一种结晶器铜板热喷涂涂层扩散焊工艺

技术领域

本发明涉及冶金工业领域，尤其涉及连铸结晶器铜板热喷涂涂层的扩散焊工艺。

背景技术

连铸是现代冶金工业领域的先进技术之一，而连铸结晶器铜板是连铸机组的核心设备，其质量的优劣直接影响钢坯质量和连铸机的生产效率。随着连铸产业向高速化和大型化的发展，对结晶器铜板的要求也越来越高：首先要求结晶器铜板具有良好的导热性，这是提高生产效率的前提条件；然后要求具有较强的抗变形能力和良好的耐磨损、耐腐蚀能力，这是延长使用寿命的必要条件；因此，连铸结晶铜板表面需要进行处理，使其性能满足上述的要求。

连铸结晶器铜板工作表面处理传统的方法是电镀技术，其发展历史主要集中在电镀层材料的改进，从最初的电镀Cr，到电镀Ni-Cr、Ni-Fe，再到目前的Ni-Co、Co-Ni等。由于电镀技术会对环境造成污染，且周期长以及电镀层自身的弊端等已难以满足现代钢铁长寿命、高效率的使用要求。因此，结晶器铜板工作表面应运而生多种处理方法：如焊接技术、热喷涂技术以及激光熔覆技术等。其中，使用焊接技术，结晶器铜板基体容易变形，涂层与基体的结合强度差；使用激光熔覆技术，虽可获得冶金结合的修复层，但由于激光熔覆方法的特性决定了在铜基体上制备无缺陷的修复层具有很大难度(导热率和反光率)；因此采用激光熔覆修复结晶器短边铜板侧面的方法，还没有被产业化；使用热喷涂技术，因其修复涂层的尺寸较薄(＜1mm)，受到一定的限制，同时，热喷涂技术得到的修复层与铜基体表面之间为机械结合，在使用中易出现剥落，得到的涂层稳定性能差，从而严重影响热喷涂技术在连铸结晶器铜板工作面的批量应用。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种结晶器铜板热喷涂涂层扩散焊工艺，它能有效地使结晶器铜板基体与热喷涂涂层之间形成冶金结合，并且涂层性能好，具有优越的导热性以及耐磨损与腐蚀性能，延长了连铸结晶器铜板的使用寿命。本发明的连铸结晶器铜板涂层面扩散焊工艺方法，既适用于新的连铸结晶器铜板的表面处理也适用于对旧的连铸结晶器铜板表面的修复，使具备冶金结合的结晶器铜板热喷涂涂层的产业化成为可能。

