結(jié)晶器銅板表面超音速等離子噴涂制備氧化鋯涂層的基礎(chǔ)研究.pdf

1、鋼鐵冶金中結(jié)晶器被稱為連鑄的心臟,其性能的穩(wěn)定性和壽命會對鑄坯質(zhì)量、生產(chǎn)效率及成本起到至關(guān)重要的作用。研究及實際應(yīng)用表明,連鑄機(jī)結(jié)晶器的主要失效形式為彎月面處的熱裂紋、熱變形和下部的摩擦磨損,此外高溫氧化、化學(xué)腐蝕、氣蝕及在線調(diào)寬引起的劃傷也在不同程度加速了結(jié)晶器的失效。統(tǒng)計資料顯示,全國主要鋼鐵企業(yè)每年連鑄結(jié)晶器更換及維修費用為20億人民幣,而結(jié)晶器損壞形式主要是銅板磨損。因此,研制長壽命結(jié)晶器成為提高鑄坯質(zhì)量、降低成本、提高連鑄機(jī)裝

2、備水平的關(guān)鍵技術(shù)。
　　等離子噴涂是利用陰陽極之間產(chǎn)生的非轉(zhuǎn)移弧加熱并電離工作氣體來熔化噴涂材料,將其從噴嘴噴出形成等離子射流撞擊粘附基體上成為涂層。等離子噴涂可以使基體表面具有耐磨、耐腐蝕、耐高溫氧化、電絕緣、隔熱、防輻射等性能,是應(yīng)用最廣泛的材料表面強(qiáng)化和表面改性技術(shù)之一,現(xiàn)已成功用于飛行器、汽輪機(jī)、海洋鉆井、冶金、礦業(yè)及核能等重要領(lǐng)域。
　　為了研制一種耐高溫耐磨的結(jié)晶器復(fù)合材料,本文利用高效能超音速大氣等離子噴涂設(shè)備

3、(HEPJet-high efficiency supersonic atmosphere plasma spray system)在純銅板 T3表面制備了8％氧化釔部分穩(wěn)定的氧化鋯-鈷鎳鉻鋁釔(8YPSZ-CoNiCrAlY)涂層;利用X射線衍射儀、掃描電鏡、彩色3D激光顯微鏡和圖形軟件對制備的涂層物相組成、顯微組織、表面粗糙度和孔隙率分別進(jìn)行了表征;采用拉伸試驗、熱震試驗和摩擦磨損試驗分別測定了涂層試樣的結(jié)合強(qiáng)度、抗熱震性能和耐磨損

4、性能;并研究了等離子噴涂工藝參數(shù)(噴涂功率、輔氣流量、和送粉率等)對涂層試樣顯微硬度、孔隙率和表面粗糙度的影響。
　　研究表明:
　　(1)涂層試樣的相組成全部為非擴(kuò)散相變的四方相,表面形貌為良好熔化區(qū)和部分熔化區(qū)組成的雙態(tài)組織,表面粗糙度為6.475μm;斷口形貌為典型的片層狀組織,片層內(nèi)為緊密生長的大致垂直于基體表面的柱狀晶,柱狀晶尺寸為2-5μm,其間也存在一定量未熔化的松散組織;截面組織并非典型波浪形的層狀組織,而是

5、具有較好的整體性,其中可見少量微裂紋和細(xì)小的球形孔隙,孔隙率為1.2%。
　　(2)涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度平均值為32MPa,高于目前使用的電鍍層的結(jié)合強(qiáng)度。
　　(3)從500℃、650℃和800℃到室溫的熱震試驗結(jié)果表明制備的涂層在分別經(jīng)歷135、58和28周次熱震循環(huán)后表面才失效,其主要原因為涂層試樣頂部厚度較大,而且涂層半球頂部在冷熱循環(huán)過程中所受的熱應(yīng)力較大;但是涂層試樣失效后,其主體部分未發(fā)現(xiàn)宏觀裂紋,表面微裂紋停

6、留在粘結(jié)層上方,其裂紋比隨溫度的升高而增大。
　　(4)室溫干摩擦磨損試驗表明涂層與GCr15對磨時摩擦系數(shù)時在0.42-0.50之間穩(wěn)定變化,而且其磨損體積僅為719.7×10-6mm3,其磨損機(jī)理主要為配副GCr15的磨損;與剛玉球?qū)δr其平均磨痕寬度為3638.8μm,摩擦系數(shù)在0.50-0.60之間,磨損體積為12550.8×10-6mm3,其磨損機(jī)理主要為脆性斷裂引發(fā)的磨粒磨損;化學(xué)硬化提高了涂層試樣的硬度及其耐磨性能,