專利名稱：高耐磨結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面復(fù)合涂層及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及連鑄結(jié)晶器或結(jié)晶輥的制造和修復(fù)技術(shù)，特別涉及高耐磨結(jié)晶器或結(jié) 晶輥表面復(fù)合涂層及其制造方法。
背景技術(shù)：
結(jié)晶器是金屬連鑄連軋機(jī)械設(shè)備中的關(guān)鍵部件，特別是金屬薄帶、薄板的連鑄，其 主要作用是將融熔金屬快速冷卻、凝固成具有一定凝固厚度的板帶坯。結(jié)晶輥是金屬薄帶 連鑄連軋機(jī)械設(shè)備中的關(guān)鍵部件，是鋼水通過(guò)布流器進(jìn)入有兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的結(jié)晶輥和側(cè)封 板組成的熔池，液態(tài)金屬經(jīng)快速冷卻在結(jié)晶輥面凝固成具有一定厚度的坯殼，經(jīng)軋合后形 成薄帶(板)。由于結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面與熔融鋼液直接接觸，工作過(guò)程中受到鋼液的侵蝕 和磨損，結(jié)晶器或結(jié)晶輥在使用過(guò)程中為了提高銅合金輥套與融熔金屬接觸面的軟化溫度 和表面硬度，一般在結(jié)晶輥表面鍍一層耐磨的金屬或其合金。最常用的金屬涂(鍍)層包 括以下幾種(1)鍍Cr層鍍Cr層表面形成的極薄一層氧化膜對(duì)開(kāi)澆時(shí)產(chǎn)生的飛濺鋼水粒被 凝固后的脫落是很有益的，但是鍍層較厚時(shí)容易剝落，而且結(jié)晶器或結(jié)晶輥鍍Cr工藝復(fù) 雜，產(chǎn)生的化學(xué)廢液造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。(2)Ni+Cr復(fù)合鍍層由于Ni的熱膨脹系數(shù)接近于Cu，剝離問(wèn)題大大改善，厚度增 加。M解決了附著力和厚度問(wèn)題，Cr解決了噴濺性和表面硬度問(wèn)題。為了解決M熱傳導(dǎo) 率較差問(wèn)題，引入了斜面層工藝，彎月面處的Ni層厚度可控制在0. 2mm左右，出口處Ni層 厚度控制在3mm左右。Cr層極薄，較厚M層又很軟，未能圓滿解決結(jié)晶器下部耐摩耗問(wèn)題。 一方面由于澆鑄速度的提高，較薄的坯殼在鐵水靜壓力作用下緊貼于銅板表面，增加了機(jī) 械摩擦負(fù)荷；另一方面，無(wú)缺陷鑄坯工藝對(duì)結(jié)晶器形狀精度的要求越來(lái)越嚴(yán)格，結(jié)晶器更換 周期取決于下部摩耗量。(3)Ni_i^e鍍層在Ni中加入狗或加入W和!^e時(shí)，鍍層的硬度明顯提高，按狗含 量不同，可調(diào)節(jié)硬度在HV 250 550范圍內(nèi)，高溫強(qiáng)度GO(TC)是Ni的2. 5倍，單層電鍍 就可實(shí)現(xiàn)較厚鍍層。雖然M-Fe鍍層耐磨性和通鋼量較M鍍層都得到了大幅提高，但電鍍 效率低，工藝復(fù)雜，環(huán)境污染嚴(yán)重。(4)Ni-Co或Co-Ni鍍層Ni_Co鍍層和Co-Ni鍍層進(jìn)一步提高了鍍層的耐磨性， 提高結(jié)晶器銅板的使用壽命，。這其實(shí)是兩種不同基體的高溫合金，Ni-Co是含鈷的鎳基合 金，Co-Ni是含鎳的鈷基合金。其性能較Ni-Fe鍍層又有了進(jìn)一步的提高，Co-Ni鍍層的性 能更好一些，但電鍍效率低，工藝復(fù)雜，環(huán)境污染嚴(yán)重。(5)Ni-Cr合金噴涂層在板坯結(jié)晶器使用中，窄邊銅板的磨耗比寬邊銅板更嚴(yán) 重，為了提高窄邊銅板的使用壽命，在窄邊銅板表面用超音速火焰噴涂一層Ni-Cr合金層， 代替電鍍層，其使用壽命可與寬邊銅板的Co-Ni鍍層壽命相當(dāng)。但該技術(shù)易產(chǎn)生較大的熱 應(yīng)力；并且由于熱噴涂過(guò)程中形成新的熱處理制度而使組織不均勻，并且易于造成熱變形。 熱噴涂過(guò)程中金屬的融化和再凝固容易發(fā)生氧化，氧含量的增加會(huì)大大降低材料的熱導(dǎo)率，而且這些氧元素在以后的加工過(guò)程中也非常難以除去。真空噴涂可以在一定程度上緩 解氧化程度，但真空噴涂成本高，并且難以控制。中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN1781644采用冷氣動(dòng)力噴涂技術(shù)在結(jié)晶輥表面制備與基體同 種材質(zhì)的修復(fù)層，實(shí)現(xiàn)結(jié)晶輥磨損層的修復(fù)和再生，該方法熱量輸入少，不會(huì)引起化學(xué)成分 和組織結(jié)構(gòu)的變化。