CN115110018B - 结晶器铜板用涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钢铁技术领域，公开了一种结晶器铜板用涂层的制备方法，包括如下步骤：原料选取、基础粉末配制、涂层粉末制备和铜板涂覆涂层。本发明结晶器铜板用涂层的制备方法，喷涂后，耐磨性高、硬度高、高温下化学稳定性好，可有效延长结晶器铜板使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁技术领域，具体涉及一种结晶器铜板用涂层的制备方法。
背景技术
结晶器是钢厂连铸设备中最关键的部件，结晶器铜板质量直接影响连铸坯表面质量、连铸机作业率和连铸成本。结晶器铜板在使用过程中存在边缘磨损、宽面热裂纹、窄面收缩、腐蚀等问题。目前，对结晶器铜板研究的重点是采用合适的表面处理技术在铜板表面镀覆一种或几种材料，以获得特殊功能表面，在保证其导热性受镀层影响不大的情况下，获得与基体结合牢固、耐磨性好、抗热腐蚀性强的各种镀层，以改善铜板的表面性能、延长其使用寿命、提高连铸坯质量，从而达到降低浇铸吨钢成本的目的。高速连铸的发展对结晶器表面性能提出了更高的要求，电镀、化学镀、热喷涂和激光熔覆等表面改性技术在连铸结晶器上的应用可以提高铜板表面的耐腐蚀、耐磨损等问题。
在已公布的文献中，“一种耐热蚀耐磨梯度涂层结晶器铜板”(CN106903281A)，该发明报道的铜板基体表面设置有激光熔覆制得的熔覆层，熔覆层由上部陶瓷涂层和下部金属涂层组成。“结晶器铜板表面耐腐蚀Cr3C2-NiCr-铝硅复合硅氧烷复合涂层的制备方法”(CN108070813A)，该发明公布的复合涂层包括热喷涂Cr3C2-NiCr层和铝硅复合硅氧烷涂层，其制备方法包括采用超音速火焰喷涂和浸渍提拉法方法在结晶器铜板表面依次合成数百微米Cr3C2-NiCr层和铝硅复合硅氧烷涂层，报道称其致密度高，耐腐蚀性能好。“一种金属陶瓷涂层结晶器铜板制作方法”(CN101637806B)报道称其采用超音速火焰喷涂法在铜结晶器表面喷涂Cr3C2-25NiCr金属陶瓷涂层，在其上涂敷一层混合金属陶瓷的低熔点钎料，最后在真空炉中重熔处理。“一种激光制造与再制造结晶器铜板的功能层合金材料”(CN106591631B)，该发明报道称其先用熔覆一层Ni-Al-Cu过渡合金层，然后再在过渡层上熔覆一层钴基功能层，提高结晶器表面的耐高温腐蚀和磨损的能力。
上述专利中的结晶器铜板虽然在性能上略有提升，但在结晶器铜板使用寿命方面普遍不高，因此，研究和开发长寿命结晶器铜板对于提高连铸生产效率具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种结晶器铜板用涂层的制备方法，喷涂后，耐磨性高、硬度高、高温下化学稳定性好，可有效延长结晶器铜板使用寿命。
为实现上述目的，本发明所设计的结晶器铜板用涂层的制备方法，包括如下步骤：
A)原料选取：选取金属镍粉末、金属铝粉末、金属钛粉末和六方氮化硼粉末；
B)基础粉末配制：将金属镍粉末和金属铝粉末按照质量比1:1进行混合，制得第一基础粉末，将金属钛粉末和六方氮化硼粉末按照质量比3:2进行混合，制得第二基础粉末；
C)涂层粉末制备：将所述步骤B)制得的第一基础粉末和第二基础粉末按照质量比10:(1～5)采用混料机进行混合，混合均匀后采用压制成型的方法制备坯体样品，再在氩气气氛保护下采用烧结方式进行所述坯体样品的烧结，烧结完成后，将所述坯体样品采用破碎机磨碎制得涂层粉末；
D)铜板涂覆涂层：对铜板表面进行预处理使得表面除锈和粗糙度达到喷涂的要求，再采用超音速火焰喷涂的方法，将所述步骤C)制备的涂层粉末喷涂到铜板表面形成涂层。
优选地，所述步骤A)中，所述金属镍粉末的粒径为3～10μm，所述金属铝粉末的粒径为15～30μm，所述金属钛粉末的粒径为10～40μm，所述六方氮化硼粉末的粒径为5～10μm。
优选地，所述步骤A)中，金属镍粉末、金属铝粉末、金属钛粉末和六方氮化硼粉末的纯度均大于99％。
优选地，所述步骤C)中，烧结温度为1800～2300℃。
优选地，所述步骤C)中，所述烧结方式为常压烧结、热压烧结或热等静压烧结中的一种。
优选地，所述步骤C)中，所述涂层粉末的粒径小于5μm
优选地，所述步骤D)中，涂层厚度为0.3～1.5mm
