結(jié)晶器銅輥表面的改性方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種結(jié)晶器銅輥表面的改性方法，包括：對(duì)結(jié)晶器表面進(jìn)行機(jī)加工處理，去除結(jié)晶器表面的氧化層和缺陷；對(duì)結(jié)晶器的初始尺寸進(jìn)行檢測(cè)，確定結(jié)晶器表面的修復(fù)尺寸；對(duì)結(jié)晶器表面進(jìn)行鍍前預(yù)處理；在結(jié)晶器表面化學(xué)鍍單層鎳基合金，化學(xué)鍍所得鍍層為在厚度方向上各元素比例保持不變的均勻合金鍍層、或者元素比例漸變的梯度合金鍍層、或者摻雜納米級(jí)顆粒的復(fù)合鍍層；當(dāng)結(jié)晶器表面的鍍層厚度達(dá)到修復(fù)尺寸要求時(shí)，結(jié)束化學(xué)鍍，對(duì)鍍層進(jìn)行熱處理，并對(duì)結(jié)晶器表面進(jìn)行第二次機(jī)加工，使結(jié)晶器的尺寸滿足使用要求。本發(fā)明提供的結(jié)晶器銅輥表面的改性方法，使結(jié)晶器表面鍍層致密均勻、內(nèi)應(yīng)力低，與基體結(jié)合強(qiáng)度高，有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)結(jié)晶器本體的保護(hù)。
【專利說明】結(jié)晶器銅輥表面的改性方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于化學(xué)鍍的結(jié)晶器銅輥表面的改性方法。
【背景技術(shù)】
[0002]非晶或納米晶態(tài)合金制取的基本原理是急冷凝固，需滿足冷卻速度大于IO5?IO8oC /S。因此冷卻體就必須在長(zhǎng)時(shí)間澆注鋼水的條件下溫度不能不斷升高，表面能保持恒定的光潔度和幾何形狀。冷卻帶的移動(dòng)速度按照合金不同應(yīng)大于15?30m/s。非晶或納米晶結(jié)晶器的輥套要求其材質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)大，硬度高，并且該材料和欲制取的非晶態(tài)合金具有較好的浸潤(rùn)性。在非晶或納米晶合金制備的過程當(dāng)中，接觸鋼液的結(jié)晶器表面溫度約為600°C，而當(dāng)結(jié)晶器制備出非晶或納米晶合金后，其接觸鋼液的結(jié)晶器表面暴露于空氣之中，其表面溫度驟降至約200°C。結(jié)晶器也同樣連續(xù)處于冷熱交替的環(huán)境當(dāng)中。因此，結(jié)晶器表面應(yīng)具有良好的抗冷熱疲勞性能、良好的導(dǎo)熱性能、較好的機(jī)械強(qiáng)度以及較好的耐磨性和耐腐蝕性。
[0003]由于非晶或納米晶結(jié)晶器所處的工作環(huán)境比較惡劣，因此結(jié)晶器的本體銅材料作為直接工作面與鋼水進(jìn)行接觸進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，對(duì)結(jié)晶器本體會(huì)造成比較嚴(yán)重的破壞。因此在實(shí)際使用時(shí)，需要在其表面制作一層高性能的涂層，該涂層一方面可以調(diào)節(jié)結(jié)晶器的熱傳導(dǎo)系數(shù)，以使表面上的熱交替過程更加均勻高效，另一方面還可以對(duì)結(jié)晶器本體進(jìn)行保護(hù)，減輕澆鑄時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力對(duì)結(jié)晶器本體造成的損傷，從而延長(zhǎng)結(jié)晶器的使用壽命，降低了非晶或納米晶合金的生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中采用激光熔覆、噴涂、堆焊、電鍍、化學(xué)鍍等表面改性技術(shù)對(duì)結(jié)晶器表面進(jìn)行修復(fù)。但是，激光熔覆、熱噴涂、堆焊的方法會(huì)不可避免的帶來(lái)由于高溫引起的涂層材料及基體的物化性質(zhì)惡化、材料氧化、材料的高熱應(yīng)力、基體膨脹變形等問題。