中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)為CN1781643的專利利用冷氣動(dòng)力噴涂方法，在連鑄結(jié)晶器的表 面上形成新的表面，填充裂縫或磨損凹槽等。中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN1781623的專利提供了一種連鑄結(jié)晶輥制造方法，首先在結(jié)晶 輥的輥芯上沿輥芯軸向開(kāi)進(jìn)、出水孔，在輥芯壁上開(kāi)有導(dǎo)水孔，分別連通進(jìn)、出水孔及輥芯 外表面；在結(jié)晶輥的輥芯外表面上安裝金屬管，分別通過(guò)輥芯壁上的導(dǎo)水孔與進(jìn)、出水孔連 通構(gòu)成多個(gè)冷卻回路，形成結(jié)晶輥冷卻系統(tǒng)；采用冷氣動(dòng)力噴涂，以大于l.OMI^a壓力氣體 驅(qū)動(dòng)金屬顆粒以高速撞擊結(jié)晶輥輥芯外表面，金屬顆粒發(fā)生足夠的變形而粘結(jié)在結(jié)晶輥輥 芯表面和冷卻回路外表面上，填充孔隙，進(jìn)而形成足夠的涂層厚度將冷卻回路完全掩埋，并 形成足夠厚度的結(jié)晶輥輥套，完成結(jié)晶輥的制造。中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN 1766151的專利提供了一種超音速火焰噴涂結(jié)晶其銅板的方 法，其特點(diǎn)在于包括如下方法步驟首先用常規(guī)清理工序?qū)Y(jié)晶器銅板的表面進(jìn)行清潔和 噴砂處理；其次，按總質(zhì)量百分比取鎳基合金顆粒50 % 95 %，并加入5 % 50 %的氧化鋁 顆?；旌暇鶆?，得到所需噴涂料；然后，將得到噴涂料裝入超音速噴涂設(shè)備中按常規(guī)工序?qū)?結(jié)晶器銅板的表面進(jìn)行噴涂。綜上可知，采用電鍍或熱噴涂制備的結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面涂(鍍)層全部為金屬 及其合金，涂(鍍)層的耐磨性較銅合金基體有所提高，但在金屬及合金范圍內(nèi)很難再進(jìn)一 步提高涂(鍍)層的硬度和耐磨性；同時(shí)，電鍍工藝復(fù)雜，產(chǎn)生大量的化學(xué)廢液，環(huán)境污染嚴(yán) 重；熱噴涂技術(shù)工作過(guò)程中會(huì)引入大量的熱，使涂層材料極易氧化，造成組織改變，并會(huì)在 結(jié)晶器或結(jié)晶輥本體產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力和熱變形。冷氣體動(dòng)力噴涂技術(shù)是利用高壓氣體攜帶粉末顆粒從軸向進(jìn)入高速氣流，通過(guò)縮 放管(超音速噴嘴)產(chǎn)生超音速流，粉末顆粒經(jīng)超音速噴嘴加速后在完全固態(tài)下撞擊基體， 通過(guò)產(chǎn)生足夠大的塑性變形而沉積于基體表面形成粘附。由于涂層是在遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于金屬熔點(diǎn) 的溫度下制備，避免過(guò)多熱量的引入，可以消除基體表面的吸附氧層，提高修復(fù)層與基體之 間的結(jié)合力，并有利于保持修復(fù)涂層的組織穩(wěn)定性。目前，采用冷氣動(dòng)力噴涂技術(shù)制備結(jié)晶 輥表面硬質(zhì)顆粒增強(qiáng)復(fù)合涂層尚未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有良好導(dǎo)熱性、高溫硬度和耐磨性的結(jié)晶器或結(jié)晶輥 表面復(fù)合涂層及其制造方法，該涂層由兩部分組成一部分是導(dǎo)熱良好的金屬或合金形成 的基體，另一部分是硬質(zhì)金屬、合金或非金屬形成的增強(qiáng)體，硬質(zhì)增強(qiáng)體均勻的分布在基體 中，綜合利用基體良好的導(dǎo)熱性和增強(qiáng)體優(yōu)異的耐磨性能，獲得綜合性能優(yōu)良的結(jié)晶器或 結(jié)晶輥表面涂層，提高結(jié)晶器或結(jié)晶輥在線使用壽命。