[发明专利]一种金属陶瓷涂层连铸结晶器铜管及其制备方法

权利要求书

1.一种金属陶瓷涂层连铸结晶器铜管的制备方法，其特征在于，采用HVAF工艺，其工艺步骤如下：

步骤1：铜管预处理

(1)铜管表面校直：将铜管校直，得到校直后的铜管；

(2)铜管表面除油：将校直后的铜管，除油净化，得到除油净化后的铜管；

步骤2：铜管表面喷砂及预热

使用HVAF内孔喷枪，启动HVAF喷涂系统，并设定喷砂工艺程序，点火送喷砂粉，启动机器人运动轨迹程序对除油净化后的铜管内表面进行喷砂粗化，同时进行预热，得到预热后的铜管；其中，铜管的预热温度为90-120℃，表面粗糙度Ra为2.5-4μm；

其中，喷砂及预热的工艺参数为：所述的喷砂粉为粒度为180～240目的白刚玉砂；

HVAF喷涂系统的喷砂工艺程序为：助燃剂为空气，空气气压为98-102 psi，燃料为丙烷或丙烯，燃料的气压为102-106 psi，氮气的流量为18-25 L/min，氢气的流量为15-25 L/min，喷涂距离为50-110mm，送粉量为100-150g/min；

步骤3：铜管表面喷涂

使用HVAF内孔喷枪，启动HVAF喷涂系统，并设定喷涂工艺程序，点火送喷涂材料，对预热后的铜管喷涂金属陶瓷层，得到金属陶瓷涂层的铜管；其中，喷涂材料采用WC-10Co-4Cr粉，其粒度为2-10μm；喷涂过程中，控制铜管的温度≤180℃；喷涂厚度为0.05-0.2mm；所述的WC-10Co-4Cr粉为团聚烧结钴铬包覆碳化钨粉末，其具体为Co元素占总质量百分比为10%，Cr元素占总质量百分比为4%；

HVAF喷涂系统的喷涂工艺程序为：助燃剂为空气，空气气压为95-100 psi，燃料为丙烷或丙烯，燃料的气压为98-102psi，氮气的流量为18-25 L/min，氢气的流量为15-25 L/min，喷涂距离为50-110mm，送粉量为80-120g/min；

步骤4：铜管内表面封孔

采用三层封孔工艺，进行封孔处理，得到封孔后的铜管；每层封孔剂的用量为6.0～7.4m²/L；

其中，第一层为底层封孔剂，用喷枪均匀喷涂在金属陶瓷涂层的铜管表面；底层封孔剂为水溶液，其含有的成分及各个成分的质量百分比为：氧化锆0.5-2%，稀土0.5-2%，余量为水；

第二层为中间层封孔剂，直接涂抹在底层封孔剂表面，中间层封孔剂含有的成分及各个成分的质量百分比为：铬酐40%-80%，氧化锌5%-15%，余量为水；

第三层为表层封孔剂，直接涂抹在中间层封孔剂的表面，表层封孔剂含有的成分及各个成分的质量百分比为：铬酐20%-40%，氧化锌2%-10%，磷酸20%-40%，余量为水；

步骤5：铜管表层固化

将封孔后的铜管，以升温速率为1-3℃/min，升温至260-330℃，保温2-3h，再经20-30h，冷却至室温，得到金属陶瓷涂层连铸结晶器铜管，清洁封装；

其中，金属陶瓷涂层的硬度为HV1200-HV1350，孔隙率为≤1%，金属陶瓷涂层和连铸结晶器铜管的结合力为≥70MPa。

2.如权利要求1所述的金属陶瓷涂层连铸结晶器铜管的制备方法，其特征在于，所述的步骤1(1)中，所述的校直采用压力机，校直后的铜管弧面一侧曲面度公差要求半径±1mm，直面一侧平面度1mm。

3.如权利要求1所述的金属陶瓷涂层连铸结晶器铜管的制备方法，其特征在于，所述步骤1(2)中，所述的除油净化的工艺为：采用工业酒精将校直后的铜管表面去油，在喷涂前使用丙酮将需喷涂内表面净化。

4.如权利要求1所述的金属陶瓷涂层连铸结晶器铜管的制备方法，其特征在于，所述的步骤5中，所述的表层固化采用的设备为电加热炉。

5.一种金属陶瓷涂层连铸结晶器铜管，按照权利要求1~4中任意一项所述的制备方法制得。

6.如权利要求5所述的金属陶瓷涂层连铸结晶器铜管，其特征在于，金属陶瓷涂层的硬度为HV1200-HV1350，孔隙率为≤1%，金属陶瓷涂层和连铸结晶器铜管的结合力为≥70MPa。