冷噴涂技術(shù)雖然可以避免由于高溫帶來(lái)的上述問題，但其涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度不佳，尤其在冷熱交替劇烈的非晶或納米晶合金生產(chǎn)過程中，更要求涂層與結(jié)晶器本體具有良好的結(jié)合強(qiáng)度。電鍍的方法具有良好的結(jié)合強(qiáng)度，但是其鍍層孔隙率較多，生產(chǎn)的非晶、納米晶帶材帶面質(zhì)量相對(duì)較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種結(jié)晶器銅輥表面的改性方法。經(jīng)過這種方法處理后的結(jié)晶器表面鍍層致密均勻、內(nèi)應(yīng)力低，與基體結(jié)合強(qiáng)度高，有效的提高銅輥的表面硬度、耐磨損性、高溫抗軟化性以及抗冷熱疲勞性能，減小鋼水對(duì)結(jié)晶器銅輥表面的腐蝕，實(shí)現(xiàn)了對(duì)非晶、納米晶結(jié)晶器本體的保護(hù)。
[0006]在第一方面，本發(fā)明提供了一種結(jié)晶器銅輥表面的改性方法，所述方法包括:
[0007]對(duì)結(jié)晶器表面進(jìn)行機(jī)加工處理，去除所述結(jié)晶器表面的氧化層和缺陷；
[0008]對(duì)所述結(jié)晶器的初始尺寸進(jìn)行檢測(cè)，確定結(jié)晶器表面的修復(fù)尺寸；[0009]對(duì)所述結(jié)晶器表面進(jìn)行鍍前預(yù)處理；
[0010]在所述結(jié)晶器表面化學(xué)鍍單層鎳基合金，化學(xué)鍍所得鍍層為在厚度方向上各元素比例保持不變的均勻合金鍍層、或者元素比例漸變的梯度合金鍍層、或者摻雜納米級(jí)顆粒的復(fù)合鍍層；其中，所述鎳基合金中鎳的含量為1%-100%，所述鎳基合金具體為二元鎳基合金、三元鎳基合金或者多元鎳基合金中的一種；所述梯度合金鍍層具體通過改變化學(xué)鍍液的濃度、溫度、PH值和攪拌強(qiáng)度來(lái)獲得，所述摻雜納米級(jí)顆粒的復(fù)合鍍層通過在鍍液中摻雜固體顆粒或纖維獲得；
[0011]當(dāng)所述結(jié)晶器表面的鍍層厚度達(dá)到修復(fù)尺寸要求時(shí)，結(jié)束化學(xué)鍍，對(duì)所述鍍層進(jìn)行熱處理，并對(duì)所述結(jié)晶器表面進(jìn)行第二次機(jī)加工，使所述結(jié)晶器的尺寸滿足使用要求。
[0012]優(yōu)選的，所述機(jī)加工的過程包括:車削、噴砂拉毛、修模。
[0013]優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑包括汽油、甲基乙基酮、丙酮、苯、溶劑石腦油、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯、三氯乙烷中的任意一種。
[0014]優(yōu)選的，所述酸浸蝕包括:化學(xué)酸浸蝕和電化學(xué)酸浸蝕；所述酸浸蝕采用的酸包括:鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸、醋酸、氫氟酸中的任意一種。
[0015]優(yōu)選的，所述二元鎳基合金包括:Ni_P合金或N1-B合金；所述三元鎳基合金為在所述二元鎳基合金中增加W、Mo、Fe、Cu、Ru、V、Cr、Sn、Zn、Re、Ag中的任意一種元素形成的合金；所屬多元合金為在所述二元鎳基合金中增加W、Mo、Fe、Cu、Ru、V、Cr、Sn、Zn、Re、Ag中的任意兩種或以上元素形成的合金。
[0016]優(yōu)選的，所述固體顆粒具體為:Al203、Cr203、Fe203、Ti02、Zr02、Th02、Si02、Ce02、Be02、MgO、CdO, SiC、TiC、WC、VC、ZrC, TaC, Cr3C2, B4C, BN、ZrB2, TiN、Si3N4' WSi2、PTFE, MoS2' WS2、CaF2、BaS04、SrS04、ZnS、CdS、TiH2、聚四氟乙烯、金剛石和石墨中的任意一種；所述纖維具體為:納米碳纖維或納米碳管。
[0017]優(yōu)選的，所述鍍前預(yù)處理包括:采用有機(jī)溶劑清洗、堿脫脂、電解脫脂、乳化劑脫月旨、超聲波脫脂、酸浸蝕及活化處理。
[0018]優(yōu)選的，在所述結(jié)晶器表面化學(xué)鍍單層鎳基合金之前，所述方法還包括，先在所述結(jié)晶器表面鍍一層純銀的預(yù)鍍層，所述預(yù)鍍層的厚度為0.005?5mm。
