一种铜表面功能材料及制备方法

摘要

一种铜表面功能材料及制备方法，属冶金材料技术领域，用于现有铜合金以及铜表面功能材料不适于工作于高炉风口、结晶器等恶劣工矿环境问题。特别之处是：它以金属Cu为基体，材料最外层为SiC，其Cu与SiC之间为Si含量逐渐升高的Cu-Si梯度分布层。本发明方法由配制熔盐、电解制备Cu-Si梯度层、Cu-Si梯度层表面SiC的形成、材料冷却等步骤组成。本发明Cu表面功能材料的铜硅梯度层厚度约200μm～300μm，SiC层厚度约20μm～35μm。经检验，所述材料抗热震性能较好，在铜基体一侧水冷、表面功能材料一侧在1600℃高温环境下工作，体现出良好的抗氧化性、硬度、抗铁液和熔渣腐蚀性，性能特点接近于SiC材料。该材料适合用于高炉风口、连铸结晶器工况条件苛刻的场合。

主权项

一种铜表面功能材料，其特征在于：它以金属Cu为基体，材料最外层为SiC，其Cu与SiC之间为Si含量逐渐升高的Cu‑Si梯度分布层，所述材料是按照如下步骤制作的：a.配制熔盐：选取NaCl、KCl、NaF为介质，其中三组元的摩尔比NaCl∶KCl∶NaF为1∶1∶3.5，加入占上述熔盐介质质量百分数的10％的粉状SiO2，将上述四种物质混均，盛入高纯石墨坩锅，放入电炉内升温至800℃～900℃，恒温时间10～20min；b.电解制备Cu‑Si梯度层：取铜基材料为阴极、取含硅80～90％的Cu‑Si合金为阳极放入坩锅，在温度800℃～900℃下脉冲电流给电，电解沉积Cu‑Si合金120min～180min，平均电流密度开始为40mA·cm‑2、终了为90mA·cm‑2，平均分割电沉积总时间为数个时间段，每隔一个时间段平均电流密度升高一个相同值，直至达到电沉积的总时间止，即可在铜基材料上得到Si含量逐渐升高的Cu‑Si梯度层；c.Cu‑Si梯度层表面SiC的形成：从熔盐中取出经过上述过程处理的铜基材料，放入碳化炉中，在惰性气体保护下，控制温度1000℃，碳化120min～240min；即可在铜基材料的Cu‑Si梯度层上得到SiC层；d.材料冷却：碳化炉降温至室温后，取出已制备的材料。