铜结晶器表面激光强化涂层制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铜结晶器表面激光强化涂层制备方法，本方法首先在铜结晶器表面制备一层电镀层，电镀层为纯镍或镍基合金；采用大功率激光器对电镀层进行逐道搭接扫描重熔，重熔后的镍基电镀层可与铜基体形成牢固可靠的冶金结合，并靠近结合面形成了镍铜固熔过渡层；在此激光重熔层基础上再采用同步送粉激光熔覆法制备镍基或钴基合金工作层；将合金工作层铣加工成光滑表面。本方法克服了传统结晶器铜板表面激光熔覆存在的缺陷，解决了结晶器铜板表面制备激光熔覆层时难以与基体形成可靠冶金结合的难题，提高了结晶器铜板表面的耐磨耐蚀性能。

Preparation of laser enhanced coating on copper mold surface

The invention discloses a copper crystallizer surface laser strengthening coating preparation method, this method first with a layer of plating on copper crystallizer surface, plating for pure nickel or nickel alloy; high power laser on electroplating layer by channel overlap scanning remelting, nickel plating can be remelted reliable metallurgical bonding with the substrate, and close to the combined surface formed nickel copper melting transition layer; the laser remelted layer on the basis of the synchronous powder feeding laser cladding preparation of nickel or cobalt based alloy layer; the alloy layer milling into a smooth surface. The method overcomes the defects of laser cladding on the traditional mould copper plate, solves the problem that it is difficult to form reliable metallurgical bonding with the substrate when making laser cladding layer on the surface of the mould copper plate, and improves the wear resistance and corrosion resistance of the surface of the mould copper plate.