本发明中，采用镍和铝为涂层基材，可充分保证喷涂过程中涂层与铜板的结合性，采用钛和六方氮化硼为涂层结合相，一方面可保证在高温过程中生成的TiB2和TiN能够赋予涂层足够的硬度，另一方面，部分残留的六方氮化硼由于是层状结构，可给予涂层表面自润滑性能从而使得涂层耐磨性能提高。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、喷涂后耐磨性高、硬度高、高温下化学稳定性好，可延长结晶器铜板使用寿命；
2、不仅可应用于连铸结晶器铜板，同时还可以应用于钢包、中间包、铁包等耐高温行业领域，克服了目前结晶器铜板使用寿命短和不耐磨的问题，有望推广进行大规模的生产应用。
附图说明
图1为本发明结晶器铜板用涂层的制备方法实施例1中涂层的断口形貌图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
一种结晶器铜板用涂层的制备方法，包括如下步骤：
A)选取金属镍粉末，其粒径为3μm，纯度为99％，金属铝粉末，其粒径为15μm，纯度为99％，金属钛粉末，其粒径为10μm，纯度为99％，六方氮化硼粉末，其粒径为5μm，纯度为99％；
B)基础粉末配制：将金属镍粉末和金属铝粉末按照质量比1:1进行混合，制得第一基础粉末，将金属钛粉末和六方氮化硼粉末按照质量比3:2进行混合，制得第二基础粉末；
C)涂层粉末制备：将步骤B)制得的第一基础粉末和第二基础粉末按照质量比10:1采用混料机进行混合，混合均匀后采用压制成型的方法制备坯体样品，再在氩气气氛保护下采用常压烧结、热压烧结或热等静压烧结的烧结方式进行坯体样品的烧结，烧结温度为1800℃，烧结完成后，将坯体样品采用破碎机磨碎制得涂层粉末，涂层粉末的粒径为5μm；
D)铜板涂覆涂层：对铜板表面进行预处理使得表面除锈和粗糙度达到喷涂的要求，再采用超音速火焰喷涂的方法，将步骤C)制备的涂层粉末喷涂到铜板表面形成涂层，涂层厚度为0.3mm。
经测试，本实施例中，涂层的断口形貌图如图1所示，结晶器铜板表面涂层致密度大于98.5％，硬度值达到HV1850，涂层与基体结合强度为195MPa，实际使用单次过钢量7万吨/套。
实施例2
一种结晶器铜板用涂层的制备方法，包括如下步骤：
A)选取金属镍粉末，其粒径为10μm，纯度为99％，金属铝粉末，其粒径为30μm，纯度为99％，金属钛粉末，其粒径为40μm，纯度为99％，六方氮化硼粉末，其粒径为5μm，纯度为99％；
B)基础粉末配制：将金属镍粉末和金属铝粉末按照质量比1:1进行混合，制得第一基础粉末，将金属钛粉末和六方氮化硼粉末按照质量比3:2进行混合，制得第二基础粉末；
C)涂层粉末制备：将步骤B)制得的第一基础粉末和第二基础粉末按照质量比10:3采用混料机进行混合，混合均匀后采用压制成型的方法制备坯体样品，再在氩气气氛保护下采用常压烧结、热压烧结或热等静压烧结的烧结方式进行坯体样品的烧结，烧结温度为2100℃，烧结完成后，将坯体样品采用破碎机磨碎制得涂层粉末，涂层粉末的粒径为4μm；
D)铜板涂覆涂层：对铜板表面进行预处理使得表面除锈和粗糙度达到喷涂的要求，再采用超音速火焰喷涂的方法，将步骤C)制备的涂层粉末喷涂到铜板表面形成涂层，涂层厚度为1mm。
经测试，本实施例中，结晶器铜板表面涂层致密度大于97.8％，硬度值达到HV1653，涂层与基体结合强度为175MPa，实际使用单次过钢量5.8万吨/套。
实施例3
一种结晶器铜板用涂层的制备方法，包括如下步骤：
A)选取金属镍粉末，其粒径为3μm，纯度为99％，金属铝粉末，其粒径为20μm，纯度为99％，金属钛粉末，其粒径为15μm，纯度为99％，六方氮化硼粉末，其粒径为10μm，纯度为99％；
B)基础粉末配制：将金属镍粉末和金属铝粉末按照质量比1:1进行混合，制得第一基础粉末，将金属钛粉末和六方氮化硼粉末按照质量比3:2进行混合，制得第二基础粉末；
C)涂层粉末制备：将步骤B)制得的第一基础粉末和第二基础粉末按照质量比10:4采用混料机进行混合，混合均匀后采用压制成型的方法制备坯体样品，再在氩气气氛保护下采用常压烧结、热压烧结或热等静压烧结的烧结方式进行坯体样品的烧结，烧结温度为2300℃，烧结完成后，将坯体样品采用破碎机磨碎制得涂层粉末，涂层粉末的粒径为3μm；
