布在鍍層中。采用化學(xué)分析法，將O. 3202g鍍層用硝酸溶解后，離心沉淀，烘干得粉末質(zhì)量為 O. 0165g。碳化硅陶瓷顆粒在鍍層中的體積含量為13. 06%，質(zhì)量含量為5. 15%。經(jīng)顯微硬度測試得復(fù)合鍍層的顯微硬度為315HV。
本方法是將復(fù)合鍍分解為鑲嵌和加固兩個過程，使納米陶瓷顆粒均勻分布在鍍層中，起到了彌散強化作用。通過本方法得到的復(fù)合鍍層，陶瓷顆粒的體積含量達到10.11%， 質(zhì)量含量達到4. 69%，其余為鎳。通過顯微硬度分析 發(fā)現(xiàn)，未添加陶瓷顆粒時通過上述體系得到的純鎳鍍層其顯微硬度為192HV，而添加陶瓷顆粒后，由于彌散強化作用使鍍層的顯微硬度提高至315HV左右。且經(jīng)金相分析陶瓷顆粒在鍍層中均勻分布，納米顆粒稍有團聚，平均粒徑小于3微米。本方法制得的復(fù)合鍍層完全適用于結(jié)晶器銅板，有利于提高結(jié)晶器銅板的耐高溫、耐磨損、耐腐蝕性能，提高結(jié)晶器連續(xù)澆鑄的通鋼量及使用壽命。其鍍液成分為氨基磺酸鎳氯化鎳硼酸潤濕劑為十~■燒基硫酸納電鍍液溫度50°C PH值4. 納米陶瓷顆粒為納米碳化硅鑲嵌過程電流密度加固過程電流密度30g/L 30g/L O. 2g/L15g/L500g/L
權(quán)利要求
1.一種結(jié)晶器銅板表面復(fù)合鍍層的制備方法，其特征在于本方法包括如下步驟 步驟一、電鍍槽兩端通過吊具分別設(shè)置第一陽極板和第二陽極板，第一陽極板和第二陽極板設(shè)置獨立電鍍電源，電鍍槽中部設(shè)置連接漿料罐的漿料輸料管，結(jié)晶器銅板作為陰極位于電鍍槽內(nèi)處于第一陽極板和第二陽極板下方，結(jié)晶器銅板經(jīng)驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動在電鍍槽內(nèi)水平往復(fù)移動； 步驟二、配制電鍍槽內(nèi)電鍍液，電鍍液為30(T500g/L的氨基磺酸鎳、l(T30g/L的氯化鎳、l(T30g/L的硼酸、0. rig/L的十二烷基硫酸鈉，并控制電鍍液溫度為45 55°C、pH值為3.5^4. 5，電鍍液通過空氣攪拌； 步驟三、配制納米陶瓷顆粒衆(zhòng)料，納米陶瓷顆粒選自納米氧化招、納米碳化娃、納米氧化鋯、納米碳化鎢或納米碳化鉻的一種，納米陶瓷顆粒用所配制的電鍍液在漿料罐中潤濕分散，納米陶瓷顆粒在電鍍液中的含量為5 20 g/L，漿料罐配備攪拌機以防止納米陶瓷顆粒沉降； 步驟四、結(jié)晶器銅板表面鍍鎳，結(jié)晶器銅板位于第一陽極板下方，開啟連接第一陽極板的電鍍電源，并控制電流密度為3飛A/dm2，持續(xù)時間20分鐘，結(jié)晶器銅板表面獲得純鎳鍍層； 步驟五、啟動結(jié)晶器銅板驅(qū)動機構(gòu)，結(jié)晶器銅板自第一陽極板下方移至第二陽極板下方，同時經(jīng)漿料輸料管將陶瓷顆粒漿料均勻灑在銅板表面，開啟連接第二陽極板的電鍍電源，并控制電流密度為l(Tl5A/dm2，持續(xù)時間5分鐘，使納米陶瓷顆粒鑲嵌于結(jié)晶器銅板的純鎳鍍層中； 步驟六、將結(jié)晶器銅板經(jīng)驅(qū)動機構(gòu)移至第一陽極板下方，開啟連接第一陽極板的電鍍電源，并控制電流密度為3 5A/dm2，持續(xù)時間20分鐘，以加固鑲嵌于結(jié)晶器銅板純鎳鍍層中的納米陶瓷顆粒； 步驟七、結(jié)晶器銅板純鎳鍍層及其中的納米陶瓷顆粒構(gòu)成結(jié)晶器銅板的復(fù)合鍍層，重復(fù)步驟五和步驟六，直至結(jié)晶器銅板復(fù)合鍍層滿足連鑄工藝要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)晶器銅板表面復(fù)合鍍層的制備方法，其特征在于所述第一陽極板和第二陽極板是陽極鈦籃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種結(jié)晶器銅板表面復(fù)合鍍層的制備方法，該過程的實施需在電鍍槽內(nèi)設(shè)置兩塊陽極板、中部設(shè)有漿料輸料管，銅板水平置于兩塊陽極板下方并在槽內(nèi)水平往復(fù)移動。銅板在第一陽極板下電鍍獲得純鎳鍍層后，移動至第二陽極板下，其間經(jīng)電鍍液潤濕分散的納米陶瓷顆粒漿料經(jīng)漿料輸料管均勻灑在銅板表面，銅板經(jīng)第二陽極將納米陶瓷顆粒均勻鑲嵌于銅板的純鎳鍍層表面，然后將銅板移至第一陽極板下，將鑲嵌于純鎳鍍層表面的納米陶瓷顆粒加固，重復(fù)鑲嵌和加固過程直至鍍層滿足工藝要求。本方法使結(jié)晶器銅板表面獲得鎳基復(fù)合鍍層，有利于提高結(jié)晶器銅板耐高溫、耐磨耐腐性能以及結(jié)晶器連續(xù)澆鑄的通鋼量及使用壽命。
文檔編號C25D5/04GK103014794SQ20111028517
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者呂春雷, 侯峰巖, 黃麗, 曹志雄 申請人:上海寶鋼設(shè)備檢修有限公司