本发明专利技术涉及激光熔覆领域，具体是一种结晶器表面激光熔覆的合金涂层及其制备方法。该合金涂层的成分根据结晶器的机械性能、失效情况和结晶器表面激光熔覆特点进行配制，此合金涂层由镍基自熔性合金粉末组成，包括Ｎｉ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃ、Ｂ等元素，按质量百分比计，涂层成份具体由Ｎｉ５５～５７、Ｃｒ１６～１９、Ｗ８～１０、Ｍｏ８～１０、Ａｌ０．８～１．０、Ｔｉ２．５～３．５、Ｃ０．２～０．３、Ｓｉ２．５～３．５及Ｂ２～２．５组成。经激光熔覆后，在结晶器表面获得优质涂层，一方面能满足结晶器的快速导热的基本性能要求，另一方面增加结晶器表面的耐磨性和耐热冲蚀性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光熔覆技术，具体是一种结晶器表面激光熔覆的合金涂 层及其制备方法，此涂层具有高耐磨、耐热冲蚀和与基材高结合力等性能。
技术介绍
结晶器是炼钢中连铸钢的关键部件，连铸时钢水通过结晶器表面连续 冷却而直接铸出钢坯，结晶器的质量直接影响连铸坯表面质量、连铸机作 业率和连铸坯成本及出钢吨位等。高效连铸技术的发展对结晶器质量提出 了更高的要求，高强度、高耐磨性、耐腐蚀性和良好的导热性成为衡量结 晶器质量的重要指标。目前，对结晶器表面处理常用的技术有堆焊技术、 熔接技术、电镀、化学镀、热喷涂、非金属镀技术、物理与化学气相沉积、 化学热处理等。然而广泛应用的电镀、化学镀、热喷涂等表面处理方法虽 然能提高结晶器铜板的耐磨性，但由于制备的涂层与基体是机械结合，而 不是冶金结合，在结晶器使用过程中常会由于热疲劳镀层易于发生剥落起 皮，引起结晶器铜板的报废和连铸停产；涂层存在着疏松、气孔、夹杂等 缺陷，显著影响涂层性能和使用寿命。近年来，出现了大功率C02激光器在结晶器铜板表面进行激光熔覆工艺的研究；获得的激光熔覆耐磨合金涂层为冶金结合，与电镀、热喷涂等 涂层相比，具有结合强度高、熔层组织细密均匀的特点。然而，目前的涂 层仅由一些常规的激光熔覆粉末组成，如Ni60， Nil015等，在结晶器表面 大面积熔覆时存在裂纹、气孔等缺陷，或存在合金涂层与基体熔覆性能差、 熔覆工艺不稳定等问题；应用时有涂层耐磨性差、剥落等具体性能表现。
技术实现思路
为了克服上述结晶器涂层存在的开裂、气孔和耐磨性差等不足，本发 明的目的在于提供一种激光熔覆结晶器合金涂层，满足结晶器表面进行激 光熔覆工艺的可实施性(避免了裂纹、气孔的发生)，同时获得的激光熔覆 涂层满足结晶器恶劣的工作环境，最终可以提高结晶器的性能和使用寿命。本专利技术的技术方案包括涂层按质量百分比计，成份由Ni55 57、 Crl6 19、 W8 10、 Mo8 10、 A10.8 1.0、 Ti2.5~3.5、 C0.2~0.3、 Si2.5~3.5及B 2 2.5组成。制备涂层方法给结晶器加温至45(TC-60(TC进行预热处理；采用镍基自熔性合金粉末制备涂层；按质量百分比计，取Ni55 57、Cr16 19、 W8~10、 Mo8~10、 A10.8~1.0、 Ti2.5~3.5、 C0.2 0.3、 Si2.5 3.5及B2 2.5，采用同轴 送粉方式、在保护气下送至结晶器表面。送粉同时用功率为4.5KW 5.5KW 的C02激光束聚焦于结晶器表面，在激光束作用下熔化合金粉末，使熔化 的合金粉末与结晶器表面相结合，形成涂层；熔覆后结晶器随炉冷却；其中所述涂层厚度为0.3 0.5mm;保护气为气帘式结构，在载粉气流层 外围形成，用于载粉气流二次压縮，实现粉末的高度汇聚。1) 结晶器的工作条件及失效形式分析结晶器铜板工作表面与1 530 1 570°C的钢液接触，铜板背面通过30 40°C的冷却水，因此在铜板上存在很大的温度梯度和热应力，在热应力的 作用下涂层与铜板剥离、脱落，影响钢坯的表面质量。在钢液高温冲刷作 用下，涂层磨损也成为结晶器更换的原因。因此，金属粉末的选取必须满 足结晶器的工作条件，提高结晶器的使用寿命。2) 分析涂层合金粉末对涂层的组织与性能的影响 本实施例采用混合法则(Voight模型)进行物性参数的推算。P = + A"/", +……式中，pe、 Pm......分别为各种元素所对应的物理性能，fe、 fm分别为该种元素的质量分数。