[0019]優(yōu)選的，所述對(duì)所述鍍層進(jìn)行熱處理具體為，對(duì)所述鍍層進(jìn)行烘箱加熱或者表面火焰強(qiáng)化。
[0020]優(yōu)選的，所述化學(xué)鍍的過程在臥式鍍槽或立式鍍槽中進(jìn)行。
[0021]本發(fā)明提供了一種結(jié)晶器銅輥表面的改性方法。經(jīng)過這種方法處理后的結(jié)晶器表面鍍層致密均勻、內(nèi)應(yīng)力低，與基體結(jié)合強(qiáng)度高。有效的提高銅輥的表面硬度、耐磨損性、高溫抗軟化性以及抗冷熱疲勞性能，減小鋼水對(duì)結(jié)晶器銅輥表面的腐蝕，實(shí)現(xiàn)了對(duì)非晶、納米晶結(jié)晶器本體的保護(hù)，達(dá)到延長(zhǎng)銅輥使用壽命，降低非晶、納米晶的生產(chǎn)成本，提高帶材產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的結(jié)晶器銅輥表面的修復(fù)方法流程圖；
[0023]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的結(jié)晶器銅輥表面化學(xué)鍍N1-P鍍層后制備的非晶帶材的XRD譜圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0024]下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0025]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的結(jié)晶器銅輥表面的修復(fù)方法流程圖，如圖1所示，所述方法包括:
[0026]步驟110，對(duì)結(jié)晶器表面進(jìn)行機(jī)加工處理，去除結(jié)晶器表面的氧化層和缺陷；
[0027]結(jié)晶器是指應(yīng)用于制造非晶或納米晶合金帶材的結(jié)晶器，其中，機(jī)加工的過程包括:車削、噴砂拉毛、修模等。
[0028]步驟120，對(duì)結(jié)晶器的初始尺寸進(jìn)行檢測(cè)，確定結(jié)晶器表面的修復(fù)尺寸；
[0029]具體的，采用測(cè)厚儀對(duì)結(jié)晶器的初始尺寸進(jìn)行檢測(cè)，獲得銅輥表面的平整度初始數(shù)據(jù)，根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)和所需的鍍層厚度確定結(jié)晶器表面的修復(fù)尺寸。
[0030]步驟130，對(duì)結(jié)晶器表面進(jìn)行鍍前預(yù)處理；
[0031]鍍前預(yù)處理包括采用有機(jī)溶劑清洗、堿脫脂、電解脫脂、乳化劑脫脂、超聲波脫脂、酸浸蝕及活化處理。
[0032]具體的，有機(jī)溶劑包括汽油、甲基乙基酮、丙酮、苯、溶劑石腦油、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯、三氯乙烷中的任意一種。
[0033]酸浸蝕包括化學(xué)酸浸蝕和電化學(xué)酸浸蝕；所述酸浸蝕采用的酸包括:鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸、醋酸、氫氟酸中的任意一種。
[0034]步驟140，在所述結(jié)晶器表面化學(xué)鍍單層鎳基合金，化學(xué)鍍所得鍍層為在厚度方向上各元素比例保持不變的均勻合金鍍層、或者元素比例漸變的梯度合金鍍層、或者摻雜納米級(jí)顆粒的復(fù)合鍍層；其中，所述鎳基合金中鎳的含量為1%?100%，所述鎳基合金具體為二元鎳基合金、三元鎳基合金或者多元鎳基合金中的一種；所述梯度合金鍍層具體通過改變化學(xué)鍍液的濃度、溫度、PH值和攪拌強(qiáng)度來(lái)獲得，所述摻雜納米級(jí)顆粒的復(fù)合鍍層通過在鍍液中摻雜固體顆?；蚶w維獲得；
[0035]其中，二元鎳基合金包括:Ni_P合金或N1-B合金；所述三元鎳基合金為在所述二元鎳基合金中增加W、Mo、Fe、Cu、Ru、V、Cr、Sn、Zn、Re、Ag中的任意一種元素形成的合金；所屬多元合金為在所述二元鎳基合金中增加W、Mo、Fe、Cu、Ru、V、Cr、Sn、Zn、Re、Ag中的任意兩種或以上元素形成的合金。
