结晶器CuCrZr铜板表面超音速等离子喷涂Cr2O3-TiO2涂层的组织与性能

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结晶器是连铸生产的核心装置，被誉为连铸的“心脏”，结晶器铜板作为结晶器的重要组成部分，既要承受高温钢水的热负荷和热蚀，又要承受钢坯运动而产生的磨损和应力。在如此严酷的服役条件下，结晶器铜板极易发生磨损、热蚀、热裂和变形，从而影响结晶器的寿命和铸坯质量。因此，结晶器铜板表面处理一直是钢铁冶金领域研究的重要课题。
　　本文采用高效能超音速大气等离子喷涂技术，在连铸结晶器CuCrZr铜板表面制备 Cr2O3-TiO2/CoNiCrAlY复合涂层。利用X射线衍射仪和扫描电镜表征Cr2O3-TiO2团聚复合粉末及复合涂层的物相及显微组织；借助SprayWatch-2i型在线监测系统，研究不同喷涂工艺参数对飞行粒子温度速度影响规律，并观察扁平粒子形貌；通过正交试验优化喷涂工艺参数来降低涂层的孔隙率和提高涂层的显微硬度；采用拉伸试验及热震试验分别评价涂层的结合强度及抗热震性能；采用TC3000系列导热系数仪和摩擦磨损试验机分别测试Cr2O3-TiO2涂层和Ni-Co镀层的导热性能及耐磨性能，并进一步分析磨损机理。
　　研究结果表明：
　　(1)超音速等离子射流中飞行粒子速度与温度随着喷涂功率、喷涂距离及送粉率的逐渐增大呈现出先上升后下降的现象。在相同的喷涂条件下，当喷涂距离为100mm时，扁平粒子熔融更为充分，此处铺展程度更大，形貌为圆盘状。
　　(2) Cr2O3-TiO2复合涂层综合性能受工艺参数影响的主次顺序依次为：喷涂功率、主气流量、送粉率、喷涂距离；最佳工艺参数为喷涂功率64kW，主气流量70SLPM，送粉率35g.min-1，喷涂距离100mm。采用最优喷涂工艺参数制备的涂层的孔隙率平均值为1.36％，显微硬度平均值为1573HV0.3。
　　(3) Cr2O3-TiO2复合涂层的表面形貌主要是由完全熔化区和部分熔化区组成的双态组织。涂层的断口形貌为片层状结构，涂层截面呈典型的波浪式层状结构且涂层中间镶嵌有细小球形孔隙和细微裂纹存在。
　　(4) Cr2O3-TiO2复合涂层的结合强度平均值为31.1MPa，主要以机械结合为主并伴有少量的微冶金结合；涂层导热系数平均值为1.41 W/m·K，与Ni-Co镀层的导热系数1.73W/m·K相比稍差，但依然满足使用要求。
　　(5) Cr2O3-TiO2复合涂层表现出良好的抗热震性能。在450℃、600℃及750℃的温度下，从涂层裂纹产生到涂层失效，子弹型试样分别经历了123次、57次和27次，硬币型试样分别经历了133次、52次和40次。
　　(6) Cr2O3-TiO2复合涂层整体表现出优异的耐磨性能。涂层的磨痕宽度为354.8μm、磨损体积为21.75×10-9 m3及摩擦因数为0.40，相比于 CuCrZr基体和Ni-Co镀层均为最小。涂层磨损机制以磨粒磨损为主并伴有轻微的黏着磨损。

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作者
牛永辉;
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作者单位

西安建筑科技大学;

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授予单位西安建筑科技大学;
学科钢铁冶金
授予学位硕士
导师姓名杨军;
年度 2015
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类连续铸钢设备;喷镀法;
关键词
结晶器铜板; 表面处理; 超音速等离子喷涂; Cr2O3-TiO2复合涂层; 性能表征; 显微组织;

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