【摘 要】
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结晶器是连铸生产过程中的重要装置。作为结晶器的重要组成部分的结晶器铜板,承受着极端的恶劣的工况,以至于产生磨损破坏,影响连铸生产效率。因此对结晶器铜板的表面进行强化具有十分重要的意义。本文首先使用超音速火焰喷涂在铜板上制备Ni基喷涂层,研究了真空高温扩散对喷涂层的组织与性能的影响。同时,采用激光熔覆工艺,以纯铜板为熔覆基体,Ni60和20%TiC的混合粉末作为涂层材料,制备了结晶器铜板的耐磨复合涂
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结晶器是连铸生产过程中的重要装置。作为结晶器的重要组成部分的结晶器铜板,承受着极端的恶劣的工况,以至于产生磨损破坏,影响连铸生产效率。因此对结晶器铜板的表面进行强化具有十分重要的意义。本文首先使用超音速火焰喷涂在铜板上制备Ni基喷涂层,研究了真空高温扩散对喷涂层的组织与性能的影响。同时,采用激光熔覆工艺,以纯铜板为熔覆基体,Ni60和20%TiC的混合粉末作为涂层材料,制备了结晶器铜板的耐磨复合涂层,并研究了不同含量ZrO2和AlN的加入对涂层耐磨和导热性能的改善。使用SEM、XRD、EDS、三维形貌仪、多功能摩擦磨损试验机、激光热导仪等对涂层的组织和性能进行表征分析。研究结果表明,真空高温扩散可以明显消除喷涂层存在的固有缺陷,使涂层组织均匀致密,改善涂层的耐磨和导热性能。通过对比发现,在扩散温度为1020℃时,高温扩散对涂层的改善效果最明显,过高的扩散温度则会使涂层晶粒粗大,降低耐磨损性能。适量ZrO2的加入可以改变涂层中的TiC的分布形态,使其由块状颗粒向树枝状枝晶和短棒状转变,并且对涂层组织中的微裂纹具有修复作用,从而提高涂层的显微硬度和耐磨性能。通过比较可以发现,在ZrO2含量为1%时,对涂层的改善效果最为明显,此时涂层的硬度最高,耐磨性能最好。当ZrO2含量过高时,会降低涂层组织的均匀性,使性能下降。在熔覆材料中加入AlN后可以发现,涂层的组织得到细化,均匀性提高。在熔覆过程中A1元素与涂层中的Ni、Ti结合,生成的NiAl相与TiC颗粒之间的结合状况良好,显著改善了涂层的显微硬度和耐磨性能。对比发现,当AlN的添加量在10%时,涂层硬度最高,耐磨性能最好。AlN含量过高时,NiAl相增多,涂层脆性增加,耐磨性能下降。AlN本身具有良好的导热性能,添加AlN后,涂层的导热性能得到明显提高。
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