根据结晶器对表面合金涂层的机械性能要求，考虑激 光熔覆在结晶器表面的工艺性，配置合金粉末成分和比例。由于Ni与Cu 能够生成无限固溶体，因此合金涂层粉末选取Ni基粉末，合金涂层所需的硬度为2HVo.]300，因此涂层中C的含量可选择在0.2 0.3 wt %，；根据热喷 涂耐磨合金粉末中W的含量，选取W的含量为8 10wt%， W可与C形成 WC具有很高的硬度和耐磨性；Cr元素固溶在Ni的面心立方晶体中，对晶 体既起固溶作用，又对涂层起钝化作用，Cr元素含量的选择可依据奥氏体 不锈钢中含量选择在16 19wt%; Al与Cr、 Si合用，可显著提高涂层的高 温不起皮性能和耐高温腐蚀能力，Al的含量一般不超过1 wt %; Mo具有 细化晶粒的作用，在高温时保持足够的强度和抗蠕变的能力，根据结晶器 涂层的工作条件可选择较高的含量，因此Mo的含量为8 10wte/。； 丁i的加 入能够使涂层组织致密，而且可以避免发生晶间腐蚀，由于Ti粉的价格较 高，因此只需选择在2.5 3.5 wt。/。即可；Si、 B的加入可以改善合金涂层成 形工艺性能，Si、 B元素一方面作为脱氧剂和自熔剂，增加润湿性，另一方 面通过固溶强化和弥散强化提高涂层的硬度和耐磨性，Si、 B的含量为常规 自熔性合金粉末含量分别为Si2.5 3.5 wt。/。及B2 2.5 wt%。以上分析，设 计合金粉末的成份和比例(wt。/o)为Ni55 57、 Crl6 19、 W8 10、 Mo8 10、 A10.8 L0、 Ti2.5 3.5、 C0.2 0.3、 Si2.5 3.5、 B2 2.5。3)涂层性能检测根据以上分析和合金粉末的制备，用激光熔覆的方式在结晶器表面获 得合金涂层，然后进行涂层的宏观形貌检验，观察涂层形状、表面及内部 是否存在气孔及裂纹，然后分析涂层的显微组织，最后对涂层的物理机械 性能进行检测。本专利技术具有如下优点本专利技术合金涂层由Ni基自熔性合金粉末构成，其成份配比考虑到结晶 器对表面合金涂层的机械性能要求及激光熔覆在结晶器(铜合金)表面的 工艺性，使激光熔覆过程中，该合金涂层中的粉末与结晶器的铜基熔合性 好，获得的合金涂层无气孔、夹杂、裂纹等缺陷，表面平整光洁；熔层硬度达到HV(u300以上。 附图说明图1本专利技术涂层与结晶器基体表面结合处SEM形貌。图2本专利技术涂层的SEM形貌。图3本专利技术结晶器基体到涂层表面的硬度分布。具体实施例方式下面结合附图对专利技术进一步说明本实施例合金粉末的比例(质量百分比)为Ni57、 Crl6、 W8.5、 Mo9.3、 A10.9、 Ti3.0、 C0.3、 Si2.5、 B2.5。采用雾化法制取此种合金粉末，粉末的 颗粒度为-100+325目。制备涂层对结晶器加温至45(TC进行预热处理；采用镍基自熔性合金 粉末制备涂层；按质量百分比计，取上述合金粉末，采用同轴送粉方式、 在N2保护气下送至结晶器表面；送粉同时用功率为5.5KW的C02激光束 聚焦于结晶器表面，在激光束作用下熔化合金粉末，使熔化的合金粉末与 结晶器表面相结合，形成涂层；熔覆后结晶器随炉冷却；所述涂层厚度为0.5mm;保护气为气帘式结构，在载粉气流层外围形 成，用于载粉气流二次压縮，实现粉末的高度汇聚。本实施例采用额定功 率为6KW的C02激光器。通过对本实施例合金粉末制备结晶器表面涂层的显微组织进行分析，其涂层与基材结合处的显微组织见图1，图1可见涂层与基材的结合方式 为冶金结合，涂层合金粉末扩散到基体材料中，结合处无气孔、裂纹及夹杂。说明在熔覆的过程中，采用N2进行保护对涂层的质量起到作用。图2 为涂层表面的显微组织，从图2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种结晶器表面激光熔覆的合金涂层，其特征在于：采用镍基自熔性合金粉末制备涂层；按质量百分比计，涂层成份由Ｎｉ ５５～５７、Ｃｒ １６～１９、Ｗ ８～１０、Ｍｏ ８～１０、Ａｌ ０．８～１．０、Ｔｉ ２．５～３．５、Ｃ ０．２～０．３、Ｓｉ２．５～３．５及Ｂ ２～２．５组成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邢飞，侯丹辉，张翼飞，宫铭辉，
申请(专利权)人：沈阳新松机器人自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。