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，采用冷氣動(dòng)力噴涂復(fù)合涂層制備技術(shù)，即 利用高壓氣體攜帶金屬或合金基體微粒和硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒的混合顆粒，經(jīng)超音速噴嘴加至極高速度撞擊在結(jié)晶器或結(jié)晶輥銅合金基體表面，通過(guò)金屬或合金微粒發(fā)生強(qiáng)烈塑性變形 粘附在結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面；硬質(zhì)增強(qiáng)體的加入方法有兩種一是硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒與金屬 或合金微粒噴涂前混合均勻，形成增強(qiáng)體均勻分布的混合粉末，然后采用上述方法制備冷 氣動(dòng)力噴涂復(fù)合涂層；另一種方法是將金屬或合金微粒和硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒分別裝在并聯(lián)的 兩套送粉裝置中，在冷氣動(dòng)力噴涂過(guò)程中，根據(jù)所需硬質(zhì)增強(qiáng)體的比例，設(shè)定兩套送粉裝置 的輸送速率，在結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面制備一層復(fù)合涂層。復(fù)合涂層材料中增強(qiáng)體比例可調(diào)， 均勻分布在金屬或合金的基體中，根據(jù)實(shí)際需要選擇是否進(jìn)行后續(xù)熱處理和變形處理。本發(fā)明的高耐磨結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面復(fù)合涂層，其包括金屬或合金微粒和硬質(zhì)增 強(qiáng)體微粒，金屬或合金微粒粒徑范圍為1 400微米，硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒粒徑范圍為1 300 微米，增強(qiáng)體材料的硬度高于HV500 ；上述兩種微?；旌?，硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒所占比例范圍體 積比為1 50%，優(yōu)選10% 30%。進(jìn)一步，硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒材料可以是氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、氧化釔、二氧化硅、 氮化硼、氮化硅、碳化硅、碳化鎢、或金剛石，也可以是硬鉻、鎢合金、高速鋼、高溫合金、鉭合 金、或非晶態(tài)合金，還可以是上述兩種或多種微粒的混合物。金屬及其合金微粒材料可以是鈦及鈦合金、銅及銅合金、鎳及鎳合金、鉻及鉻合 金、鈷及鈷合金、鐵及鐵合金或上述純金屬或合金的混合物。金屬或合金微粒粒徑粒徑范圍為5 50微米；硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒粒徑范圍為5 30 微米。本發(fā)明的高耐磨結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面復(fù)合涂層的制造方法，其包括如下步驟1)清理結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面，得到干燥、光亮的表面；2)對(duì)結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面進(jìn)行毛化處理，在結(jié)晶器或結(jié)晶輥形成粗糙度均勻的新 鮮表面；3)在結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面冷氣動(dòng)力噴涂制備復(fù)合涂層；制備金屬或合金微粒和硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒，金屬或合金微粒粒徑范圍為1 400微 米，硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒粒徑范圍為1 300微米，增強(qiáng)體材料的硬度高于HV500 ；將上述兩種 微粒混合，硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒所占比例范圍體積比為1 50% ；利用冷氣動(dòng)力噴涂復(fù)合涂層 技術(shù)，采用高壓氣體攜帶上述比例的混合微粒噴涂在結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面形成復(fù)合涂層， 復(fù)合涂層厚度為Ii1 = 0. 