Способ нанесения двухслойного гальванического покрытия на медные гильзы и плиты кристаллизаторов

008676 Изобретение относится к области металлургии, в частности к машинам непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), а точнее к технологии нанесения защитного покрытия при изготовлении плит и гильз кристаллизаторов. Сущность изобретения - нанесение электрохимическим методом двухслойного покрытия на рабочую поверхность плит и гильз, используя один слой (никель) как смягчающую подложку под износостойкий рабочий слой (хром). Существуют различные варианты и способы нанесения защитных покрытий: однослойные и многослойные, наносимые электрохимическим способом, напылением, накаткой. К наносимым покрытиям должны предъявляться определенные требования: высокая износостойкость и твердость, незначительная смазываемость жидкой сталью, высокая адгезия покрытий с медной основой, способность обеспечить достаточный теплоотвод и по возможности небольшую разницу в коэффициентах теплового расширения покрытий и основы. Известен способ [1] нанесения защитного покрытия, имеющего два и три слоя. Промежуточный слой Ni-(Co) и рабочий слой (или два слоя) Ni(Co)P(3-20%)-Cr или Ni-Co-B (2-15%). Недостатком нанесения данных покрытий является высокая стоимость процесса нанесения покрытий, включающая высокую стоимость необходимых реактивов, повышенный контроль состояния электролитов, дополнительные затраты для подготовки нанесения покрытия. Недостаток покрытий Ni(Co)P-(Cr), Ni(Co)B-(Cr) в том, что они обладают низкими теплопроводностью, коэффициентом теплового расширения и узким спектром рабочих температур. В качестве прототипа принят способ [2] нанесения защитного покрытия. Покрытие выполняется однослойным Ni(Co) и двухслойным Ni(Со)-В (0,05-1,5%). Долговечность и износостойкость покрытия получаемого при использовании данного изобретения не очень высокая. Поэтому для повышения износостойкости в два раза (до 300 плавок при скорости 1,9 м/мин) применен метод конусообразного и ступенчатого нанесения покрытия различной конфигурации. Толщина данного покрытия составляет в верхней части кристаллизатора от 50 до 200 мкм и в нижней от 200 до 1000 мкм. Технологический процесс нанесения защитного покрытия на медную поверхность кристаллизатора включает следующие операции: промывка водой, 50% раствором соляной кислоты, 3% раствором сульфаминовой кислоты; электрохимическое покрытие в ванне Ni(Co)-B электролите следующего состава: Сульфат никеля 250 г/дм 3 Хлорид никеля 20 г/дм 3 Борная кислота 30 г/дм 3 Диметиламинборан 0,1 г/дм 3 при температуре 40-45 С, показателе рН 4,0 и плотности тока 1-3 А/дм 2. Время нанесения покрытия зависит от толщины покрытия, которое необходимо получить. Процесс идет с постепенным уменьшением уровня электролита в гальванической ванне для образования конусности покрытия. Применен метод конусообразного и ступенчатого нанесения покрытия различной конфигурации. Недостаток прототипа в том, что усложнен процесс изготовления кристаллизаторов, что приводит к дополнительным затратам. Причем толщина наносимого покрытия влияет на теплоотвод, что может привести к термической деформации кристаллизатора, снижению стойкости и образованию поверхностных дефектов при разливке заготовок. Поэтому требуется для изготовления кристаллизаторов применять медные сплавы, содержащие серебро для увеличения температуры рекристаллизации. При этом стоимость процесса нанесения покрытия увеличивается. Задача, решаемая изобретением, состоит в разработке создания защитного покрытия, обеспечивающего высокую износостойкость и твердость покрытия, увеличении срока службы кристаллизаторов и повышении качества разливаемых заготовок. Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в получении защитного покрытия, обеспечивающего улучшенную смазываемость поверхности жидкой сталью, высокую адгезию покрытия с медной основой, разницу в коэффициентах теплового расширения покрытий и основы в процессе эксплуатации кристаллизаторов, снижение термической деформации кристаллизаторов в процессе эксплуатации, увеличение стойкости плит и гильз кристаллизаторов. Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что способ электрохимического нанесения двухслойного защитного покрытия включает следующие операции: промывку поверхности изделия и двухслойное электрохимическое покрытие в ванне с электролитами. По изобретению перед нанесением покрытия изделия предварительно обрабатывают в электролите, содержащем гидроксид натрия концентрации 170-230 г/дм 3, при температуре 18-20 С и плотности тока от 3 до 10 А/дм 2, затем производят промывку поверхности изделия моющими средствами, пемзой, растворителем и подготовительную операцию промывания 10% раствором соляной кислоты и 4% раствором сульфаминовой кислоты, а электрохимическое покрытие наносят в два слоя: сначала осуществляют электрохимическое никелирование в сульфаматном электролите следующего состава:-1 008676 Сульфамат никеля 370-470 г/дм 3 Бромид никеля 2-4 г/дм 3 Борная кислота 20-30 г/дм 3 Примеси железа Не более 0,1 г/дм 3 при показателе рН 2,8-3,2, температуре 50-60 С и плотности тока 0,5-2,5 А/дм 2. Для получения покрытия толщиной 845 мкм процесс длится в течение 33,5-34,5 ч. Для получения покрытия толщиной 35-40 мкм процесс длится в течение 2,5-3 ч. Затем производят промывку поверхности моющим