一种耐磨抗高温侵蚀合金材料、结晶器铜板表面处理方法及结晶器铜板技术

本发明专利技术公开了一种耐磨抗高温侵蚀合金材料，包括镍、碳、钴、硼、硅、磷、钨、铍、铜等物质，同时还公开了结晶器铜板表面处理方法及结晶器铜板。所述结晶器铜板表面处理方法包括如下步骤：1)抛光、2)清洗、3)激光3D打印，还包括冷却步骤。所述结晶器铜板表面具有耐磨抗高温侵蚀合金材料层，其厚度为0.1～2.5mm。使用本发明专利技术所述的耐磨抗高温侵蚀合金材料，采用本发明专利技术所述的结晶器铜板表面处理方法制备得到的结晶器铜板具有较高的硬度，较小的平均摩擦系数，较好的耐磨性，较高的抗高温侵蚀性能，较高致密度和拉伸性能。

The invention relates to a wear-resistant and high-temperature erosion resistant alloy material, a surface treatment method for mold copper plate and a mold copper plate

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨抗高温侵蚀合金材料、结晶器铜板表面处理方法及结晶器铜板
本专利技术涉及金属表面处理工艺，具体涉及一种耐磨抗高温侵蚀合金材料、结晶器铜板表面处理方法及结晶器铜板。
技术介绍
在冶金领域的炼钢生产中，结晶器是连铸机的核心设备，液态的钢水流经一定长度的结晶器，与具有优良传热性能的结晶器铜板进行热交换，离开结晶器时钢水已经形成具有一定形状、强度和厚度的液心坯壳。因此连铸机结晶器铜板的表面质量直接影响连铸坯表面质量、连铸机拉拔速度和连铸作业率等指标。结晶器铜板表面的耐磨性和耐蚀性对提高结晶器铜板的寿命、降低产品成本具有重要意义。目前对连铸机结晶器铜板表面进行改性的方法主要有电镀、化学镀、复合镀、热喷涂和激光熔覆等。采用电镀、化学镀、复合镀和热喷涂等方法进行表面改性的涂层与基体多为机械结合，结合强度差，效果不佳。采用激光熔覆技术对铜板表面进行改性虽然能够克服上述不足，但因铜板本身的导热性能良好、比热容小、浸湿性能差、表面有坚硬的氧化膜，对激光光斑的反射率较大，这就使得激光产生的热量在其表面不易停留，不易形成较高的功率密度，不能形成熔池；铜板合金基体与涂层的材料体系之间的性能差别很大，熔覆过程中失效问题较严重；涂层内韧性不足，存在热裂和应力等不足。使得连铸机结晶器铜板表面性能不佳，严重影响其寿命和生产成本。综上所述，目前对连铸机结晶器铜板表面的改性存在上述问题，因此，需要专利技术一种用于连铸机结晶器铜板表面改性的耐磨抗高温侵蚀合金材料、表面处理方法及具有良好表面性能的结晶器铜板，以解决上述问题。r>
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种耐磨抗高温侵蚀合金材料、结晶器铜板表面处理方法及结晶器铜板，采用该耐磨抗高温侵蚀合金材料及表面处理方法制备得到的结晶器铜板，能够在铜板表面形成组织致密、无裂纹、无气孔、硬度大、耐磨性能好，与铜板基体结合良好的表面层，且铜板基体不受损，符合工业生产的需求，提高了铜板表面处理作业的效率。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种耐磨抗高温侵蚀合金材料，所述耐磨抗高温侵蚀合金材料包括以下重量份的原料物质：镍2.0～2.9份，碳6～10份，钴10～23份，硼2.5～4.5份，硅3.0～5.0份，磷2.3～2.8份，钨8.0～8.9份，铍0.15～0.35份，铜40～45份。所述耐磨抗高温侵蚀合金材料为粒度200～350目的粉体。所述耐磨抗高温侵蚀合金材料可以先获得上述物质粒度为200～350目的粉末，然后根据上述份混合后得到；也可以先按照上述物质及其份配比，采用现有技术的冶金方法形成合金，然后再使用现有技术的粉末制备方法，得到200～350目的耐磨抗高温侵蚀合金材料；还可以先将上述物质分成不同的小组，形成合金，然后再使用现有技术的粉末制备方法获得粉末，然后混合得到上述份组成的耐磨抗高温侵蚀合金材料。为解决上述技术问题，本专利技术还提供一种结晶器铜板表面处理方法，包括以下步骤：步骤1)抛光：对连铸机结晶器铜板表面进行抛光处理；步骤2)清洗：对经步骤1)处理后的连铸机结晶器铜板表面进行清洗；步骤3)激光3D打印：使用激光同轴送粉器将如上所述的耐磨抗高温侵蚀合金材料送至经步骤2)处理后的连铸机结晶器铜板表面，同时使用光纤激光器进行逐层激光3D打印，使耐磨抗高温侵蚀合金材料熔覆在连铸机结晶器铜板表面，得到表面具有耐磨抗高温侵蚀合金材料层的连铸机结晶器铜板。所述步骤1)对结晶器铜板表面抛光使用砂纸或者抛光机对连铸机结晶器铜板表面进行处理，使得连铸机结晶器铜板表面光滑有亮泽。进一步优选地，将连铸机结晶器铜板表面粗糙度抛光到8μm以下，即Ra8μm以下。所述表面粗糙度是指加工表面具有较小间距和微小峰谷的不平度。其评价参数包括高度特征参数、间距特征参数、形状特征参数等。