鋁合金連鑄連軋用鋼帶ZrO2基陶瓷涂層的制備與性能研究.pdf

1、Hazelett連鑄連軋工藝具有節(jié)能降耗、生效效率高、流程短等優(yōu)點，Hazelett連鑄連軋生產(chǎn)設(shè)備的核心部位為鑄機，鑄機中由上下兩條鋼帶和金屬擋塊組成的動模在生產(chǎn)過程中對鋁合金液的冷卻以及鋁合金板帶質(zhì)量起著非常重要的作用，鋼帶表面的涂層不僅能夠有效防止鋼帶受熱不均勻而引起的扭曲變形，又能夠為鋁合金液提供一不濕表面。本文針對Hazelett鋼帶涂層使用壽命短、同時需要依賴國外進口，成本較高等問題展開研究，采用國內(nèi)設(shè)備制備出性能優(yōu)異的鋼帶

2、涂層，替代國外進口鋼帶，從而降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。
　　 本文通過對Hazelett鋼帶基體及涂層的研究，確定鋼帶制備工藝為等離子噴涂技術(shù)，涂層的陶瓷涂層成分為氧化鎂部分穩(wěn)定氧化鋯(MSZ)，金屬粘結(jié)層成分為鎳包鋁(Ni/Al)，同時對Hazelett涂層的粗糙度、抗熱震性能、抗氧化性能、結(jié)合強度、鋁合金液在涂層表面的鋪展性等進行了性能表征。首先采用等離子噴涂技術(shù)，相同的陶瓷層(MSZ)和金屬粘結(jié)層（Ni/Al）進行了涂層

3、制備實驗，并采用描電鏡、X射線衍射等手段對涂層的組織形貌及成分進行了分析，同時對比分析了MSZ涂層與Hazelett涂層的組織形貌和性能。為了進一步提高涂層性能，采用氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)作為陶瓷層，金屬粘結(jié)層不變，利用等離子噴涂技術(shù)進行了涂層制備實驗，同樣與Hazelett涂層的組織形貌和性能進行了對比分析，本文最后利用ANSYS軟件計算了YSZ涂層不同陶瓷層厚度對熱應(yīng)力的影響。得出的主要結(jié)論如下:
　　 (1) MS

4、Z涂層和YSZ涂層與Hazelett涂層具有相似的組織形貌，但是涂層表面較Hazelett涂層具有較多的部分熔化區(qū)域，部分熔化區(qū)域增加了涂層中的孔隙，一定的孔隙可以吸收熱震過程中產(chǎn)生的能量，降低應(yīng)力集中，減緩裂紋萌生和擴展，提高了涂層的抗熱震性能。
　　 (2) MSZ和YSZ涂層的粗糙度均高于Hazelett涂層，一定的粗糙度可以改善涂層與鋁合金液之間的傳熱條件，對鋁合金板帶質(zhì)量具有重要的影響。
　　 (3) MSZ涂

5、層與YSZ涂層的橫截面與Hazelett涂層相比，致密性較高，一方面可以有效阻擋外來氧化性氣氛對基體的氧化，另一方面可以提高涂層與基體的結(jié)合強度。
　　 (4) MSZ涂層的抗氧化性能明顯優(yōu)于Hazelett涂層的抗氧化性能;涂層失效前的熱震次數(shù)由Hazelett涂層的30次提高到58次，提高了93％以上;涂層的結(jié)合強度由Hazelett涂層的20.3MPa提高到23.9MPa，提高了17.8％。
　　 (5) YSZ涂

6、層的抗氧化性能優(yōu)于Hazelett涂層的抗氧化性能;涂層失效前的熱震次數(shù)由Hazelett涂層的30次提高到59次，大約提高了97％;涂層的結(jié)合強度由Hazelett涂層的20.3MPa提高到27.7MPa，提高了36.5％。
　　 (6)在相同基體和金屬粘結(jié)層厚度的條件下，在陶瓷層厚度由30um增加到90um過程中，殘余熱應(yīng)力中的橫向應(yīng)力、軸向應(yīng)力以及剪切應(yīng)力都逐漸增加，但是對橫向應(yīng)力和軸向應(yīng)力影響較大，對剪切應(yīng)力影響較小。<

7、br>　　 (7)在相同基體和金屬粘結(jié)層厚度的條件下，陶瓷層厚度在由50um增加到90um的過程中，對工作應(yīng)力的影響與殘余熱應(yīng)力具有相同的規(guī)律，不同之處在于涂層中的熱應(yīng)力由壓應(yīng)力向拉應(yīng)力發(fā)生轉(zhuǎn)變，而且相同陶瓷層厚度下，工作應(yīng)力遠遠大于殘余熱應(yīng)力。
　　 (8)鋁合金液在涂層上的鋪展性與涂層表面粗糙度存在一定的關(guān)系，涂層表面粗糙度越大，鋁液在涂層上的鋪展性越差。1235鋁合金在Hazelett涂層上的鋪展性最好，在YSZ涂層上較