連鑄結晶器銅板表面微納米復合鍍層的制備及相關性能研究.pdf

1、結晶器作為連鑄機的“心臟”，是連鑄生產(chǎn)中非常重要的環(huán)節(jié)，但其工作環(huán)境也是異常惡劣。作為熱量傳遞的載體，它的外表面受到冷卻水激冷的影響，內表面又受到高溫鋼水的沖刷及凝固坯殼的高頻摩擦，很容易造成結晶器銅板產(chǎn)生變形、裂紋及磨損，進而導致失效。為了延長連鑄結晶器的服役壽命同時改善鑄坯質量，常常對結晶器銅板進行表面強化處理。在工業(yè)上，常采用在銅板表面電鍍一層鎳及鎳合金的方式進行強化，但即便如此，這種表面鍍層依然面臨著相對硬度較低，耐磨損性不足，

2、尤其是高溫機械性能差的特點。為進一步解決這一問題，本研究嘗試采用復合電鍍技術，在常規(guī)鍍鎳液中加入微納米級的顆粒，通過顆粒與陽極金屬的共沉積，以達到強化鍍層性能的效果，使其具有更強的硬度、耐磨性及耐高溫性能。本研究采用微納米復合電鍍技術在結晶器銅板基體表面制備出Ni/Al2O3復合鍍層，并對其制備工藝及相關性能進行系統(tǒng)的分析研究。
　　本研究主要內容包括：⑴以納米復合鍍層的顯微硬度為衡量指標，通過正交實驗和單因素實驗相結合的方式，確

3、定了制備高硬度 Ni/Al2O3納米復合鍍層的最優(yōu)工藝參數(shù)為：陰極電流密度為4A/dm2、鍍液溫度為50℃、鍍液pH值為4、鍍液中納米Al2O3的添加量為30g/L。在最優(yōu)工藝參數(shù)下制得的純 Ni鍍層與 Ni/Al2O3納米復合鍍層顯微硬度分別為214HV和376HV。⑵與純Ni鍍層相比，納米復合鍍層的晶粒組織更細小，表面更平整且無明顯凹陷或凸起，組織更致密，納米Al2O3彌散均勻的分布于鍍層基質金屬中。采用機械和超聲破碎相結合的分散方

4、式得到的納米復合鍍層中納米顆粒無明顯的團聚現(xiàn)象，分散較好。在最優(yōu)工藝參數(shù)下制得的納米復合鍍層的摩擦系數(shù)低于0.4，其磨損量也小于純Ni鍍層的1/2；Ni/Al2O3納米復合鍍層在3.5Wt.％的NaCl溶液中的浸泡腐蝕失重僅約為純Ni鍍層的1/4。⑶在最佳工藝參數(shù)下制得 Ni/Al2O3微米復合鍍層和納米復合鍍層，并對比分析其性能。與微米復合鍍層相比，Ni/Al2O3納米復合鍍層的性能明顯優(yōu)于微米復合鍍層，且復合的納米顆粒尺寸越小鍍層的

5、性能越好。⑷對Ni基復合鍍層進行熱處理，能改善其顯微結構，同時能提高其機械性能。Ni/Al2O3微米復合鍍層的硬度在200℃左右達到峰值，超過200℃以后，其硬度值下降；復合50nmAl2O3微粒的Ni/Al2O3納米復合鍍層的硬度在400℃左右達到峰值，超過400℃以后，其硬度值下降；復合30nmAl2O3微粒的Ni/Al2O3納米復合鍍層的硬度在500℃左右達到峰值，超過500℃以后，其硬度值有所下降。⑸在相同的熱處理溫度下，Ni/