一种结晶器铜板表面超音速大气等离子喷涂氧化锆的方法，包括以下步骤：首先对结晶器铜板基体进行表面预处理；其次，在经过预处理的基体表面喷涂粘结涂层；然后在粘结涂层上喷涂氧化锆基面层；最后对步骤三的产品进行热处理，将基体和涂层温度控制在基体再结晶温度以下，采用本发明专利技术后，结晶器铜板基体与涂层结合强度高，涂层具有高的显微硬度、低的表面粗糙度和孔隙率，优良的高温磨损性能和抗热震性能，涂层的应用可有效提高结晶器的服役寿命，也可应用于其它铜或铜合金构件的表面强化与修复。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于应用于钢铁冶金连铸结晶器领域，具体涉及。
技术介绍
连铸在钢铁冶金领域的炼钢和轧制工艺之间起到了承前启后的关键作用，而被称之为“连铸的心脏”的结晶器的性能一直是研究的重点。现代连铸过程要求结晶器在尽可能高的拉速下，保证铸坯出结晶器时坯壳有足够的厚度，防止拉漏，且铸坯周边凝固壳层厚度均勻，以达到保证铸坯质量、防止因拉坯及结晶器振动引起的拉漏的稳定高效生产的目的。结晶器外表面用3040°C的冷却水强制冷却，而其内表面与熔渣和高于1500°C的钢液接触，易引起化学腐蚀和高温氧化，承受了温度梯度大引起的热疲劳，尤其在弯月面处会诱发大量热裂纹产生。在结晶器底部凝固坯壳增厚，保护渣为玻璃态，结晶器和铸坯坯壳之间的摩擦磨损为结晶器的主要失效形式。此外，气蚀和结晶器在线调宽引起的划伤均在不同程度造成了结晶器的损耗。为此，要求结晶器内壁应有良好的导热性，凝固壳层与结晶器内壁不粘结，摩擦力小，有足够的刚性，结构要简单，重量要轻。统计资料显示，每套结晶器的价格在十万到百万元间不等，我国钢铁企业每年用于结晶器更换及维修的费用在二十亿元以上，结晶器是除去轧辊之外的第二大耗材。随着连铸技术的不断发展，连铸结晶器铜板材质由最初的无氧铜逐渐发展到以CuAg和CuCrfr 为主，其它铜合金如CuNiB^CuCoBe等正在尝试。为提高铸坯质量及延长结晶器寿命，铜板工作由纯铜发展到电镀、熔射喷镀及热喷涂Ni、Cr、Ni-Cr、Ni-Fe、Ni-Co、Ni-W、Ni-W-P金属陶瓷复合层。电镀存在以下缺点1)涂层与基材之间为物理结合而非冶金结合，在结晶器服役条件下频繁出现的冷热疲劳、钢水及钢坯的冲击和摩擦经常引起涂层起皮剥落；2)涂层内部存在电镀过程中形成的针孔及针状疏松等缺陷，降低涂层的抗氧化和磨损性能；3)镀层硬度低，耐磨性较差；4)电镀过程不可避免的排污排废及环境污染，属国家控制和逐步淘汰工艺。目前热喷涂技术已广泛用于制备结晶器涂层，其产品具有优良的耐磨性、耐蚀性和与基体较高的结合强度。例如专利CN101116900A采用爆炸喷涂在结晶器表面制备 Ni-Cr-Cr3C2金属陶瓷复合涂层，制得的涂层结合性能好，与基体的结合强度60 70MPa。但是，喷涂工艺所制备的涂层表面粗糙度大，耐应变性差，从而影响高温工作时的热冲击性， 且无过渡层缓和涂层与基体之间的热胀系数变化，增大了涂层在弯月面处热裂纹产生的机率而导致涂层的失效。专利CN101302619A采用超音速火焰喷涂在四周边加了护板的结晶器铜板上制得了厚度均一的镍基合金涂层，涂层与基体呈冶金结合、降低了孔隙率并提高了耐磨性，但是涂层需要进行真空熔融扩散热处理以增强与基体的结合强度，热处理温度为800 950°C，高于铜基体的再结晶温度，易诱发铜基体的热变形，从而增大热处理后矫形难度甚至处理过程会危及涂层的性能。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种在结晶器铜板表面喷涂氧化锆涂层的方法，获得的涂层均勻致密，表面粗糙度低，与基体结合强度高，高温耐磨性、抗热震性及耐蚀性能好。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是，包括以下步骤步骤一，对结晶器铜板基体进行表面预处理；步骤二，在经过预处理的基体表面喷涂粘结涂层；步骤三，在粘结涂层上喷涂氧化锆基面层；步骤四，对步骤三的产品在500 540°C进行热处理0. 5 5小时，将基体和涂层温度控制在基体再结晶温度以下。所述步骤一的预处理是指除油、除锈和表面粗化，预处理方法依次为碱浴-酸浴-喷砂或超声清洗_喷砂。所述的碱浴为NaOH或Na2CO3溶液，80 100°C，5 15分钟，浓度为10 40wt. %； 酸浴为5 40wt. %的HCl或H2SO4,80 100°C，5 15分钟；超声清洗采用丙酮5 15 分钟。