3 5mm ；4)針對(duì)不同厚度的復(fù)合涂層采用應(yīng)加熱方法進(jìn)行表面去應(yīng)力退火處理，退火溫度 850 950°C，加熱影響層深度為Ii2 = ^+(0. 3 l)mm，h2為表面熱處理影響層深度。進(jìn)一步，復(fù)合涂層可以進(jìn)行鍛造、輥壓等機(jī)械變形強(qiáng)化處理，也可不進(jìn)行變形處 理；又，結(jié)晶輥表面涂層制備完成后，可以對(duì)涂層進(jìn)行車、銑、磨等機(jī)械加工，也可以不 進(jìn)行機(jī)械加工。毛化處理采用噴砂毛化，或采用超音速微粒沖蝕毛化，或采用激光毛化或電火花 毛化。金屬或合金微粒粒徑粒徑范圍為5-50微米；硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒粒徑范圍為5 30 微米。另外，金屬或合金微粒和硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒均勻混合，硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒所占比例范圍為10% 30%。利用冷氣動(dòng)力噴涂復(fù)合涂層技術(shù)，工作氣體壓力1. 5 5MPa，工作氣體溫度 200°C 800°C，單層制備厚度< 500微米。將制備的金屬或合金微粒和硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒分別裝入兩套并聯(lián)的粉末輸送裝置， 根據(jù)實(shí)際需要，調(diào)節(jié)兩套粉末輸送裝置的送粉速率，獲得不同配比的金屬或合金與硬質(zhì)增 強(qiáng)體的混合微粒，二者均勻混合后經(jīng)送粉裝置輸送至噴槍喉部前端；采用高壓氣體攜帶上 述比例的混合微粒噴涂在結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面。硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒材料可以是氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、氧化釔、二氧化硅、氮化硼、 氮化硅、碳化硅、碳化鎢、或金剛石，也可以是硬鉻、鎢合金、高速鋼、高溫合金、鉭合金、或非 晶態(tài)合金，還可以是上述兩種或多種微粒的混合物。金屬及其合金微粒材料可以是鈦及鈦合金、銅及銅合金、鎳及鎳合金、鉻及鉻合 金、鈷及鈷合金、鐵及鐵合金或上述純金屬或合金的混合物。具體工藝如下(1)清理結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面，可以采用機(jī)械加工方法，也可以采用化學(xué)腐蝕方 法，最終得到干燥、光亮的表面；(2)對(duì)結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面進(jìn)行毛化處理，在結(jié)晶器或結(jié)晶輥形成粗糙度均勻的 新鮮表面，可以采用噴砂毛化，也可以采用超音速微粒沖蝕毛化，還可以采用激光毛化或電 火花毛化；(3)結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面冷氣動(dòng)力噴涂制備復(fù)合涂層方法有兩種，分別如下第一種方法制備金屬或合金微粒和硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒，金屬或合金微粒粒徑范圍為1 400微 米，優(yōu)選粒徑范圍為5 50微米；硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒粒徑范圍為1 300微米，優(yōu)選粒徑范圍 為5 30微米；將上述兩種粉末均勻混合，硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒所占比例范圍(體積比％ )為1 50%，優(yōu)選比例范圍為10% 30% ；利用冷氣動(dòng)力噴涂復(fù)合涂層技術(shù)，采用高壓氣體攜帶上述比例的混合微粒噴涂 在結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面，具體工藝為工作氣體壓力1. 