表面处理

结晶器铜板电镀镍钴铁工艺研究

摘要：Ni-Cr, Ni—Fe。Ni-Co Ni-Co- Fe镀层在结晶器铜板上的开发应用，详细阐述以上四种镀层的优劣，同时对结晶器铜板电镀镍钴铁的优越性进行了详细的阐述。

关键词：铜板电镀镍钴铁工艺研究

Abstract: Ni - Cr, Ni, Fe. Ni, Co, Ni, Co, Fe plating in the development and application of mould copper plate, elaborate the above four kinds of coating, and the advantages of crystallizer copper plating nickel and cobalt iron in detail in this paper.

Keywords: copper plating nickel and cobalt iron technology was studied

引言：结晶器铜板在工作过程中由于长时间经受高温铁水的冲刷，存在较严重的摩擦和磨损，其损坏的主要形式是产生热裂纹、磨损和腐蚀；表面的局部损坏又往往造成整个部件失效，最终导致设备报废。据统计，一套结晶器的价格在7—120万元，我国冶会企业每年铜结晶器的消耗在2o亿元以上，是除了轧辊之外的第二大冶金耗材；而且铜及铜合金的资源紧缺，近期来价格又有不断上涨的趋势；因此提高结晶器铜板表面的耐磨性和耐热性是提高经济效益和生产效率的根本措施，具有很好的科学研究意义和实际应用价值。

1，结晶器铜板的表面处理

表面处理技术，即利用各种物理的、化学的或机械的工艺方,法使材料表面获得特殊的成分、组织结构与性能，以提高其耐磨抗蚀性能，延长其使用寿命的技术，也可称为表面加工等。常用的表面技术有：堆焊技术、熔结技术、电镀、电刷镀及化学镀技术、非金属镀技术、热喷涂技术、物理与化学气相沉积、化学热处

理、激光表面处理、电子束技术相变硬化、离子注入等。其中，利用电镀、热喷涂技术、

化学热处理强化结晶器铜板在国内或国外已经有所应用。

（1）电镀

在表面处理技术中，电镀是最有效的方法之一。电镀是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，在直流电的作用下，以被镀基体金属为阴极，以欲镀金属或其它惰性导体为阳极，通过电解作用，在基体表面上获得结合牢固的金属膜的表面工程技术。

目前，利用电镀强化的结晶器有单镀层铜板和复合镀层铜板。

单一镀层主要用铬或镍；

现已开发结晶器复合镀层铜板，如Ni—cr，Ni-Fe，Ni—Fe—w，Ni—Fe—co，Ni co，Ni—w 等效果很好。此外，还有Ni—w—P镀层等另外，为降低生产成本，优化我国冶金技术设备，国内已有人进行电镀镍及其合金的研究，其中，以铜铬锆为材质的结晶器电镀镍铁，镍钴，钴镍镀层已经在板坯连铸机获得应用。

电镀与其它表面处理技术相比，具有以下优点：

1)可以在形状复杂的零部件表面上获得合金镀层；

2)控制电镀液组分和工艺条件，可得到任意成分的合金镀层；

3)消耗能量低、方法简便、可规模生产；

4)易进行自动化控制。

但电镀与其它技术相比，存在以下缺点：

1)涂层与基材之间为物理结合而非冶金结合，在结晶器浇注时频繁的冷热疲劳、钢水及钢坯的冲击和摩擦经常引起涂层起皮剥落；

2)涂层内部存在电镀过程中形成的针孔、针状疏松等缺陷，降低涂层的抗氧化和磨损性能；

3)镀层硬度低，耐磨性差；工艺不好掌握，但Ni- Co –Fe镀层克服一些因素，完全达

到热喷涂的效果。

4)电镀铬属排污排废环境污染项目，属国家控制和逐步淘汰技术。

2．热喷涂

热喷涂是指将喷涂材料加热到熔融或半熔融状态，用高速气流将其雾化、加速，使其以高速喷射在lT件表面，形成喷涂层的一种金属表面加工方法。根据热源来分，热喷涂有4种基本方法：火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂和特种喷涂。