本专利技术采用高度特征参数，使用Ra表示。所述连铸机结晶器铜板的材质包括镍铍铜合金。所述步骤2)对抛光后的铜板表面的清洗包括使用除污剂清洗，或者采用超声清洗，所述除污剂包括丙酮、酒精。优选地，步骤2)对抛光后的铜板表面清洗，可以使用液态除污剂对抛光后的铜板表面进行淋洗；也可以将除污剂吸到织物中，擦拭铜板表面。可以淋洗或者擦拭1次，也可以淋洗或者擦拭2次以上。所述步骤2)清洗的目的是去除连铸机结晶器铜板表面的油渍和其它污染物。优选地，对抛光后的铜板表面清洗后，需要将铜板表面干燥。所述干燥包括使用无尘空气吹干。优选地，为了降低抛光后的铜板表面被氧化的程度，所述步骤2)清洗是在保护气氛下进行。清洗后的吹干气体使用无尘氮气。所述步骤3)使用的光纤激光器的参数为：聚焦镜焦距f＝250～300mm，功率P＝2000～6000W，激光光斑直径为0.3～1.2mm，扫描速率为100～400mm/s，搭接率为25～35％。所述扫描速度是指激光头与铜板的相对移动速度。所述搭接率(简称θ)是指不同的扫描间距会使单道与单道之间出现不同的搭接状态。在多道成形时，为了保证多条单道之间连接融合的可靠性以及搭接后成形层的平整性，需要选取合适的扫描间距进行搭接。扫描间距过大，即搭接量不足时，单道与单道之间会出现凹谷现象，导致成形层表面凹凸不平，影响后续成形层的质量，这种不良影响逐层累加后甚至会导致成形过程终止；理想搭接状态，单道与单道之间融合均匀，成形层表面光滑平整；扫描间距过小，即搭接量过大时，单道与单道之间在部分区域过度重复堆积，影响成形层表面质量，而且影响当前成形层的高度，进而影响成形件的精度和性能。步骤3)采用的光纤激光器为现有技术的光纤激光器。所述结晶器铜板表面处理方法，可以在结晶器铜板表面进行一次步骤3)的激光3D打印，形成较薄的耐磨抗高温侵蚀合金材料层；也可以在结晶器铜板表面进行多次步骤3)的激光3D打印，形成较厚的耐磨抗高温侵蚀合金材料层。步骤3)所述激光同轴送粉器为现有技术的激光同轴送粉器。所述激光同轴送粉器的送粉层厚设置为0.15mm。专利技术人根据连铸机结晶器铜板表面的特性，与本专利技术的耐磨抗高温侵蚀合金材料的性质，选择特定参数下的光纤激光器进行逐层激光3D打印，取得了如下技术效果：在确定光纤激光器离焦量的基础上选定聚焦镜焦距，并依据激光扫描速度、激光光束尺寸与激光功率的匹配关系以确定激光器的工艺参数，从而能瞬间形成熔池，产生较小的热影响区，使结晶器铜板只产生微小变形，形成致密度极高、耐磨度更高、稀释率极低、表面改性性能较好且打印效率高的3D打印层。本专利技术的结晶器铜板表面处理方法克服了如下现有技术的难点：①结晶器铜板导热性能良好、比热容小、浸湿性能差、表面有坚硬的氧化膜，对光斑的反射率较大，这使得激光产生的热量在其表面不易停留，不易形成较高的功率密度，不能形成熔池，对激光3D打印步骤不利；②结晶器铜板与涂层的材料体系之间的性能差别很大，熔覆过程中失效问题较严重；③3D打印层内韧性不足，存在热裂和应力等缺陷。所述结晶器铜板表面处理方法，在步骤3)后还需要冷却步骤，使表面具有耐磨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐磨抗高温侵蚀合金材料，其特征在于，所述合金材料包括以下重量份的原料物质：镍2.0～2.9份，碳6～10份，钴10～23份，硼2.5～4.5份，硅3.0～5.0份，磷2.3～2.8份，钨8.0～8.9份，铍0.15～0.35份，铜40～45份。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐磨抗高温侵蚀合金材料，其特征在于，所述合金材料包括以下重量份的原料物质：镍2.0～2.9份，碳6～10份，钴10～23份，硼2.5～4.5份，硅3.0～5.0份，磷2.3～2.8份，钨8.0～8.9份，铍0.15～0.35份，铜40～45份。


2.根据权利要求1所述的耐磨抗高温侵蚀合金材料，其特征在于，所述耐磨抗高温侵蚀合金材料为粒度200～350目的粉体。


3.一种连铸机结晶器铜板表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)抛光：对连铸机结晶器铜板表面进行抛光处理；
步骤2)清洗：对经步骤1)处理后的连铸机结晶器铜板表面进行清洗；
步骤3)激光3D打印：使用激光同轴送粉器将权利要求1所述的耐磨抗高温侵蚀合金材料送至经步骤2)处理后的连铸机结晶器铜板表面，同时使用光纤激光器进行逐层激光3D打印，使耐磨抗高温侵蚀合金材料熔覆在连铸机结晶器铜板表面，得到表面具有耐磨抗高温侵蚀合金材料层的连铸机结晶器铜板。


4.根据权利要求3所述连铸机结晶器铜板表面处理方法，其特征在于，所述步骤3)后还需要冷却步骤，使表面具有耐磨抗高温侵蚀合金材...

【专利技术属性】
技术研发人员：王菊花，李建平，杨峥，吴功军，戴万雷，
申请(专利权)人：唐山中科量子激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13