5 5MPa，工作氣體溫度200°C 800°C，單層制備厚度< 500微米；第二種方法制備金屬或合金微粒和硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒，金屬或合金微粒粒徑范圍為1 400微 米，優(yōu)選粒徑范圍為5 50微米；硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒粒徑范圍為1 300微米，優(yōu)選粒徑范圍 為5 30微米；將制備的金屬或合金微粒和硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒分別裝入兩套并聯(lián)的粉末輸送裝置， 根據(jù)實(shí)際需要，調(diào)節(jié)兩套粉末輸送裝置的送粉速率，獲得不同配比的金屬或合金與硬質(zhì)增 強(qiáng)體的混合微粒，二者均勻混合后經(jīng)送粉裝置輸送至噴槍喉部前端；上述硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒所占比例范圍(V% )為0 100%，優(yōu)選比例范圍為10% 30% ；利用冷氣動(dòng)力噴涂復(fù)合涂層技術(shù)，采用高壓氣體攜帶上述比例的混合微粒噴涂 在結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面，具體工藝為工作氣體壓力1.5 5MPa，工作氣體溫度200°C 800°C，單層制備厚度< 500微米；(4)上述復(fù)合涂層中硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒材料可以是氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、氧化釔、 二氧化硅、氮化硼、氮化硅、碳化硅、碳化鎢、金剛石，也可以是硬鉻、鎢合金、高速鋼、高溫合 金、鉭合金、非晶態(tài)合金，還可以是上述兩種或多種微粒的混合物。(5)上述增強(qiáng)體材料的硬度高于HV500。(6)上述復(fù)合涂層基體可以是鈦及鈦合金、銅及銅合金、鎳及鎳合金、鉻及鉻合金、 鈷及鈷合金、鐵及鐵合金或上述純金屬或合金的混合物。(7)上述復(fù)合涂層硬質(zhì)顆粒增強(qiáng)體含量在1 50%范圍內(nèi)可任意調(diào)節(jié)，優(yōu)選增強(qiáng) 體含量范圍為10% 30%。(8)涂層厚度范圍為h = 0. 3 5mm，針對(duì)不同厚度的涂層采用中頻、高頻或超高 頻感應(yīng)加熱線圈進(jìn)行表面去應(yīng)力退火處理，退火溫度850 950°C，優(yōu)選加熱影響層深度為 h2 = ^+(0. 3 l)mm，其中，Ill為涂層厚度，h2為表面熱處理影響層深度。(9)上述復(fù)合涂層可以進(jìn)行鍛造、輥壓等機(jī)械變形處理，也可不進(jìn)行變形處理。(10)上述結(jié)晶輥表面涂層制備完成后，可以對(duì)涂層進(jìn)行車、銑、磨等機(jī)械加工，也 可以不進(jìn)行機(jī)械加工。本發(fā)明的有益效果可在結(jié)晶輥表面制備0 40mm硬質(zhì)微粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合涂層；硬質(zhì)顆粒增強(qiáng)體在 復(fù)合涂層內(nèi)部隨即均勻分布；結(jié)晶輥表面形成具有良好導(dǎo)熱和耐磨性能的金屬基復(fù)合材料 涂層；涂層導(dǎo)熱率達(dá)到基體材料的75%以上，涂層耐磨性能提高10%以上。


圖1為本發(fā)明結(jié)晶輥表面顆粒增強(qiáng)復(fù)合涂層制備工藝流程。圖2為!^e基非晶態(tài)合金顆粒增強(qiáng)鎳基復(fù)合涂層表面SEM照片。圖3為α -Al2O3顆粒增強(qiáng)銅合金復(fù)合涂層形貌。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。參見(jiàn)圖1，本發(fā)明明結(jié)晶輥表面顆粒增強(qiáng)復(fù)合涂層制備工藝流程。實(shí)施例1復(fù)合涂層基體材料為鎳合金涂層，所用粉末平均粒徑30微米；增強(qiáng)體為不規(guī)則形 狀Fe基非晶態(tài)合金，增強(qiáng)體平均尺寸90微米；增強(qiáng)體顆粒含量為18%;結(jié)晶輥表面經(jīng)車削、 噴砂處理，冷氣動(dòng)力噴涂制備工藝如下工作氣體為工業(yè)氮?dú)猓ぷ鳉怏w壓力3. OMPa，工作 氣體溫度500°C，單層制備厚度200微米。所得復(fù)合涂層的總厚度為4mm，復(fù)合涂層形貌及 增強(qiáng)體顆粒的分布如圖2所示，!^e基非晶增強(qiáng)體彌散分布在M基體中，非晶增強(qiáng)體的加入 使復(fù)合涂層耐磨性較Ni基體提高35%。