一種連鑄結(jié)晶器表面電鍍加激光熔覆強化的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種連鑄結(jié)晶器表面電鍍加激光熔覆強化的方法，通過合理構(gòu)建梯度涂層，提高連鑄結(jié)晶器的使用壽命和表面質(zhì)量。該方法包括：對結(jié)晶器表面進行除油、沖洗；采用電鍍工藝，在結(jié)晶器表面施加0.1-1mm的純鎳或鎳基合金鍍層；將電鍍層表面進行清潔和毛化處理；采用高功率CO2或YAG或半導體或光纖激光器在鍍層表面直接送粉進行激光熔覆掃描；對涂層表面進行機加工，滿足尺寸精度與表面光潔度要求。本發(fā)明以鍍鎳層為中間涂層，解決了在結(jié)晶器銅基體難以直接制備與基體形成冶金結(jié)合的激光熔覆涂層；而且熔覆涂層制備不受激光波長的影響，可任意選擇激光器。并且緩解了電鍍所帶來的環(huán)境污染問題。
【專利說明】一種連鑄結(jié)晶器表面電鍍加激光熔覆強化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及連鑄結(jié)晶器表面復合強化的方法，尤其是一種連鑄結(jié)晶器表面電鍍加激光熔覆強化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]結(jié)晶器是連鑄機水冷的鋼錠模，被稱為連鑄機的“心臟”，其表面質(zhì)量直接影響連鑄坯表面質(zhì)量、連鑄機拉拔速度和連鑄作業(yè)率等指標。在高溫鋼水的長期沖刷下，結(jié)晶器銅板表面會產(chǎn)生熱裂紋、磨損和腐蝕等損傷，而表面的局部損壞又往往造成整個零件失效，最終導致設(shè)備報廢。因此，提高結(jié)晶器銅板表面的耐磨性和耐蝕性對提高其壽命、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。
[0003]目前廣泛使用的銅質(zhì)結(jié)晶器一般采用電鍍、化學鍍、復合鍍和熱噴涂等方法進行表面改性，但其涂層與基體多為機械結(jié)合，結(jié)合強度較差，效果不佳。特別是對于廣泛采用的電鍍工藝而言，電鍍工藝周期長，鍍層在使用過程中容易出現(xiàn)剝落現(xiàn)象。因此如何選用合適的工藝，制備適當?shù)哪湍ツ臀g涂層就顯得尤為重要。
[0004]由于激光熔覆工藝具有對環(huán)境無污染、無輻射、低噪聲的優(yōu)點，還具有生產(chǎn)率高、能耗低、熔覆層加工余量小、成品率高以及綜合成本低等特點。采用激光熔覆技術(shù)來提高結(jié)晶器使用壽命成為目前研究的熱點。查閱公開專利文獻，得到以下相關(guān)內(nèi)容:
[0005]中國專利CN1932082申請公開了在結(jié)晶器表面激光快速熔覆制備耐磨抗熱復合涂層工藝。其特點在于利用高功率激光器，通過激光快速掃描在結(jié)晶器銅板表面熔覆與基體成冶金結(jié)合的良好的韌性打底過渡層，并通過激光寬帶熔覆，在打底合金表面制備耐磨及抗熱性能優(yōu)良的鈷基合金。
[0006]中國專利CN101294282申請公開了連鑄結(jié)晶器銅金屬表面涂層的一種新方法。該方法提出一種可以在連鑄結(jié)晶器銅金屬表面熔覆一層其他金屬涂層的方法，基本特征是:將待熔覆金屬粉末(可以是單一金屬或合金)、薄片或細絲，置于連鑄結(jié)晶器銅金屬本體表面，利用高峰值功率的脈沖激光束照射金屬表面，將待熔覆金屬和銅金屬本體表面同時熔化，當激光脈沖結(jié)束后待熔覆金屬與銅金屬本體表面形成冶金結(jié)合熔覆。重復上述的操作可以形成一個大面積的薄層熔覆層，在前一個熔覆薄層上重復操作，可以形成新的熔覆層，直至所需一定厚度的熔覆層，控制每一層的平面截面形狀，所有這些截面形狀的組合可以形成具有一定的立體形狀的熔覆層。
[0007]中國專利CN101643901公開了一種結(jié)晶器表面激光熔覆的合金涂層及其制備方法。此合金涂層由鎳基自熔性合金粉末組成，經(jīng)激光熔覆后，在結(jié)晶器表面獲得優(yōu)質(zhì)涂層，一方面能滿足結(jié)晶器的快速導熱的基本性能要求，另一方面增加結(jié)晶器表面的耐磨性和耐熱沖蝕性能。
[0008]中國專利CNlO 1532133公開了一種銅基結(jié)晶器表面激光熔敷方法，采用混合模CO2激光束熔化0.3?0.5mm的鎳基過渡層；再采用超音速噴涂制備厚度為0.6?1.0mm的鎳基或鈷基合金工作層，并用混合模CO2激光束熔化，再加工成光滑的表面。[0009]中國專利CN101775525公開了一種連鑄結(jié)晶器銅板激光熔覆鈷基合金涂層材料及工藝。采用Nd = YAG激光將配好的鈷基合金熔覆在結(jié)晶器銅板表面。