本发明一种结晶器铜板热喷涂涂层扩散焊工艺，其步骤是：铜板喷涂前处理→涂层材料选择→热喷涂→热喷涂涂层扩散焊→冷却→出炉。

本发明结晶器铜板热喷涂涂层扩散焊工艺，其具体步骤是：

(1)铜板喷涂前处理：采用钢砂、铁砂进行除油、去污等活化处理；

(2)涂层材料选择：热喷涂粉末成分为0.3-0.8％C、10-20％Cr、7-10％Si、4-6％B、5-10％Cu、2-5％Mo、1-2％Al，其余为Ni；

(3)热喷涂：采用超音速喷涂设备对铜板进行喷涂，涂层厚度为0.5-1.5mm；

(4)热喷涂涂层扩散焊：往保温炉内充入惰性气体，在一定的温度下和一定的时间内对涂层进行扩散焊处理；

(5)冷却：铜板随炉冷却；

(6)出炉。

进一步地，步骤(1)经过活化处理后，铜板表面的粗糙度为Ra8-10。

进一步地，步骤(2)中热喷涂粉末的材料粒度是10-38um。

进一步地，步骤(4)热喷涂涂层扩散焊：热处理温度范围700-800℃，保温时间60-90min。

进一步地，步骤(5)冷却时，冷却速度为300℃/h。

步骤一：铜板喷涂前处理的作用是：活化处理可以有效增加涂层与基体的接触面积，有利于喷涂和扩散焊的进行。

步骤二：选用的热喷涂粉末成分本身具有具备较高的再结晶温度以及很强的耐磨损与耐腐蚀性能，使得最后得到的涂层也具有与粉末一样的性能。

步骤三：涂层厚度0.5-1.5不会影响导热性能，加之铜板本身又具有良好的导热性，所以产品整体具有良好的导热性能。

步骤四：扩散焊的原理为：在一定温度下，通过涂层自身的重力，经过一段时间后，涂层与铜板基体之间、涂层与涂层之间通过不断扩散、相互渗透，形成冶金结合；惰性气体起到保护和防止氧化的作用。

步骤五：铜板随炉冷却可有效去除铜基体与涂层内部的应力。

本发明热喷涂涂层扩散焊工艺得到的结晶器铜板具有良好的导热性、具有较强的抗变形能力和良好的耐磨损、耐腐蚀能力：一、热喷涂粉末中Cr含量超过10％，可以增强涂层的抗氧化性、耐磨性、硬度以及红硬性；二、热喷涂粉末中的Mo元素具有细化晶粒的作用，可降低涂层的过热倾向，提高涂层强度、硬度、热稳定性；三、因该涂层强度较高以及Mo元素细化晶粒的作用，其变形程度和储能也相应减小，再结晶驱动力就越小，因此再结晶温度就越高，所以该涂层在使用过程中性能稳定；四、涂层具有较高的再结晶温度，使得与钢水接触时，防止涂层内部的组织受热，不会影响涂层的性能，保证了涂层的使用寿命；抗氧化性能好即具有好的耐腐蚀性，延长了涂层的使用寿命；高强度和高硬度使得耐磨损，延长了涂层的使用寿命。

本发明热喷涂涂层扩散焊工艺的优点是：1、喷涂前采用活化处理，使基体表面形成一定粗糙度，有利于扩散焊的进行；2、扩散焊过程采用惰性气体做保护气，避免铜基体与涂层被氧化；3、涂层通过扩散焊处理，使结晶器铜板获得与基体形成冶金结合的涂层，涂层在使用中不会剥落；并且喷涂层的尺寸不受限制；4、热喷涂粉末的选用使得该涂层具有高强度、高耐磨性、高抗变形能力和较高的再结晶器温度，从而大大延长了涂层的使用寿命。

总之，本发明热喷涂涂层扩散焊工艺得到的连铸结晶器铜板涂层与铜基体间为冶金结合，同时涂层性能稳定，具有优越的导热性以及耐磨损与腐蚀性能。因此，本发明的连铸结晶器铜板涂层面扩散焊工艺方法，既适用于新的连铸结晶器铜板的表面处理也适用于对旧的连铸结晶器铜板表面的修复，使具备冶金结合的结晶器铜板热喷涂涂层的产业化成为可能。本发明热喷涂涂层扩散焊工艺对铜材料的工件的表面处理都可以适用。