實(shí)施例2復(fù)合涂層基體材料為銅合金涂層，所用粉末平均粒徑25微米；增強(qiáng)體為α -Al2O3 顆粒，增強(qiáng)體平均尺寸70微米；增強(qiáng)體顆粒含量為20% ；結(jié)晶輥表面經(jīng)車削、噴砂處理， 冷氣動(dòng)力噴涂制備工藝如下工作氣體為工業(yè)氮?dú)猓ぷ鳉怏w壓力2. 6MPa，工作氣體溫度4200C，單層制備厚度220微米。所得復(fù)合涂層的總厚度為5mm，復(fù)合涂層形貌及增強(qiáng)體顆粒 的分布如圖3所示，α -Al2O3顆粒在Cu基體中分散均勻，α -Al2O3顆粒的加入使得復(fù)合涂 層耐磨性較Cu基體提高30%。實(shí)施例3復(fù)合涂層基體材料為鉻合金涂層，所用粉末平均粒徑25微米；增強(qiáng)體為碳化硅 顆粒，增強(qiáng)體平均尺寸30微米；增強(qiáng)體顆粒含量為20% ；結(jié)晶輥表面經(jīng)車削、噴砂處理， 冷氣動(dòng)力噴涂制備工藝如下工作氣體為工業(yè)氮?dú)?，工作氣體壓力3. 6MPa，工作氣體溫度 7000C，單層制備厚度150微米。所得復(fù)合涂層的總厚度為3mm，復(fù)合涂層耐磨性較基體提高 28%。實(shí)施例4復(fù)合涂層基體材料為銅合金和鎳合金混合涂層，所用銅合金粉末平均粒徑25微 米，鎳合金平均粒徑22微米；增強(qiáng)體為金剛石顆粒，增強(qiáng)體平均尺寸50微米；增強(qiáng)體顆粒 含量為10% ；結(jié)晶輥表面經(jīng)車削、噴砂處理，冷氣動(dòng)力噴涂制備工藝如下工作氣體為工業(yè) 氮?dú)?，工作氣體壓力3. OMPa,工作氣體溫度450°C，單層制備厚度1300微米。所得復(fù)合涂層 的總厚度為3mm，復(fù)合涂層耐磨性較基體提高25%。實(shí)施例5復(fù)合涂層基體材料為鈷-鎳合金，所用粉末平均粒徑28微米；增強(qiáng)體為碳化鎢 顆粒，增強(qiáng)體平均尺寸10微米；增強(qiáng)體顆粒含量為15% ；結(jié)晶輥表面經(jīng)車削、噴砂處理， 冷氣動(dòng)力噴涂制備工藝如下工作氣體為高純氦氣，工作氣體壓力4. OMPa，工作氣體溫度 7500C，單層制備厚度150微米。所得復(fù)合涂層的總厚度為2mm，復(fù)合涂層耐磨性較基體提高 30%。實(shí)施例6復(fù)合涂層基體材料為304不銹鋼，所用粉末平均粒徑22微米；增強(qiáng)體為氧化釔 顆粒，增強(qiáng)體平均尺寸15微米；增強(qiáng)體顆粒含量為10% ；結(jié)晶輥表面經(jīng)車削、噴砂處理， 冷氣動(dòng)力噴涂制備工藝如下工作氣體為高純氮?dú)?，工作氣體壓力4. OMPa,工作氣體溫度 7500C，單層制備厚度200微米。所得復(fù)合涂層的總厚度為2. 5mm,復(fù)合涂層耐磨性較基體提 高 15%。實(shí)施例7復(fù)合涂層基體材料為鈦合金，所用粉末平均粒徑28微米；增強(qiáng)體為硬鉻顆粒，增 強(qiáng)體平均尺寸20微米；增強(qiáng)體顆粒含量為30%;結(jié)晶輥表面經(jīng)車削、噴砂處理，冷氣動(dòng)力噴 涂制備工藝如下工作氣體為高純氦氣，工作氣體壓力4. OMPa,工作氣體溫度750°C，單層 制備厚度100微米。所得復(fù)合涂層的總厚度為2mm，復(fù)合涂層耐磨性較基體提高15%。實(shí)施例8復(fù)合涂層基體材料為鎳合金，所用粉末平均粒徑22微米；增強(qiáng)體為氮化硼顆粒， 增強(qiáng)體平均尺寸10微米；增強(qiáng)體顆粒含量為20%;結(jié)晶輥表面經(jīng)車削、噴砂處理，冷氣動(dòng)力 噴涂制備工藝如下工作氣體為工業(yè)氮?dú)?，工作氣體壓力4. OMPa,工作氣體溫度550°C，單 層制備厚度160微米。所得復(fù)合涂層的總厚度為4mm，復(fù)合涂層耐磨性較基體提高35%。實(shí)施例9復(fù)合涂層基體材料為銅合金，所用粉末平均粒徑23微米；增強(qiáng)體為氧化鋯顆粒，增強(qiáng)體平均尺寸14微米；增強(qiáng)體顆粒含量為30%;結(jié)晶輥表面經(jīng)車削、噴砂處理，冷氣動(dòng)力 噴涂制備工藝如下工作氣體為高純氦氣，工作氣體壓力3. OMPa，工作氣體溫度450°C，單 層制備厚度100微米。所得復(fù)合涂層的總厚度為10mm，復(fù)合涂層耐磨性較基體提高20%。
權(quán)利要求
