【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及冷喷涂涂层，具体涉及一种连铸结晶器铜板表面纳米zrb2增强co-ni合金涂层及其制备方法。
技术介绍
1、结晶器作为连铸生产中的重要部件，其中结晶器铜板具有良好的导热性能。它的主要作用是将液态的钢水快速冷却成具有一定形状的坯体以便后续的生产加工。结晶器铜板的表面与快速移动的钢坯接触容易产生划伤、变形、腐蚀等，影响结晶器的使用寿命。因此有必要对结晶器表面进行强化处理；提高其抗高温摩擦磨损和抗腐蚀的性能。
2、zrb2为准金属结构、间隙相共价键化合物，属于六方晶系c32型结构。其中b原子层与zr原子层交替排布并形成离子键，因此晶体内部的电子可以自由运动使其具有良好的导电性和导热性。同时zr-b离子键和b-b共价键为材料提供了更高的强度和硬度。据研究，zrb2的熔点高达3040℃，具有良好的抗高温摩擦磨损和抗热震的性能。此外由于钴基自熔性合金具有耐磨损、耐蚀、耐高温等优良性能，被广泛应用于制备耐磨涂层领域。目前工作者尝试将纳米zrb2硬质相加入到co-ni自熔性合金中进一步提高材料的抗摩擦磨损性能的同时保证涂层良好的导热性能。
3、制备纳米zrb2/co-ni相关材料通常采用烧结、激光熔覆、热喷涂等表面处理方法。其中烧结法不适用于复杂结构件的制备，并且加入了硬质陶瓷相后，使得制备工艺更加复杂。激光熔覆和热喷涂技术是将复合粉末颗粒加热到熔化或者半熔化状态与基体材料形成完全冶金结合的涂层制备方法。然而针对结晶器铜板极易氧化的特点，此类方法的工作温度高、对基体的热影响效果大、容易产生热缺陷；从而限制了其
4、冷喷涂作为一种特殊的固态沉积技术，具有无稀释、低热输入、低氧化、低变形、高沉积速度等优点。由于该方法可以保持喷涂颗粒的原始成分与相结构，尤其对于普通喷涂方法难以沉积的高硬度、脆性颗粒制备涂层具有独特的优势。此外冷喷涂工艺可以进行原位的加工、工艺简单、工件无需重新设计。
5、高质量的喷涂粉末是制备高性能涂层的必要前提。高能球磨造粒作为一种固相非平衡制备技术，可以将两种或多种非互溶合金元素均匀混合，常被用作制备纳米陶瓷/金属复合粉末。针对高能球磨制备金属陶瓷复合粉末时发现，当硬质陶瓷颗粒作为增强相引入球磨过程中时材料的复合过程如下：首先金属颗粒受到磨球的作用逐渐被碾平、破碎，暴露出颗粒内部的新鲜成分。纳米/亚微米级的陶瓷颗粒被挤压嵌入到扁平状的金属颗粒内部。随着球磨时间的延长，扁平状的金属颗粒不断发生微锻、冷焊效应并最终实球化；同时金属颗粒内部陶瓷相的分布情况也得到明显改善。一般的球磨过程会首先将目标比例的金属和陶瓷粉末混合后一次性的加入到球磨罐内部。然而作为硬质相的陶瓷颗粒对金属颗粒存在明显的助磨效果。这就导致在合金化的第一阶段金属颗粒还没用充分延展变形时就已经被破碎。因此球磨初始阶段加入大量的陶瓷颗粒会导致金属颗粒尺寸的快速减小，不利于陶瓷颗粒的均匀化、制备出的复合粉末粒径偏小、成品率低。针对这一问题，中国专利技术专利cn202211582207.5采用分步加入陶瓷粉末的方法即在固定的球磨间隔时间内分多次加入一定量的陶瓷粉末来降低其对金属颗粒的研磨作用，并取得了显著的效果。然而此方法需要多次打开密封的球磨罐，操作过程繁杂、易对粉末样品造成污染，限制了高能球磨在连铸结晶器表面制备高耐磨、高导热、抗腐蚀防护涂层的发展。
6、鉴于上述缺陷，本专利技术创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决普通防护涂层导热性能差、对基体材料热影响强烈的问题，提供了一种连铸结晶器铜板表面纳米zrb2增强co-ni合金涂层及其制备方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术公开了一种连铸结晶器铜板表面纳米zrb2增强co-ni合金涂层的制备方法，包括以下步骤：
3、s1，对基体试样表面进行粗糙化处理；
4、s2，将纳米zrb2粉和co-ni合金粉进行高能球磨造粒制备出复合喷涂粉末；
5、s3，高能球磨造粒完成后筛分出粒径在15～45μm之间的复合粉末并烘干备用；
6、s4，将符合冷喷涂工艺要求的复合粉末加入到冷喷涂设备中，喷涂至基体表面，得到纳米zrb2/co-ni复合涂层。
7、所述步骤s1中粗糙化处理方法为喷砂、砂纸打磨。
8、所述步骤s1中基体为连铸结晶器上用到的cucrzr合金。
9、所述步骤s2中的纳米zrb2的粉末粒径为1～3μm。
10、所述步骤s2中co-ni合金粉的各元素质量比为co:ni＝7:3，co-ni合金粉的粒径为100～300μm。
11、所述步骤s2中纳米陶瓷相与合金相的质量比1:9～3:7。
12、所述步骤s2中球磨造粒使用的是设置有连续送粉装置的球磨罐。
13、所述步骤s2中球磨参数设置如下：磨球的总质量与待磨粉末的总质量比为10:1；加入的磨球直径分别为15、10、6、5mm，直径分别为15、10、6、5mm的磨球的质量比为4:2:1:1；转速为220r/min，球磨时间43h，每运行50min后休息10min。
14、所述步骤s4中喷涂参数设置如下：喷涂距离为30mm、喷嘴的移动速度为150mm/s、喷嘴径向移动步长1.5mm、加速气体为n2，压力为3mpa、工作的预热温度为500℃。
15、本专利技术还公开了采用上述制备方法制得的连铸结晶器铜板表面纳米zrb2增强co-ni合金涂层。
16、与现有技术比较本专利技术的有益效果在于：
17、1、本专利技术通过使用具有连续送粉装置的球磨罐实现陶瓷颗粒的连续送粉。利用此装置可以降低高能球磨造粒前期合金颗粒破碎阶段陶瓷硬质相的助磨效果，防止粉末粒径过分减小，延长球磨时间、提高陶瓷相的分散程度、提高成品率、降低成本。粒径在100～300μm的原始合金颗粒利用传统球磨方法经过25h后得到的复合粉末平均粒径为45.4μm；而采用连续送粉的球磨方法经过同样的时间后得到的复合粉末粒径为80.9μm。当连续送粉装置经过35h的运行后，制备的复合粉末粒径与传统方法经过25h球磨后的尺寸基本一致，但是由于更长的球磨时间使得连续送粉高能球磨方法制备的复合粉末其内部陶瓷相分布更加均匀；