[0036]固體顆粒具體為:A1203>Cr2O3> Fe2O3' TiO2' ZrO2, ThO2' SiO2, CeO2, BeO2' MgO、CdO,SiC、TiC、WC、VC、ZrC、TaC、Cr3C2、B4C、BN、ZrB2、TiN、Si3N4、WSi2、PTFE、MoS2、WS2、CaF2、BaS04、SrSO4, ZnS, CdS, TiH2、聚四氟乙烯、金剛石和石墨中的任意一種；
[0037]纖維具體為:納米碳纖維或納米碳管。
[0038]步驟150，當(dāng)所述結(jié)晶器表面的鍍層厚度達(dá)到修復(fù)尺寸要求時(shí)，結(jié)束化學(xué)鍍，對(duì)所述鍍層進(jìn)行熱處理，并對(duì)所述結(jié)晶器表面進(jìn)行第二次機(jī)加工，使所述結(jié)晶器的尺寸滿足使用要求。
[0039]其中，對(duì)鍍層進(jìn)行熱處理可以是對(duì)鍍層進(jìn)行烘箱加熱或者表面火焰強(qiáng)化。
[0040]通常的，修復(fù)尺寸都會(huì)大于最終需要的尺寸，以便于為第二次機(jī)加工留出余量。二次機(jī)加工的目的是為了對(duì)鍍層進(jìn)行修復(fù)，使之在表面各處的厚度一致性更好，更均勻。在第二次機(jī)加工后的結(jié)晶器的尺寸能夠滿足使用要求。[0041]優(yōu)選的，在結(jié)晶器表面化學(xué)鍍單層鎳基合金之前，還可以先在結(jié)晶器表面鍍一層純銀的預(yù)鍍層，預(yù)鍍層的厚度控制在0.005~5_。然后再對(duì)結(jié)晶器表面化學(xué)鍍單層鎳基合金，最后在結(jié)晶器表面最外鍍層再電鍍一層鉻，使結(jié)晶器表面形成多層鍍層。采用預(yù)鍍層的工藝可以提聞鍛層與結(jié)晶器基體的結(jié)合力。
[0042]本發(fā)明實(shí)施例一提供的結(jié)晶器銅輥表面的改性方法，通過在結(jié)晶器表面化學(xué)鍍單層鎳基合金，使經(jīng)過這種方法處理后的結(jié)晶器表面鍍層致密均勻、內(nèi)應(yīng)力低，與基體結(jié)合強(qiáng)度高。有效的提高銅輥的表面硬度、耐磨損性、高溫抗軟化性以及抗冷熱疲勞性能，減小鋼水對(duì)結(jié)晶器銅輥表面的腐蝕，實(shí)現(xiàn)了對(duì)非晶、納米晶結(jié)晶器本體的保護(hù)，達(dá)到延長(zhǎng)銅輥使用壽命，降低非晶、納米晶的生產(chǎn)成本，提高帶材產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率的目的。
[0043]下面以實(shí)施例二至實(shí)施例八的具體的實(shí)例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0044]實(shí)施例二
[0045]本實(shí)施例所采用的結(jié)晶器銅輥表面的改性方法包括如下步驟:
[0046]1、對(duì)結(jié)晶器銅輥表面進(jìn)行機(jī)加工處理，去除表面氧化層和缺陷部位。
[0047]2、使用酒精清洗基體表面的油污和金屬渣屑，然后用清水進(jìn)行清洗。
[0048]3、使用化學(xué)用常規(guī)堿性脫脂溶劑擦拭基體表面，溶液溫度為50°C左右，然后清水進(jìn)行清洗。
[0049]4、對(duì)結(jié)晶器銅輥表面進(jìn)行電解除油，結(jié)晶器浸于除油液中，除油溫度為75°C，電流密度4.5A/dm2,處理時(shí)間為4分鐘，然后吊出，用清水沖洗。
[0050]5、使用15%的稀鹽酸對(duì)結(jié)`晶器銅輥表面進(jìn)行活化處理，浸蝕時(shí)間為I分鐘，然后用清水沖洗。
[0051]6、對(duì)結(jié)晶器表面化學(xué)鍍N1-P合金，鍍液溫度為85°C，pH為9_10，鍍液采用空氣攪拌，所得N1-P鍍層中P的質(zhì)量比約為7%，采用臥式化學(xué)鍍槽，結(jié)晶器轉(zhuǎn)速為4轉(zhuǎn)/分鐘，化學(xué)鍍液組成配比如表1所示。
[0052]
【權(quán)利要求】