1.高耐磨結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面復(fù)合涂層，其包括金屬或合金微粒和硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒， 金屬或合金微粒粒徑范圍為1 400微米，硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒粒徑范圍為1 300微米，增強(qiáng) 體材料的硬度高于HV500 ；上述兩種微?；旌?，硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒所占比例范圍體積比為1 50%，優(yōu)選 10% 30%。
2.如權(quán)利要求1所述的高耐磨結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面復(fù)合涂層，其特征是，硬質(zhì)增強(qiáng)體 微粒材料可以是氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、氧化釔、二氧化硅、氮化硼、氮化硅、碳化硅、碳化 鎢、或金剛石，也可以是硬鉻、鎢合金、高速鋼、高溫合金、鉭合金、或非晶態(tài)合金，還可以是 上述兩種或多種微粒的混合物。
3.如權(quán)利要求1所述的高耐磨結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面復(fù)合涂層，其特征是，金屬及其合 金微粒材料可以是鈦及鈦合金、銅及銅合金、鎳及鎳合金、鉻及鉻合金、鈷及鈷合金、鐵及鐵 合金或上述純金屬或合金的混合物。
4.如權(quán)利要求1或3所述的高耐磨結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面復(fù)合涂層的制造方法，其特征 是，金屬或合金微粒粒徑粒徑范圍為5 50微米；硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒粒徑范圍為5 30微 米。
5.高耐磨結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面復(fù)合涂層的制造方法，其包括如下步驟1)清理結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面，得到干燥、光亮的表面；2)對(duì)結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面進(jìn)行毛化處理，在結(jié)晶器或結(jié)晶輥形成粗糙度均勻的新鮮表3)在結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面冷氣動(dòng)力噴涂制備復(fù)合涂層；制備金屬或合金微粒和硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒，金屬或合金微粒粒徑范圍為1 400微米，硬 質(zhì)增強(qiáng)體微粒粒徑范圍為1 300微米，增強(qiáng)體材料的硬度高于HV500 ；將上述兩種微?；?合，硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒所占比例范圍體積比為1 50% ；利用冷氣動(dòng)力噴涂復(fù)合涂層技術(shù)，采 用高壓氣體攜帶上述比例的混合微粒噴涂在結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面形成復(fù)合涂層，復(fù)合涂層 厚度為Ii1 = 0. 3 5mm ；4)針對(duì)不同厚度的復(fù)合涂層采用應(yīng)加熱方法進(jìn)行表面去應(yīng)力退火處理，退火溫度 850 950°C，加熱影響層深度為Ii2 = ^+(0. 3 l)mm，h2為表面熱處理影響層深度。
6.如權(quán)利要求5所述的高耐磨結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面復(fù)合涂層的制造方法，其特征是， 復(fù)合涂層可以進(jìn)行鍛造、輥壓等機(jī)械變形強(qiáng)化處理，也可不進(jìn)行變形處理。
7.如權(quán)利要求5所述的高耐磨結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面復(fù)合涂層的制造方法，其特征是， 結(jié)晶輥表面涂層制備完成后，可以對(duì)涂層進(jìn)行車、銑、磨等機(jī)械加工，也可以不進(jìn)行機(jī)械加 工。
8.如權(quán)利要求5所述的高耐磨結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面復(fù)合涂層的制造方法，其特征是， 毛化處理采用噴砂毛化，或采用超音速微粒沖蝕毛化，或采用激光毛化或電火花毛化。