所述步骤二中粘结涂层的厚度为40 100 μ m，粘结涂层所选择的金属粉末具备与基体和陶瓷粉末的润湿性，且其晶格结构与基体相同，热膨胀系数与基体和氧化锆接近， 在10 18(10-6/°C )之间，喷涂方法为国防科技重点实验室研制的HEPJet高效能超音速大气等离子喷涂，粘结涂层材料为含有0. 2 20wt. % Ni或Cr或B或Si或Mn或Ag或P 或Sn—种或几种的铜基合金，当铜基合金为两种以上时，其间比例任意；或者为含有0. 1 35wt. %的B或Si或Al或Co或Cr或Y —种或几种的镍基合金，当镍基合金为两种以上时， 其间比例任意；粘结层喷涂参数为喷涂电压100 150V，喷涂电流350 400A，主气(Ar) 流量50 70sl/m，辅气(H2)流量5 15sl/m，喷枪移动速度700 800mm/s，送粉率30 45g/min,喷涂距离 80 120mm。所述步骤三中氧化锆基面层的厚度为80 300 μ m，氧化锆为6 8wt. % Y2O3部分稳定的(YPSZ)，氧化锆基面层为YPSZ粉末与粘结涂层的金属粉末混合喷涂，混合材料中粘结涂层的粉末的质量百分数为ο 20wt%，氧化锆基面层可为单一成分的氧化锆基面层，也可为含粘结粉末质量分数从20 0衬％渐变的梯度涂层；氧化锆面层喷涂参数为喷涂电压130 200V，喷涂电流400 450A，主气(Ar)流量50 80sl/m，辅气(H2)流量 10 20sl/m，喷枪移动速度700 800mm/s，送粉率25 40g/min，喷涂距离80 120mm。所述步骤四中热处理采用大气气氛炉或低气压炉或真空炉或电磁感应加热的方式完成。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点铜或铜合金基体与涂层结合强度高，涂层具有高显微硬度、低的表面粗糙度和孔隙率，优良的高温磨损性能和抗热震性能。涂层的应用可有效提高结晶器的服役寿命，也可应用于其它铜或铜合金构件的表面强化与修复。附图说明图1是采用本专利技术实施例制备的一种涂层在未经热处理时的显微组织照片。图2是采用本专利技术实施例制备的一种涂层在经过热处理后的显微组织照片。图3是采用本专利技术实施例制备的一种涂层局部表面粗糙度的三维立体显微照片。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细说明。实施例一一种结晶器铜板表面超音速等大气离子喷涂氧化锆的方法，包括以下步骤步骤一，纯铜基体通过碱浴_酸浴_喷砂进行表面预处理，完成除油、除锈和表面粗化，所述的碱浴为浓度IOwt. %的Na2CO3溶液，800C，15分钟；酸浴为浓度40wt. %的HCl 溶液，80°C，15分钟，然后喷砂粗化处理；步骤二，在经过预处理的铜板基体表面采用HEPJet高效能超音速大气等离子喷涂一层厚80 100 μ m的Ni-5wt. % Al粘结层，喷涂参数为喷涂电压100V，喷涂电流350A， 主气Ar流量50sl/m，辅气H2流量5sl/m，喷枪移动速度700mm/s，送粉率30g/min，喷涂距离120mm ；Ni-5wt. % Al粉末具备与基体和陶瓷粉末的润湿性，且其晶格结构与基体相同， 热膨胀系数与基体和氧化锆接近；步骤三，在粘结涂层上喷涂一层厚260 300μπι的8wt. % Y2O3部分稳定 ZrO2(YPSZ)面层，喷涂参数为喷涂电压130V，喷涂电流400A，主气(Ar)流量80sl/m，辅气 (H2)本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种结晶器铜板表面超音速大气等离子喷涂氧化锆的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，对结晶器铜板基体进行表面预处理；步骤二，在经过预处理的基体表面喷涂粘结涂层；步骤三，在粘结涂层上喷涂氧化锆基面层；步骤四，对步骤三的产品在５００～５４０℃进行热处理０．５～５小时，将基体和涂层温度控制在基体再结晶温度以下。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨军，张建，韩志海，杨建峰，白宇，朱浪涛，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87
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