[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

说明书

一种金属陶瓷涂层连铸结晶器铜管及其制备方法，属于连铸结晶器表面处理技术领域。该方法为：将铜管校直除油；使用HVAF内孔喷枪，启动助燃剂为空气的HVAF喷涂系统，进行喷砂预热，然后启动喷涂工艺程序，点火送喷涂材料WC‑10Co‑4Cr粉，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；采用三层封孔工艺进行铜管表面封孔，然后进行铜管表层固化，得到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。制备的金属陶瓷涂层连铸结晶器铜管，其涂层硬度高，脆性小，孔隙率低，结合力高。

技术领域

本发明涉及连铸结晶器表面处理技术领域，具体涉及一种金属陶瓷涂层连铸结晶器铜管及其制备方法。

背景技术

结晶器铜管是炼钢厂连铸设备的核心部件。钢液在结晶器内冷却、初步冷却凝固成型，且均匀形成具有一定厚度的坯壳。凝固过程是在重力及外部振动装置的作用下，坯壳与结晶器铜管壁连续、相对运动下进行的。为此连铸结晶器铜管内表面的耐磨性要好，以提高使用寿命。对结晶器铜管内表面的耐磨性提高方法中，目前主要采用电镀耐磨层处理，但电镀工艺过程中产生大量废酸废水，对环保设备要求很高。随着炼钢设备及技术提高，连铸炼钢向着高拉速方向发展，电镀镀层耐磨性达不到高拉速的要求。

超音速火焰喷涂(High Velocity Oxygen Fuel Spray，HVOF)技术于二十世纪八十年代形成，至今有三十多年的发展，是热喷涂领域最有影响的喷涂技术。超音速火焰喷涂，采用氧气为助燃剂，由小孔进入燃烧室的液体(如煤油)燃烧，经雾化后和氧气混合后点燃，发生强烈的气相反应，燃烧放出的热能使产物剧烈膨胀，此膨胀气体流经Laval喷嘴时，受到喷嘴的约束力，焰流加速，形成超音速高温焰流，该超音速高温焰流加速喷涂材料至基体表面，从而形成高质量涂层。通常HVOF燃料有煤油和丙烷两种，燃烧室火焰温度2900-3100℃，焰流速度达到700-1000m/s；该方法采用氧气助燃温度高、成本高、喷涂过程中容易形成碳化二物，虽然能保证喷涂材料的硬度，但是脆性大。HVOF喷枪枪体较大，喷距较远，一般只能用于工件外表面及较大直径的工件内表面的涂层制备。目前连铸结晶器铜管的内径基本都无法实现用HVOF喷枪进行制备金属陶瓷涂层。

发明内容

本发明针对现有技术的问题，提出了一种金属陶瓷涂层连铸结晶器铜管及其制备方法，该方法为采用空气助燃超音速火焰喷涂，即HVAF(High Velocity Air Fuel Spray)喷涂方法，使用HVAF内孔喷涂枪制备的金属陶瓷涂层连铸结晶器铜管。HVAF内孔喷枪具有体积小，喷距短，功率小等特点，其涂层硬度高，脆性小，孔隙率低，结合力高。

本发明的一种金属陶瓷涂层连铸结晶器铜管的制备方法，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98-102psi，燃料为丙烷或丙烯，燃料的气压为102-106psi，氮气的流量为18-25L/min，氢气的流量为15-25L/min，喷涂距离为50-110mm，送粉量为100-150g/min；

步骤3：铜管表面喷涂