[发明专利]一种结晶器铜板HVOF复合梯度涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种结晶器铜板，尤其涉及的是一种结晶器铜板HVOF复合梯度涂层及其制备方法。

背景技术

连铸已经成为现代钢铁工业生产中常规的生产技术，据统计表明连铸坯产量达到粗钢产量的90％以上，与此同时高效连铸机的使用对连铸机冷却部位—结晶器提出了更高的性能要求。例如：高结合力、高耐磨性、优异的热导率和良好的致密性等性能要求。因此，可以利用表面工程技术在结晶器铜板表面附上一层满足性能要求的涂层，这样既可以延长结晶器的使用寿命也可以降低制备成本。

目前，常见的技术方法是在结晶铜板表面进行电镀来制备所需性能的涂层，如硬Cr镀层、Ni-Fe镀层、Ni-Co镀层、Ni-Cr复合镀层和Ni-Co-W镀层。虽然电镀层与铜板基体的结合力较高，但是由于其较低的硬度导致其耐磨性较差，使用寿命较短。另外，传统的电镀铬、钴技术对环境污染严重，尤其是其排放的六价铬离子对水的污染非常严重，其是公认的致癌物。因此，世界各国对替代传统电镀铬的新技术研究进行了大量的投入。

超音速火焰喷涂(HVOF)具有以下特点：(1)以高性能的表面与基体的配合获得更加优异的整体性能；(2)以较少的能源和材料获得比基体材料更高的性能，具著的节能节材效果；(3)近零排放的表面工程新技术替代传统表面工程技术，可大幅度减少对环境的负面影响。HVOF涂层具有优良的机械性能，如高硬度、良好的耐蚀性和优异的热震性等性能，可以满足一般高温条件下的性能要求，降低了制作成本，延长了使用寿命并且HVOF是绿色环保的表面工程技术，可以达到对环境零污染排放。但是针对结晶器铜板而言，其工作条件极为苛刻，铜板的一侧与30～40℃的冷却水接触，另一侧与1570℃的钢液接触，随着连铸机作业率的提高，铜板所受的热应力将急剧增大。另外，在结晶器铜板末端部分，钢坯对铜板的磨损加剧。因此，这就要求HVOF涂层应该与铜板基体具有高的结合力，与结晶器铜板接近的膨胀系数与热导率及良好的耐磨性。

HVOF涂层具有高的硬度，但是与铜板基体的物性相差比较大，因此限制了HVOF涂层在结晶器铜板上的应用。所以单一的HVOF涂层已经不能满足结晶器的性能满足要求，主要是与HVOF涂层相比，铜板基体硬度低，从而降低了HVOF涂层与铜板基体结合力。为了改善HVOF涂层与铜板基体的结合力，仅通过调整喷涂参数和涂层成分是不够的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种结晶器铜板HVOF复合梯度涂层及其制备方法，提高产品的结合力、硬度、摩擦磨损和热震性能。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明所述复合梯度涂层包括依次设置于基体上的粘结层、工作层；所述基体为CrZrCu合金，所述粘结层的内部组织为NiCr固溶相，所述工作层的内部组织包括NiCr固溶相、Cr₃C₂碳化物、Cr₇C₃碳化物和少量非晶相。

作为本发明的优选方式之一，所述粘结层的厚度为50～130μm。

作为本发明的优选方式之一，所述工作层的厚度为200～300μm。

所述粘结层为HVOF制备得到的NiCr层，所述粘结层中NiCr的质量含量为100％。

所述工作层为HVOF制备得到的NiCr-Cr₃C₂层，按质量比，包括以下组分：NiCr40～60％，Cr₃C₂40～60％。

所述复合梯度涂层在500℃时热导率大于40W/m·K。

一种结晶器铜板HVOF复合梯度涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)将CrZrCu合金试样表面抛光，再进行喷丸处理，清洗后固定；

(2)将上述清洗后的试样固定，火焰预热，然后进行NiCr粘结层的HVOF喷涂；

(3)将喷有粘结层的试样冷却至室温，清洗并吹干，将粉末换成NiCr-Cr₃C₂混合粉末，火焰预热，然后进行NiCr-Cr₃C₂工作层的HVOF喷涂；

(4)将制备完成的试样在真空退火炉中进行退火。

所述步骤(1)中，试样表面抛光至粗糙度≤0.8μm，然后采用氧化铝球进行喷丸，试样表面粗糙度为2～6μm。