D)铜板涂覆涂层：对铜板表面进行预处理使得表面除锈和粗糙度达到喷涂的要求，再采用超音速火焰喷涂的方法，将步骤C)制备的涂层粉末喷涂到铜板表面形成涂层，涂层厚度为1.5mm。
经测试，本实施例中，结晶器铜板表面涂层致密度为97.2％，硬度值达到HV1712，涂层与基体结合强度为165MPa，实际使用单次过钢量6.3万吨/套。
实施例4
一种结晶器铜板用涂层的制备方法，包括如下步骤：
A)选取金属镍粉末，其粒径为8μm，纯度为99％，金属铝粉末，其粒径为25μm，纯度为99％，金属钛粉末，其粒径为15μm，纯度为99％，六方氮化硼粉末，其粒径为8μm，纯度为99％；
B)基础粉末配制：将金属镍粉末和金属铝粉末按照质量比1:1进行混合，制得第一基础粉末，将金属钛粉末和六方氮化硼粉末按照质量比3:2进行混合，制得第二基础粉末；
C)涂层粉末制备：将步骤B)制得的第一基础粉末和第二基础粉末按照质量比10:5采用混料机进行混合，混合均匀后采用压制成型的方法制备坯体样品，再在氩气气氛保护下采用常压烧结、热压烧结或热等静压烧结的烧结方式进行坯体样品的烧结，烧结温度为2280℃，烧结完成后，将坯体样品采用破碎机磨碎制得涂层粉末，涂层粉末的粒径为2μm；
D)铜板涂覆涂层：对铜板表面进行预处理使得表面除锈和粗糙度达到喷涂的要求，再采用超音速火焰喷涂的方法，将步骤C)制备的涂层粉末喷涂到铜板表面形成涂层，涂层厚度为1.4mm。
经测试，本实施例中，结晶器铜板表面涂层致密度为98.6％，硬度值达到HV1925，涂层与基体结合强度为225MPa，实际使用单次过钢量7.1万吨/套。
本发明结晶器铜板用涂层的制备方法，喷涂后耐磨性高、硬度高、高温下化学稳定性好，可延长结晶器铜板使用寿命；不仅可应用于连铸结晶器铜板，同时还可以应用于钢包、中间包、铁包等耐高温行业领域，克服了目前结晶器铜板使用寿命短和不耐磨的问题，有望推广进行大规模的生产应用。
Claims (6)
1.一种结晶器铜板用涂层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
A)原料选取：选取金属镍粉末、金属铝粉末、金属钛粉末和六方氮化硼粉末；
B)基础粉末配制：将金属镍粉末和金属铝粉末按照质量比1:1进行混合，制得第一基础粉末，将金属钛粉末和六方氮化硼粉末按照质量比3:2进行混合，制得第二基础粉末；
C)涂层粉末制备：将所述步骤B)制得的第一基础粉末和第二基础粉末按照质量比10:(1～5)采用混料机进行混合，混合均匀后采用压制成型的方法制备坯体样品，再在氩气气氛保护下采用烧结方式进行所述坯体样品的烧结，烧结温度为1800～2300℃，烧结完成后，将所述坯体样品采用破碎机磨碎制得涂层粉末；
D)铜板涂覆涂层：对铜板表面进行预处理使得表面除锈和粗糙度达到喷涂的要求，再采用超音速火焰喷涂的方法，将所述步骤C)制备的涂层粉末喷涂到铜板表面形成涂层。
2.如权利要求1所述结晶器铜板用涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤A)中，所述金属镍粉末的粒径为3～10μm，所述金属铝粉末的粒径为15～30μm，所述金属钛粉末的粒径为10～40μm，所述六方氮化硼粉末的粒径为5～10μm。
3.如权利要求1所述结晶器铜板用涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤A)中，金属镍粉末、金属铝粉末、金属钛粉末和六方氮化硼粉末的纯度均大于99％。
4.如权利要求1所述结晶器铜板用涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤C)中，所述烧结方式为常压烧结、热压烧结或热等静压烧结中的一种。
5.如权利要求1所述结晶器铜板用涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤C)中，所述涂层粉末的粒径小于5μm。
6.如权利要求1所述结晶器铜板用涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤D)中，涂层厚度为0.3～1.5mm。
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