18、2、冷喷涂过程利用惰性气体将复合颗粒以超过音速数倍的速度沉积到基体表面。涂层的沉积过程中不引入其他热源，对基体和涂层的热影响小，不易发生氧化。同时粉末颗粒发生强烈的塑性变形对涂层具有加工硬化的作用，使获得的纳米zrb2/co-ni合金复合涂层具有更好的机械性能；
19、3、本专利技术通过上述过程制备的复合涂层的主相为co-ni和纳米zrb2，纳米zrb2均匀的分布在复合涂层中，提高了复合涂层的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。与单一的co-ni合金涂层相比，此方法制备的纳米zrb2/co-ni复合涂层的显微硬度明显提升，单一co-ni合金涂层表面的平均显微硬度为429.8hv0.3；本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种连铸结晶器铜板表面纳米ZrB2增强Co-Ni合金涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种连铸结晶器铜板表面纳米ZrB2增强Co-Ni合金涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中粗糙化处理方法为喷砂、砂纸打磨。
3.如权利要求1所述的一种连铸结晶器铜板表面纳米ZrB2增强Co-Ni合金涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中基体为连铸结晶器上用到的CuCrZr合金。
4.如权利要求1所述的一种连铸结晶器铜板表面纳米ZrB2增强Co-Ni合金涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的ZrB2的粉末粒径为1～3μm。
5.如权利要求1所述的一种连铸结晶器铜板表面纳米ZrB2增强Co-Ni合金涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中Co-Ni合金粉的各元素质量比为Co:Ni＝7:3，Co-Ni合金粉的粒径为100～300μm。
6.如权利要求1所述的一种连铸结晶器铜板表面纳米ZrB2增强Co-Ni合金涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中纳米陶瓷相与合金相的质量比1:9～3:7。
7.如权利要求1所述的一种连铸结晶器铜板表面纳米ZrB2增强Co-Ni合金涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中球磨造粒使用的是设置有连续送粉装置的球磨罐。
8.如权利要求1所述的一种连铸结晶器铜板表面纳米ZrB2增强Co-Ni合金涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中球磨参数设置如下：磨球的总质量与待磨粉末的总质量比为10:1；加入的磨球直径分别为15、10、6、5mm，质量比为4:2:1:1；转速为220r/min，球磨时间35h，每运行50min后休息10min。
9.如权利要求1所述的一种连铸结晶器铜板表面纳米ZrB2增强Co-Ni合金涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中喷涂参数设置如下：喷涂距离为30mm、喷嘴的移动速度为150mm/s、喷嘴径向移动步长1.5mm、加速气体为N2，压力为3MPa、工作的预热温度为500℃。
10.一种采用如权利要求1～9任一项所述的制备方法制得的连铸结晶器铜板表面纳米ZrB2增强Co-Ni合金涂层，其特征在于，涂层厚度为250～350μm。
...【技术特征摘要】
1.一种连铸结晶器铜板表面纳米zrb2增强co-ni合金涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种连铸结晶器铜板表面纳米zrb2增强co-ni合金涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中粗糙化处理方法为喷砂、砂纸打磨。
3.如权利要求1所述的一种连铸结晶器铜板表面纳米zrb2增强co-ni合金涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中基体为连铸结晶器上用到的cucrzr合金。
4.如权利要求1所述的一种连铸结晶器铜板表面纳米zrb2增强co-ni合金涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中的zrb2的粉末粒径为1～3μm。
5.如权利要求1所述的一种连铸结晶器铜板表面纳米zrb2增强co-ni合金涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中co-ni合金粉的各元素质量比为co:ni＝7:3，co-ni合金粉的粒径为100～300μm。
6.如权利要求1所述的一种连铸结晶器铜板表面纳米zrb2增强co-ni合金涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中纳米陶瓷相与合金相的质量比...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨康，姜自滔，张世宏，王硕煜，倪振航，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：
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