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。
Ni-Fe合金镀层具有耐高温,抗热冲击性能好等优点[ 13, 14 ] ,镀层的硬度可达400HV,其耐磨性为
纯镍层的2倍,结晶器寿命比镍镀层显著提高。但其镀液不易控制,成品率低,并且Ni2Fe合金镀层化学稳定性差、脆性高且韧性低,高温下易产生热裂纹,仅适用于中低拉速连铸机组,其平均通钢量为80kt左右。Ni-Co合金镀层的高温耐磨性能与镀镍层相比更为优异[ 15, 16 ] ,三谷和久等人开发的Ni-Co合金镀层其镀层硬度为240HV,摩擦系数仅为Ni的1 /3,结晶器的使用寿命提高了两倍。Ni-Co合金镀层不仅热稳定性好,而且应力较低,高温下不易产生热裂纹,但Ni-Co合金镀层硬度随温度的升高下降明显,当温度上升至600℃时,其镀层硬度下降为180HV,由于硬度与耐磨性相关,因此Ni-Co合金镀层仅适用于中高拉速连铸机组,其平均通钢量为130kt左右。
与w (Ni)为80%的Ni2Co合金镀层相比, w (Co)为80%的Co2Ni镀层性能更为优越，研究表明, w (Co)为80%的Co2Ni合金镀层具有六方密排结构,属于Ni溶解在Co中的单相固溶体,与纯镍层相比, w (Co)为80%的Co-Ni合金镀层晶粒更加细化。镀层硬度为220HV,具有较低的摩擦
系数。w (Co)为80%的Co-Ni合金镀层不仅具有良好的力学性能、高温抗氧化性能及优良的耐磨损性能,而且其硬度不随温度升高而下降,因此其适用于高拉速连铸机组,平均通钢量为200kt左右。
随着Ni-Cr, Ni—Fe。Ni-Co Ni-Co- Fe镀层的开发，Ni-Cr,Ni—Fe,Ni-Co，Ni-Co- Fe，镀层铜板在板坯和方坯连铸机上得到应用。
在低速铸造时，4种材质的结晶器寿命相差较大。，Ni-Cr,Ni—Fe,Ni-Co镀层寿命相当，但Ni-Co- Fe，镀层明显优于以上三种镀层。其中在中速铸造时，Ni—Fe镀层Ni-Cr比镀层寿命高1.7倍，Ni-Co比Ni—Fe高一倍，Ni-Co- Fe比Ni-Co高2-5倍，若以浇注每吨Ni-Cr钢所支付的铜板费用来比较，Ni-Co- Fe在中速铸造时方坯连铸机镀层的结晶器比镀层的结晶器费用低25%，板坯连铸机低33%。而且，Ni-Co- Fe镀层随硬化剂的含量不同，硬度(HV)可在250～ 800范围内调整，因此，Ni-Co- Fe镀层的结晶器在中、高速连铸机铸造中得到广泛的应用。
结晶器采用Ni—Cr镀层，在结晶器下部，由于凝固溶渣之间的摩擦，通常使用寿命只有300～400炉次。当结晶器下部采用Ni—co-Fe镀层后，寿命比Ni—Cr提高了3～4倍，而Ni—Co—fe镀层由于Co、Fe的加入(加入量为3%～ lO%)，提高了镀层的强度和硬度，高温强度(400℃)比Ni—Fe镀层还高1.5倍，硬度(Hv)在镀层厚度方向，可在300～ 780之间调整，Ni—Co—Fe的热膨胀系数和Cu、Ni大致相等，且镀层的结合性好，热传导率和Ni也大致相等。因此，高速铸造(1.4～ 2.0m/min)时，在结晶器下部(特别是窄边)Ni—Co—Fe镀层取代复合镀层，以提高镀层的使用寿命和减少结晶器的维修费用。电镀Ni—Co—Fe在低速拉钢中通钢量可达50万吨以上，中拉速，通钢量可达30万吨，高拉速，通钢量可达10万以上，尤其适合漏斗形高拉速结晶器要求，是任何镀层无法比拟的。
5，结晶器铜板镀层参数一览表
镀层材料 硬度HV 热膨胀系数【×10-6/°C】 热导率【W/(m．K)】
Cr ≥600 7 60～66
Ni ≥140 14～16.7 76～84
Ni-Fe ≥250 14 63～88
Ni-Co ≥280 14 75～84
Co-Ni ≥220 14 80～84
Ni- Co –Fe ≥650 14.5 65-75
Cu ≥85 17.7 43
Ni-B 500 14 75-86
从硬度看Ni- Co –Fe镀层接近硬格层，在300°时各项性能远远超过镀铬层，所以通钢量是最好的。Ni-B 镀层脆性大，主要应用在结晶器铜管上。
Ni- Co –Fe镀层经过处理硬度达到1000以上
6，结晶器铜板电镀镍钴铁的优越性
1，耐蚀性 ：由于微晶构造，合金镀层具有优良的耐蚀性，在氯化钠溶液体系(IS03768)中该合金镀层的耐蚀性2.6倍于铬镀层。
,2，耐磨性 ：由于Ni3Fe和NiC03金属互化物的硬化而产生高耐磨性。该合金镀层的耐磨性2倍于铬镀层。
3， 外观：通过调节合金镀层中镍和铁的含量，可以获得类似于铬层的光泽和色调。
4，硬度 镍基固溶体中铁和钴可以增加合金镀层的硬度和热力学稳定性，该合金具有相当高的硬度，镀态硬度可达750 Hv，在300～500℃进行热处理，硬度将会进一步提高。硬度为1300(Hv)，明显高于硬铬。