具体实施方式

本发明一种结晶器铜板热喷涂涂层扩散焊工艺，其步骤是：铜板喷涂前处理→涂层材料选择→热喷涂→热喷涂涂层扩散焊→冷却→出炉。

本发明结晶器铜板热喷涂涂层扩散焊工艺，其具体步骤是：

(1)铜板喷涂前处理：采用钢砂、铁砂进行除油、去污等活化处理；

(2)涂层材料选择：热喷涂粉末成分为0.3-0.8％C、10-20％Cr、7-10％Si、4-6％B、5-10％Cu、2-5％Mo、1-2％Al，其余为Ni；

(3)热喷涂：采用超音速喷涂设备对铜板进行喷涂，涂层厚度为0.5-1.5mm；

(4)热喷涂涂层扩散焊：往保温炉内充入惰性气体，在一定的温度下和一定的时间内对涂层进行扩散焊处理；

(5)冷却：铜板随炉冷却；

(6)出炉。

其中，步骤(1)经过活化处理后，铜板表面的粗糙度为Ra8-10。

其中，步骤(2)中热喷涂粉末的材料粒度是10-38um。此范围的粒度使得涂层与基体之间、涂层与涂层之间容易扩散和渗透。

其中，步骤(4)热喷涂涂层扩散焊：热处理温度范围700-800℃，保温时间60-90min。在此温度和时间下，涂层与铜板基体之间、涂层与涂层之间的扩散、渗透性能好，从而有利于涂层与铜板基体之间形成冶金结合，在使用中易出现剥落；如果温度过高、保温时间过长，会造成合金晶粒粗大，甚至会出现过烧现象。

其中，步骤(5)冷却时，冷却速度300℃/h。工件快速冷却的作用是防止合金元素析出，使涂层性能稳定，延长了连铸结晶器铜板的使用寿命。。

步骤一：铜板喷涂前处理的作用是：活化处理可以有效增加涂层与基体的接触面积，有利于喷涂和扩散焊的进行。

步骤二：选用的热喷涂粉末成分本身具有具备较高的再结晶温度以及很强的耐磨损与耐腐蚀性能，使得最后得到的涂层也具有与粉末一样的性能。

步骤三：涂层厚度0.5-1.5不会影响导热性能，加之铜板本身又具有良好的导热性，所以产品整体具有良好的导热性能。

步骤四：扩散焊的原理为：在一定温度下，通过涂层自身的重力，经过一段时间后，涂层与铜板基体之间、涂层与涂层之间通过不断扩散、相互渗透，形成冶金结合；惰性气体起到保护和防止氧化的作用。

步骤五：铜板随炉冷却可有效去除铜基体与涂层内部的应力。

本发明热喷涂涂层扩散焊工艺得到的结晶器铜板具有良好的导热性、具有较强的抗变形能力和良好的耐磨损、耐腐蚀能力：一、热喷涂粉末中Cr含量超过10％，可以增强涂层的抗氧化性、耐磨性、硬度以及红硬性；二、热喷涂粉末中的Mo元素具有细化晶粒的作用，可降低涂层的过热倾向，提高涂层强度、硬度、热稳定性；三、因该涂层强度较高以及Mo元素细化晶粒的作用，其变形程度和储能也相应减小，再结晶驱动力就越小，因此再结晶温度就越高，所以该涂层在使用过程中性能稳定；四、涂层具有较高的再结晶温度，使得与钢水接触时，防止涂层内部的组织受热，不会影响涂层的性能，保证了涂层的使用寿命；抗氧化性能好即具有好的耐腐蚀性，延长了涂层的使用寿命；高强度和高硬度使得耐磨损，延长了涂层的使用寿命。

本发明热喷涂涂层扩散焊工艺的优点是：1、喷涂前采用活化处理，使基体表面形成一定粗糙度，有利于扩散焊的进行；2、扩散焊过程采用惰性气体做保护气，避免铜基体与涂层被氧化；3、涂层通过扩散焊处理，使结晶器铜板获得与基体形成冶金结合的涂层，涂层在使用中不会剥落；并且喷涂层的尺寸不受限制；4、热喷涂粉末的选用使得该涂层具有高强度、高耐磨性、高抗变形能力和较高的再结晶器温度，从而大大延长了涂层的使用寿命。

总之，本发明热喷涂涂层扩散焊工艺得到的连铸结晶器铜板涂层与铜基体间为冶金结合，同时涂层性能稳定，具有优越的导热性以及耐磨损与腐蚀性能。因此，本发明的连铸结晶器铜板涂层面扩散焊工艺方法，既适用于新的连铸结晶器铜板的表面处理也适用于对旧的连铸结晶器铜板表面的修复，使具备冶金结合的结晶器铜板热喷涂涂层的产业化成为可能。本发明热喷涂涂层扩散焊工艺对铜材料的工件的表面处理都可以适用。