[0010]綜合以上公開的激光熔敷技術(shù)，還有存在一些關(guān)鍵問題需要解決:(1)由于銅結(jié)晶器的導熱性能良好、比熱容小、浸濕性能差、對光斑的反射率較大，激光產(chǎn)生的熱量在其表面不易停留，導致激光熔覆涂層與基體很難形成冶金結(jié)合，特別是對于10.6 Pm波長的CO2激光器來說更是不易；(2)部分專利申請采用高功率YAG脈沖激光，雖然解決了激光吸收的問題，但設(shè)備加工效率低，不適于大面積熔覆加工；(3)銅結(jié)晶器表面熱裂紋依然難以消除。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明提供了一種連鑄結(jié)晶器表面電鍍加激光熔覆強化的方法，通過合理構(gòu)建梯度涂層，提高連鑄結(jié)晶器的使用壽命和表面質(zhì)量。
[0012]本發(fā)明提供的一種連鑄結(jié)晶器表面電鍍加激光熔覆強化的方法包括以下步驟:
[0013]a.首先活化連鑄結(jié)晶器銅板的表面，采用無水乙醇和丙酮對結(jié)晶器表面進行除油，然后用45?50°C熱水沖刷一次,然后再用去離子水沖洗；
[0014]b.采用電鍍工藝，在結(jié)晶器表面施加0.1?1_的純鎳或鎳基合金鍍層；
[0015]c.將電鍍層表面進行清潔和毛化處理；
[0016]d.采用高功率CO2或YAG或半導體或光纖激光器在鍍層表面直接將鎳基或鈷基高溫合金粉末進行激光熔覆掃描，YAG激光器激光功率為300-5000W，CO2、半導體和光纖激光器為1000-10000W，掃描速度在lmm/s-20mm/s，涂層厚度在0.3_2mm ；
[0017]e.對涂層表面進行機加工，滿足尺寸精度與表面光潔度要求。
[0018]所述一種連鑄結(jié)晶器表面電鍍加激光熔覆強化的方法，在步驟c之后，首先采用熱噴涂方法將鎳基或鈷基高溫合金粉末預置在鍍層表面，再進行步驟d。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有同類方法相比，其顯著的有益效果體現(xiàn)在:
[0020](I)以鍍鎳層為中間涂層，解決了在結(jié)晶器銅基體難以直接制備與基體形成冶金結(jié)合的激光熔覆涂層；而且熔覆涂層制備不受激光波長的影響，可任意選擇激光器。
[0021](2)激光熔覆工藝的效率要遠大于電鍍工藝；
[0022](3)緩解了電鍍所帶來的環(huán)境污染問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是連鑄結(jié)晶器表面電鍍加激光熔覆強化功能梯度涂層示意圖，
[0024]圖中:1_激光熔覆層；2-電鍍層；3_銅基體。
[0025]圖2是激光熔覆層與電鍍涂層結(jié)合金相圖譜。
【具體實施方式】
[0026]下面通過實施例來詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0027]a.首先活化和連鑄結(jié)晶器銅板的表面，采用無水乙醇和丙酮對結(jié)晶器表面進行除油，然后用45?50°C熱水沖刷一次,然后再用去離子水沖洗；
[0028]b.采用電鍍工藝，鍍液組成為硫酸鎳280g/L，氯化鎳45g/L，硼酸40g/L，十二烷基磺酸鈉0.002g/L，納米級a -Al2030-5g/L，在鍍液pH值為3.8?4.6，電流密度為3.5A/dm2，脈沖電源頻率為1000Hz，電鍍時間為IOh的工藝條件下進行施鍍，在結(jié)晶器表面施加0.1?Imm的純鎳或鎳基合金鍍層；
[0029]c.將電鍍層表面進行打磨和丙酮清洗；
[0030]d.利用0)2激光設(shè)備，采用往返搭接掃描方式，選用高溫Co基合金粉末在電鍍層表面進行激光熔覆，在電鍍層表面涂敷Imm厚的高溫合金涂層，激光功率為3800W，掃描速度為4mm/s ；
[0031]e.對涂層表面進行機加工，滿足尺寸精度與表面光潔度要求。
【權(quán)利要求】
1.一種連鑄結(jié)晶器表面電鍍加激光熔覆強化的方法，其特征是該方法包括以下步驟: a.首先活化連鑄結(jié)晶器銅板的表面，采用無水乙醇和丙酮對結(jié)晶器表面進行除油，然后用45?50°C熱水沖刷一次,然后再用去離子水沖洗； b.采用電鍍工藝，在結(jié)晶器表面施加0.1?Imm厚的純鎳或鎳基合金鍍層； c.將電鍍層表面進行清潔和毛化處理； d.采用高功率CO2或YAG或半導體或光纖激光器在鍍層表面直接將鎳基或鈷基高溫合金粉末進行激光熔覆掃描，YAG激光器激光功率為300-5000W，CO2、半導體和光纖激光器為1000-10000W，掃描速度在 lmm/s-20mm/s，涂層厚度在 0.3_2mm ； e.對涂層表面進行機加工，滿足尺寸精度與表面光潔度要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連鑄結(jié)晶器表面電鍍加激光熔覆強化的方法，其特征是在步驟c之后，首先采用熱噴涂方法將鎳基或鈷基高溫合金粉末預置在鍍層表面，再進行步驟d。
【文檔編號】C23C24/10GK103447485SQ201310298639
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月16日
【發(fā)明者】張俊巍, 王一雍, 包碩 申請人:遼寧科技大學