средством, пемзой, кальцинированной содой и растворителем, наносят второй слой покрытия электрохимическим хромированием в стандартном электролите следующего состава: Хромовый ангидрид 230-270 г/дм 3 Серная кислота 2,3-2,7 г/дм 3 Хром Не более 7 г/дм 3 Хлориды Не более 5 г/дм 3 Сульфаты Не более 2,7 г/дм 3 Железо Не более 18 г/дм 3 при температуре 50-60 С и плотности тока 20-50 А/ дм 2 на толщину слоя покрытия от 60 до 100 мкм в течение 5-6 ч. За счет высокой износостойкости Сr и его хороших свойств трения, толщина наносимого слоя Сr лежит в диапазоне, обеспечивающем лучшее соотношение износостойкости и теплопроводности. Отрицательная сторона при нанесении Сr - плохое сцепление с Сu - решается с помощью промежуточного слоя Ni, который имеет хорошую теплопроводность и несет функцию износостойкости. Основное требование при нанесении покрытия - равномерная толщина Ni подложки на медной основе кристаллизаторов и защитного слоя Сr, которые должны составлять на плитах: слой никеля (Ni) - 845 мкм, слой хрома (Сr) - 60-100 мкм; на гильзах: слой никеля (Ni) - 35-40 мкм, слой хрома (Сr) - 60-65 мкм. Пример конкретного использования. Способ опробован на Республиканском унитарном предприятии Белорусский металлургический завод в ремонтно-механическом цехе и проведены испытания кристаллизаторов с новым защитным покрытием на МНЛЗ-1, 2, 3 в электротросталеплавильных цехах 1 и 2. При осуществлении технологического процесса нанесения двухслойного защитного покрытия на медную поверхность кристаллизатора производили следующие операции: предварительную обработку в электролите: гидрооксид натрия 170-230 г/дм 3 при температуре 18-20 С и плотности тока 10 А/дм 2. Промывали поверхность моющим средством, пемзой и растворителем. Осуществляли подготовительную операцию промывания 10% раствором соляной кислоты и 4% сульфаминовой кислоты. Затем проводили электрохимическое никелирование в сульфаматном электролите: Сульфамат никеля 370-470 г/дм 3 Бромид никеля 2-4 г/дм 3 Борная кислота 20-30 г/дм 3 Примеси железа Не более 0,1 г/дм 3 при показателе рН 2,8-3,2, температуре 50-60 С и плотности тока 0,5-2,5 А/дм 2. Для плит на толщину защитного слоя 845 мкм время нанесения покрытия 33,5-34,5 ч, для гильз на толщину слоя 35-40 мкм время нанесения покрытия 2,5-3 ч. Затем поверхность промывали моющим средством, пемзой, кальцинированной содой и растворителем и проводили электрохимическое хромирование в стандартном электролите: Хромовый ангидрид 230-270 г/дм 3 Серная кислота 2,3-2,7 г/дм 3 Хром Не более 7 г/дм 3 Хлориды Не более 5 г/дм 3 Сульфаты Не более 2,7 г/дм 3 Железо Не более 18 г/дм 3 при температуре 50-60 С, плотности тока 20-50 А/дм 2. Для плит нанесение защитного покрытия на толщину слоя 60-100 мкм осуществляли в течение 5-6 ч и для гильз кристаллизаторов на толщину слоя 60-65 мкм - в течение 5-6 ч. Использование технологического процесса электрохимического нанесения двухслойного защитного покрытия позволяет: 1) при эксплуатации кристаллизаторов увеличить износостойкость, получить необходимую теплопроводность, уменьшить термическую деформацию плит и гильз кристаллизаторов и будет способствовать уменьшению количества поверхностных дефектов, улучшению макроструктуры отливаемой заготовки и повышению ее качества,2) увеличить стойкость гильз кристаллизаторов в среднем с 250 до 500 плавок (в два раза) при ско-2 008676 рости разливки до 3,5 м/мин, стойкость плит кристаллизаторов сохранить на уровне 700 плавок, но при этом исключить использование дорогостоящей меди с добавкой серебра,3) сократить потребность в гильзах и плитах кристаллизаторов. Источники информации 1. JP 40341/1980. 2. ЕР 0383934 А 1, 03.02.90 (прототип). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ нанесения двухслойного гальванического покрытия на медные изделия, представляющие собой гильзы или плиты кристаллизаторов, включающий следующие операции: промывку поверхности изделия и формирование двухслойного электрохимического покрытия, отличающийся тем, что изделие предварительно обрабатывают в электролите, содержащем гидроксид натрия концентрации 170-230 г/дм 3 при температуре 18-20 С и плотности тока от 3 до 10 А/дм 2, затем производят промывку поверхности изделия моющими средствами, пемзой, растворителем, далее осуществляют подготовительную операцию промывания 10% раствором соляной кислоты и 4% раствором сульфаминовой кислоты, после чего наносят в два слоя электрохимическое покрытие: сначала осуществляют электрохимическое никелирование в сульфаматном электролите следующего состава: Сульфамат никеля 370-470 г/дм 3 Бромид никеля 2-4 г/дм 3 Борная кислота 20-30 г/дм 3 Примеси железа Не более 0,1 г/дм 3 при показателе рН 2,8-3,2, температуре 50-60 С и плотности тока 0,5-2,5 А/дм 2, причем при толщине слоя покрытия 845 мкм процесс ведут в течение 33,5-34,5 ч, а при толщине слоя покрытия 35-40 мкм от 2,5 до 3 ч, а затем производят промывку поверхности моющим средством, пемзой, кальцинированной содой и растворителем и наносят второй слой покрытия электрохимическим хромированием в стандартном электролите следующего состава: Хромовый ангидрид 230-270 г/дм 3 Серная кислота 2,3-2,7 г/дм 3 Хром Не более 7 г/дм 3 Хлориды Не более 5 г/дм 3 Сульфаты Не более 2,7 г/дм 3 Железо Не более 18 г/дм 3 при температуре 50-60 С и плотности тока 20-50 А/дм 2 на толщину слоя покрытия от 60 до 100 мкм в течение 5-6 ч.