9.如權(quán)利要求5所述的高耐磨結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面復(fù)合涂層的制造方法，其特征是， 金屬或合金微粒粒徑粒徑范圍為5 50微米；硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒粒徑范圍為5 30微米。
10.如權(quán)利要求5所述的高耐磨結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面復(fù)合涂層的制造方法，其特征 是，金屬或合金微粒和硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒均勻混合，硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒所占比例范圍體積比為 10% 30%。
11.如權(quán)利要求5所述的高耐磨結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面復(fù)合涂層的制造方法，其特征是，利用冷氣動(dòng)力噴涂復(fù)合涂層技術(shù)，工作氣體壓力1. 5 5MPa，工作氣體溫度200°C 800°C， 單層制備厚度< 500微米。
12.如權(quán)利要求5所述的高耐磨結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面復(fù)合涂層的制造方法，其特征是， 將制備的金屬或合金微粒和硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒分別裝入兩套并聯(lián)的粉末輸送裝置，根據(jù)實(shí)際 需要，調(diào)節(jié)兩套粉末輸送裝置的送粉速率，獲得不同配比的金屬或合金與硬質(zhì)增強(qiáng)體的混 合微粒，二者均勻混合后經(jīng)送粉裝置輸送至噴槍喉部前端；采用高壓氣體攜帶上述比例的 混合微粒噴涂在結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面。
13.如權(quán)利要求5所述的高耐磨結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面復(fù)合涂層的制造方法，其特征是， 硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒材料可以是氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、氧化釔、二氧化硅、氮化硼、氮化硅、碳 化硅、碳化鎢、或金剛石，也可以是硬鉻、鎢合金、高速鋼、高溫合金、鉭合金、或非晶態(tài)合金， 還可以是上述兩種或多種微粒的混合物。
14.如權(quán)利要求5所述的高耐磨結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面復(fù)合涂層的制造方法，其特征是， 金屬及其合金微粒材料可以是鈦及鈦合金、銅及銅合金、鎳及鎳合金、鉻及鉻合金、鈷及鈷 合金、鐵及鐵合金或上述純金屬或合金的混合物。
全文摘要
高耐磨結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面復(fù)合涂層的制造方法，采用冷氣動(dòng)力噴涂復(fù)合涂層制備技術(shù)，利用高壓氣體攜帶金屬或合金基體微粒和硬質(zhì)增強(qiáng)體微粒的混合顆粒，經(jīng)超音速噴嘴加至極高速度撞擊在結(jié)晶器或結(jié)晶輥銅合金基體表面，通過(guò)金屬或合金微粒發(fā)生強(qiáng)烈塑性變形粘附在結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面形成復(fù)合涂層。本發(fā)明綜合利用金屬或合金基體良好的導(dǎo)熱性和增強(qiáng)體優(yōu)異的耐磨性能，獲得綜合性能優(yōu)良的結(jié)晶器或結(jié)晶輥表面涂層，提高結(jié)晶器或結(jié)晶輥在線使用壽命。
文檔編號(hào)C21D1/30GK102039384SQ20091019764
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者史弼, 張俊寶, 張宇軍, 梁永立 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司