1.一種結(jié)晶器銅輥表面的改性方法，其特征在于，所述方法包括: 對(duì)結(jié)晶器表面進(jìn)行機(jī)加工處理，去除所述結(jié)晶器表面的氧化層和缺陷； 對(duì)所述結(jié)晶器的初始尺寸進(jìn)行檢測(cè)，確定結(jié)晶器表面的修復(fù)尺寸； 對(duì)所述結(jié)晶器表面進(jìn)行鍍前預(yù)處理； 在所述結(jié)晶器表面化學(xué)鍍單層鎳基合金，化學(xué)鍍所得鍍層為在厚度方向上各元素比例保持不變的均勻合金鍍層、或者元素比例漸變的梯度合金鍍層、或者摻雜納米級(jí)顆粒的復(fù)合鍍層；其中，所述鎳基合金中鎳的含量為1%?100%,所述鎳基合金具體為二元鎳基合金、三元鎳基合金或者多元鎳基合金中的一種；所述梯度合金鍍層具體通過改變化學(xué)鍍液的濃度、溫度、PH值和攪拌強(qiáng)度來(lái)獲得，所述摻雜納米級(jí)顆粒的復(fù)合鍍層通過在鍍液中摻雜固體顆粒或纖維獲得； 當(dāng)所述結(jié)晶器表面的鍍層厚度達(dá)到修復(fù)尺寸要求時(shí)，結(jié)束化學(xué)鍍，對(duì)所述鍍層進(jìn)行熱處理，并對(duì)所述結(jié)晶器表面進(jìn)行第二次機(jī)加工，使所述結(jié)晶器的尺寸滿足使用要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述機(jī)加工的過程包括:車削、噴砂拉毛、修模。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑包括汽油、甲基乙基酮、丙酮、苯、溶劑石腦油、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯、三氯乙烷中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸浸蝕包括:化學(xué)酸浸蝕和電化學(xué)酸浸蝕；所述酸浸蝕采用的酸包括:鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸、醋酸、氫氟酸中的任意一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述二元鎳基合金包括=N1-P合金或N1-B合金；所述三元鎳基合金為在所述二元鎳基合金中增加W、Mo、Fe、Cu、Ru、V、Cr、Sn、Zn、Re、Ag中的任意一種元素形成的合金；所屬多元合金為在所述二元鎳基合金中增加W、Mo、Fe、Cu、Ru、V、Cr、Sn、Zn、Re、Ag中的任意兩種或以上元素形成的合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述固體顆粒具體為:Al203、Cr203、Fe203、TiO2' ZrO2, ThO2' SiO2, CeO2, BeO2' MgO、CdO, SiC、TiC、WC、VC、ZrC, TaC, Cr3C2' B4C、BN、ZrB2,TiN、Si3N4' WSi2、PTFE, MoS2' WS2、CaF2' BaSO4' SrSO4, ZnS, CdS, TiH2、聚四氟乙烯、金剛石和石墨中的任意一種；所述纖維具體為:納米碳纖維或納米碳管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鍍前預(yù)處理包括:采用有機(jī)溶劑清洗、堿脫脂、電解脫脂、乳化劑脫脂、超聲波脫脂、酸浸蝕及活化處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述結(jié)晶器表面化學(xué)鍍單層鎳基合金之前，所述方法還包括，先在所述結(jié)晶器表面鍍一層純銀的預(yù)鍍層，所述預(yù)鍍層的厚度為0.005 ?5mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對(duì)所述鍍層進(jìn)行熱處理具體為，對(duì)所述鍍層進(jìn)行烘箱加熱或者表面火焰強(qiáng)化。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述化學(xué)鍍的過程在臥式鍍槽或立式鍍槽中進(jìn)行。
【文檔編號(hào)】C23C18/32GK103481025SQ201310382683
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】龐靖, 宋安康, 李曉雨, 張雪松 申請(qǐng)人:青島云路新能源科技有限公司