结晶器铬锆铜表面超音速等离子喷涂镍铬-碳化铬涂层的研究
崔 庭
中国知网
摘 要
随着钢铁工业生产水平的不断进步，连铸连轧生产工艺的应用也越来越广泛，作为该工艺的核心部件，结晶器的质量直接影响到连铸机作业率及铸坯质量，因此，对结晶器铜板的表面性能提出了更高的要求。未经任何表面处理的结晶器使用寿命较短，为提高结晶器CuCrZr板的使用寿命，本文采用超音速等离子喷涂的方法在CuCrZr合金表面制备了 Cr3C2-NiCr 涂层、NiAl 涂层及 NiAl/Cr3C2-NiCr 复合涂层。
在涂层制备过程中对超音速等离子喷涂工艺参数进行了正交优化，结果发现：采用正交优化后的参数进行喷涂，获得的 Cr3C2-NiCr 涂层结合强度可达 55.85MPa，NiAl涂层的结合强度高达 65MPa，NiAl/Cr3C2-NiCr 复合涂层的结合强度可达 49MPa。
借助 SEM、EDS、XRD 等检测手段对 Cr3C2-NiCr 涂层、 NiAl 涂层及NiAl/Cr3C2-NiCr 复合涂层的微观组织、元素分布及相组成进行了分析，发现正交优化后涂层孔隙率下降，涂层与基体间界面结合质量提高；Cr3C2-NiCr 涂层与 CuCrZr 基体间结合方式为机械结合，NiAl 涂层与 CuCrZr 基体间结合方式以机械结合为主，部分区域发生了微冶金结合；Cr3C2-NiCr 涂层中存在大量的 Cr3C2、Cr23C6、Cr7C3及 NiCr相，保证了涂层具有良好的耐磨、耐蚀性，NiAl 涂层中除了原有的 Ni、Al 两相外，还包含 Al4Ni3，Al3Ni2，AlNi3、NiAl 等金属间化合物，在 Ni、Al 发生反应的同时放出的热量有利于 NiAl 粉末的熔化。
对 Cr3C2-NiCr 涂层、NiAl/Cr3C2-NiCr 复合涂层热震性能进行的研究表明：NiAl底层的存在有效的减小了 Cr3C2-NiCr 涂层与 CuCrZr 基体间因热膨胀系数差异而引起的热失配应力，提高了涂层的热震寿命。
对 Cr3C2-NiCr 涂层截面的显微硬度分布规律进行研究后发现，Cr3C2-NiCr 涂层的显微硬度虽存在较大的分散性，但其硬度分布仍服从正态分布，且涂层的硬度处于较高水平，可有效提高 CuCrZr 基体的耐磨性。
此外，还采用了超声冲击的方法对 Cr3C2-NiCr 涂层进行了处理，经超声冲击处理后的 Cr3C2-NiCr 涂层致密度、热震寿命及显微硬度均得到了提高。
关键词：超音速等离子喷涂；CuCrZr 合金；Cr3C2-NiCr 涂层；正交试验；超声冲击处理
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