【技术实现步骤摘要】
铜结晶器表面激光强化涂层制备方法
本专利技术涉及一种铜结晶器表面激光强化涂层制备方法。
技术介绍
随着连铸技术向高效、高拉速方向的不断发展，结晶器铜板的使用条件愈来愈恶劣，对结晶器的表面性能要求也愈来愈高。现生产中大量应用的结晶器表面电镀涂层受制于镀种的开发，目前的二元合金体系如NiFe/NiCo/CoNi等已越来越难以满足现场生产对结晶器表面耐磨耐蚀性能的需求，加上电镀工艺所受的环保制约，因此必须寻求新的方法来提升铜结晶器的表面性能。伴随大功率工业激光器的商业化应用推广，激光熔覆技术已越来越广泛地应用于各类关键零部件的表面强化上。众多高校科研机构以及企业均在探索应用激光熔覆技术制备铜结晶器表面强化涂层。但相关结晶器铜板表面激光熔覆还存在一些关键问题需要解决，首先由于铜结晶器导热性能好，表面润湿性差，对激光的反射率较大，尤其是波长为10.6μm的CO2激光，激光吸收率极低，导致在铜结晶器表面直接制备激光熔覆层与基体界面处很难形成牢固可靠的冶金结合。此外激光熔覆前的高温预热更会加大结晶器铜板的熔覆变形，造成后续产品加工中的矫正难题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种铜结晶器表面激光强化涂层制备方法，本方法克服了传统结晶器铜板表面激光熔覆存在的缺陷，解决了结晶器铜板表面制备激光熔覆层时难以与基体形成可靠冶金结合的难题，提高了结晶器铜板表面的耐磨耐蚀性能。为解决上述技术问题，本专利技术铜结晶器表面激光强化涂层制备方法包括如下步骤：步骤一、铜板表面碱洗去除表面油脂，活化后电镀或电刷镀纯镍层或镍基合金层，镀层厚度为0.1～0.5mm；步骤二、采用大功率激光器对电镀层进行逐道搭接扫描重熔，控制调整激光光束扫描速度，保证电镀层熔透从而使激光重熔层与结晶器铜基体形成可靠的冶金连接；步骤三、在激光重熔层上采用同步送粉激光熔覆合金工作层至设定厚度；步骤四、将合金工作层铣加工成光滑表面。进一步，所述大功率激光器为激光功率大于3000W的半导体光纤耦合输出激光器或光纤输出固体激光器。进一步，所述激光熔覆合金工作层同步送粉的粉末为镍基合金粉末或钴基合金粉末，形成镍基合金工作层或钴基合金工作层。进一步，所述电镀层逐道搭接扫描重熔的搭接率为10%～20%。由于本专利技术铜结晶器表面激光强化涂层制备方法采用了上述技术方案，即本方法首先在铜结晶器表面制备一层电镀层，电镀层为纯镍或镍基合金；采用大功率激光器对电镀层进行逐道搭接扫描重熔，重熔后的镍基电镀层可与铜基体形成牢固可靠的冶金结合，并靠近结合面形成了镍铜固熔过渡层；在此激光重熔层基础上再采用同步送粉激光熔覆法制备镍基或钴基合金工作层；将合金工作层铣加工成光滑表面。本方法克服了传统结晶器铜板表面激光熔覆存在的缺陷，解决了结晶器铜板表面制备激光熔覆层时难以与基体形成可靠冶金结合的难题，提高了结晶器铜板表面的耐磨耐蚀性能。具体实施方式本专利技术铜结晶器表面激光强化涂层制备方法包括如下步骤：步骤一、铜板表面碱洗去除表面油脂，活化后电镀或电刷镀纯镍层或镍基合金层，镀层厚度为0.1～0.5mm；步骤二、采用大功率激光器对电镀层进行逐道搭接扫描重熔，控制调整激光光束扫描速度，保证电镀层熔透从而使激光重熔层与结晶器铜基体形成可靠的冶金连接；步骤三、在激光重熔层上采用同步送粉激光熔覆合金工作层至设定厚度；步骤四、将合金工作层铣加工成光滑表面。进一步，所述大功率激光器为激光功率大于3000W的半导体光纤耦合输出激光器或光纤输出固体激光器。优选的，所述激光熔覆合金工作层同步送粉的粉末为镍基合金粉末或钴基合金粉末，形成镍基合金工作层或钴基合金工作层。优选的，所述电镀层逐道搭接扫描重熔的搭接率为10%～20%。本方法将激光束施加在镍基电镀层表面而不是直接施加于结晶器的铜基表面，可解决铜结晶器表面直接激光熔覆导致激光反射率大、能量吸收率低而无法形成可靠冶金结合的问题。且因镍铜可无限固溶，重熔后的镍基电镀层可与结晶器铜基体形成牢固可靠的冶金结合，并在靠近结合面形成了镍铜固熔过渡层，在此过渡层基础上再制备镍基或钴基工作层，形成具备硬度和成分梯度的功能涂层，从而提高结晶器铜板表面的耐磨耐蚀性能。本方法中提及的电镀层重熔可采用激光器不添加材料逐道搭接扫描重熔，保证重熔层与铜基体的可靠结合；也可采用大功率激光熔覆同步送粉，在添加粉末材料的同时对电镀层进行重熔，以提高熔覆效率。实施例一：1、结晶器铜板表面碱洗去除表面油脂，活化后电镀一层纯镍，厚度为0.25mm;2、采用光纤耦合输出半导体激光器，调整激光功率至4000W，光斑直径3.7mm，对电镀镍层进行搭接扫描重熔，控制调整光束扫描速度保证电镀层熔透从而使激光重熔层与铜基体形成可靠的冶金连接，扫描搭接率设置为15%；3、在激光重熔镍层上采用同步送粉激光熔覆镍基合金工作层至要求厚度；4、将激光熔覆镍基合金工作层铣加工成光滑表面。实施例二：1、结晶器铜板表面碱洗去除表面油脂，活化后电镀一层纯镍，厚度为0.3mm;2、采用固体激光器光纤输出激光与机械手集成自动化操作，调整激光功率至5000W，光斑直径3mm，在电镀纯镍层表面进行同步送粉激光熔覆，所送粉末为Ni基合金，调整粉末输送量及熔覆速度以保证底层的电镀镍层能够熔透以与铜基体形成可靠的冶金结合，熔覆层搭接率设定为10%。3、在激光熔覆底层上同样采用同步送粉激光熔覆钴基合金工作层至要求厚度；4、将激光熔覆钴基工作层铣加工成光滑表面。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜结晶器表面激光强化涂层制备方法，其特征在于本方法包括如下步骤：步骤一、铜板表面碱洗去除表面油脂，活化后电镀或电刷镀纯镍层或镍基合金层，镀层厚度为0.1～0.5mm；步骤二、采用大功率激光器对电镀层进行逐道搭接扫描重熔，控制调整激光光束扫描速度，保证电镀层熔透从而使激光重熔层与结晶器铜基体形成可靠的冶金连接；步骤三、在激光重熔层上采用同步送粉激光熔覆合金工作层至设定厚度；步骤四、将合金工作层铣加工成光滑表面。

【技术特征摘要】
1.一种铜结晶器表面激光强化涂层制备方法，其特征在于本方法包括如下步骤：步骤一、铜板表面碱洗去除表面油脂，活化后电镀或电刷镀纯镍层或镍基合金层，镀层厚度为0.1～0.5mm；步骤二、采用大功率激光器对电镀层进行逐道搭接扫描重熔，控制调整激光光束扫描速度，保证电镀层熔透从而使激光重熔层与结晶器铜基体形成可靠的冶金连接；步骤三、在激光重熔层上采用同步送粉激光熔覆合金工作层至设定厚度；步骤四、将合金工作层铣加工成光滑表面。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅卫，陈国喜，吕春雷，
申请(专利权)人：上海宝钢工业技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31