在国内，用热喷涂技术已经在铜合金上制造抗氧化涂层。而且，热喷涂技术在以紫铜为材质的高炉渣口中已形成牛产线，但在结晶器中应用还未见报道。在国外，已有文献报道在铜基体上超音速喷涂镍基合金；日本1996年就把热喷涂电镀镍的结晶器铜板技术申请了专利，而且后来开发的结晶器铜板热喷涂Ni．cr合金层技术，基本取代了电镀层。

热喷涂特点如下：1)焰流温度高，热量集中，能够熔化高熔点和高硬度的粉末材料；

2)喷涂后涂层平整、光滑，并可精确控制涂层厚度；

3)对工件表面的热影响区很小；

4)工艺规范稳定，容易操作。

但还存在以下缺点：热喷涂涂层是以机械结合为主。由于等离子喷涂工艺所制备的涂层表面粗糙度大，耐应变性差，从而影响高温工作时的热冲击性；而且，涂层中孔隙的存在可导致低温条件下涂层的失效，产生开裂及影响高温工作时的热障性和抗热腐蚀性。

3，传统Ni—Co合金电镀机理

电镀Ni—Co合金的技术关键是镀液配方、配制和工艺操作条件。这里采用的是以硫酸盐为主，同时加入少量氯离子的镀液，电镀在具有空气搅拌的“箱式”镀槽工位进行,或在电镀槽中进行。为便于调控Ni合金镀层的合金成分含量，配有CO盐槽和Ni盐槽，分别控制镀液中盐和CO盐含量，并采用混挂式阳极，即Ni阳极和Co阳极分开混挂，并具有可独立调节的

阳极电流密度的供电系统。

电镀Ni—Co合金的工艺流程如下：

拆下待修铜板一清洗一矫直一刨削加工一检查一磨光一镀前处理(手工脱脂等)一冲洗一绝缘处理一组装“箱式”镀槽一检查一碱性脱脂一上挂阳极一电解除油一卸挂一清洗一酸洗活化一清洗一上挂阳极一镀镍钴合金一回收镀液一清洗一卸挂一拆开“箱式”镀槽一去绝缘一铜板清洗一检查镀层一角棱磨光一镀面精加

工处理一镀面抛光一冲洗一检查一出厂。

4，结晶器铜板镀层的研究

铜板的使用寿命主要指标为铜板的耐磨性，其耐磨性增加，使用寿命也随之增加。为增加铜板耐磨性，近年来采用了在铜板表面镀层的方法。一种是镀Ni，如日本大分厂的弧形板坯连铸机，结晶器下端450mm之内镀Ni(结晶器长900mm)，Ni层最大厚为5mm，结晶器不调宽，铜板可6-8次，每次可使用2000～2500炉次。

另一种是三层复合电镀法，首先在铜板表面镀一层Cr，目的在于提高铜板内表面的光洁度，防止钢液凝固时出现粘挂现象，同时提高其表面的耐磨能力。但由于紫铜和铬的热膨胀系数相差较大，使用一段时间后，cr就开始剥离，使铸坯表面产生星裂等缺陷，因此，开发了在铜板表面镀Ni、Ni系合金和Cr的特殊复合镀法。Cu、Ni、Cr 3种材料的热膨胀系数分别为：0．165~l0～、0．167~10～、

0．084x 10 (1／℃)。Ni与Cu的热膨胀系数比较接近，可防止膨胀不均而剥离。第二层的Ni系合金为镍钴合金层，Ni系合金在600℃以下的温度范围内，硬度随温度升高而有增加的趋势，高温下耐磨性好。第三层为镀铬层。使用复合镀层比单独镀Ni铜板的寿命可提高5～7倍，比单独镀Cr提高约l0倍。