[发明专利]一种结晶器表面激光熔覆的合金涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光熔覆技术，具体是一种结晶器表面激光熔覆的合金涂层及其制备方法，此涂层具有高耐磨、耐热冲蚀和与基材高结合力等性能。

背景技术

结晶器是炼钢中连铸钢的关键部件，连铸时钢水通过结晶器表面连续冷却而直接铸出钢坯，结晶器的质量直接影响连铸坯表面质量、连铸机作业率和连铸坯成本及出钢吨位等。高效连铸技术的发展对结晶器质量提出了更高的要求，高强度、高耐磨性、耐腐蚀性和良好的导热性成为衡量结晶器质量的重要指标。目前，对结晶器表面处理常用的技术有：堆焊技术、熔接技术、电镀、化学镀、热喷涂、非金属镀技术、物理与化学气相沉积、化学热处理等。然而广泛应用的电镀、化学镀、热喷涂等表面处理方法虽然能提高结晶器铜板的耐磨性，但由于制备的涂层与基体是机械结合，而不是冶金结合，在结晶器使用过程中常会由于热疲劳镀层易于发生剥落起皮，引起结晶器铜板的报废和连铸停产；涂层存在着疏松、气孔、夹杂等缺陷，显著影响涂层性能和使用寿命。

近年来，出现了大功率CO₂激光器在结晶器铜板表面进行激光熔覆工艺的研究；获得的激光熔覆耐磨合金涂层为冶金结合，与电镀、热喷涂等涂层相比，具有结合强度高、熔层组织细密均匀的特点。然而，目前的涂层仅由一些常规的激光熔覆粉末组成，如Ni60，Ni1015等，在结晶器表面大面积熔覆时存在裂纹、气孔等缺陷，或存在合金涂层与基体熔覆性能差、熔覆工艺不稳定等问题；应用时有涂层耐磨性差、剥落等具体性能表现。

发明内容

为了克服上述结晶器涂层存在的开裂、气孔和耐磨性差等不足，本发明的目的在于提供一种激光熔覆结晶器合金涂层，满足结晶器表面进行激光熔覆工艺的可实施性(避免了裂纹、气孔的发生)，同时获得的激光熔覆涂层满足结晶器恶劣的工作环境，最终可以提高结晶器的性能和使用寿命。

本发明的技术方案包括：

涂层：按质量百分比计，成份由Ni55～57、Cr16～19、W8～10、Mo8～10、Al 0.8～1.0、Ti2.5～3.5、C0.2～0.3、Si2.5～3.5及B 2～2.5组成。

制备涂层方法：给结晶器加温至450℃-600℃进行预热处理；采用镍基自熔性合金粉末制备涂层；按质量百分比计，取Ni55～57、Cr16～19、W8～10、Mo8～10、Al0.8～1.0、Ti2.5～3.5、C0.2～0.3、Si2.5～3.5及B2～2.5，采用同轴送粉方式、在保护气下送至结晶器表面。送粉同时用功率为4.5KW～5.5KW的CO₂激光束聚焦于结晶器表面，在激光束作用下熔化合金粉末，使熔化的合金粉末与结晶器表面相结合，形成涂层；熔覆后结晶器随炉冷却；

其中所述涂层厚度为0.3～0.5mm；保护气为气帘式结构，在载粉气流层外围形成，用于载粉气流二次压缩，实现粉末的高度汇聚。

1)结晶器的工作条件及失效形式分析

结晶器铜板工作表面与1530～1570℃的钢液接触，铜板背面通过30～40℃的冷却水，因此在铜板上存在很大的温度梯度和热应力，在热应力的作用下涂层与铜板剥离、脱落，影响钢坯的表面质量。在钢液高温冲刷作用下，涂层磨损也成为结晶器更换的原因。因此，金属粉末的选取必须满足结晶器的工作条件，提高结晶器的使用寿命。

2)分析涂层合金粉末对涂层的组织与性能的影响

本实施例采用混合法则(Voight模型)进行物性参数的推算。

p＝p_cf_c+p_mf_m+......