一種銅鑄件高爐風(fēng)口表面破損的修復(fù)方法
【專利摘要】一種銅鑄件高爐風(fēng)口表面破損的修復(fù)方法，步驟：對銅鑄件高爐風(fēng)口表面破損處進行預(yù)處理；制備銅?陶瓷復(fù)合粉末材料作為冷噴涂粉末，配比是在銅粉末材料里添加質(zhì)量比為1％～35％的陶瓷粉末；將上述復(fù)合粉末材料混勻，放入烘箱預(yù)熱，預(yù)熱溫度為140～160℃，保溫時間為1～2小時；采用冷噴涂技術(shù)在銅鑄件高爐風(fēng)口表面破損處沉積銅涂層，冷噴涂工藝參數(shù)為：工作氣體和送粉氣體均為N2，噴涂壓力為2～4MPa，噴涂溫度微為600～800℃，噴涂距離為30～35mm；進行機械加工。本發(fā)明采用冷噴涂技術(shù)對高爐風(fēng)口表面進行修復(fù)，涂層結(jié)合強度高，同時不降低導(dǎo)熱率，具有修復(fù)效果好、成本低的特點。
【專利說明】
-種銅鑄件高妒風(fēng)口表面破損的修復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種銅鑄件修復(fù)方法，尤其設(shè)及一種利用冷噴涂技術(shù)對銅鑄件高爐風(fēng) 口表面破損進行結(jié)構(gòu)完整性修復(fù)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 送風(fēng)風(fēng)口是高爐冶煉生鐵生產(chǎn)中的一個關(guān)鍵備件。由高爐風(fēng)口吹入的高溫?zé)犸L(fēng)和 爐底焦炭氧化燃燒生產(chǎn)的一氧化碳，在高溫上升中還原出原來W氧化物形態(tài)存在的鐵。高 爐風(fēng)口具有傳導(dǎo)性好、冷卻均勻、冷卻效率高、組織致密、耐磨性好等特點，目前材質(zhì)主要為 高純紫銅。高爐風(fēng)口工作環(huán)境嚴(yán)峻，它處在2000°CW上的高溫爐缸內(nèi)，承受高溫區(qū)的福射和 對流熱沖擊，風(fēng)口前段有500毫米伸入爐內(nèi)，直接受到1500°C左右的液態(tài)渣鐵和高速循環(huán)運 動的識熱物料的沖刷，風(fēng)口內(nèi)通過900°C~1300°C的熱風(fēng)，同時在燃燒循環(huán)區(qū)又受到強烈的 氧化作用和微量元素對風(fēng)口的浸潤。此外，在噴吹煤粉條件下還受到煤粉的高速磨損。運些 不利因素都加劇了風(fēng)口破損，需要頻繁更換風(fēng)口，導(dǎo)致高爐低產(chǎn)。
[0003] 目前，針對銅鑄件高爐風(fēng)口表面磨損的修復(fù)多采用焊接技術(shù)及氧乙烘噴焊技術(shù)， 但由于銅導(dǎo)熱率高，修復(fù)過程中需要大量熱量輸入，工作量大，成本較高。
[0004] 傳統(tǒng)熱噴涂技術(shù)能在普通的基體材料表面上沉積具有優(yōu)異耐磨性能的表面防護 涂層，但由于噴涂過程中溫度較高，涂層殘余應(yīng)力大，使得所制備涂層厚度有限，最大厚度 僅為幾百微米。同時，由于熱噴涂涂層與基材之間較難形成冶金結(jié)合，在冷熱收縮應(yīng)力大、 剪切力高的工況下，高爐風(fēng)口表面熱噴涂涂層容易發(fā)生片狀剝落并加速失效，運使得熱噴 涂難W修復(fù)銅鑄件高爐風(fēng)口表面的破損。
[0005] 冷噴涂涂層與基體結(jié)合強度高(微冶金結(jié)合），氧化少，能夠保持粉末原始特性，審U 備高導(dǎo)熱涂層;粉末粒子沉積效率極高，涂層孔隙率極低，能夠?qū)崿F(xiàn)大型部件的大面積大厚 度表面涂層制備；涂層殘余應(yīng)力低，運使得冷噴涂在修復(fù)銅鑄件高爐風(fēng)口再制造領(lǐng)域有著 重要的應(yīng)用價值。但由于噴涂時，噴嘴溫度高，粉末容易粘結(jié)在噴嘴內(nèi)部，導(dǎo)致噴嘴堵塞，嚴(yán) 重影響粉末粒子速度及涂層質(zhì)量，而硬質(zhì)陶瓷顆粒能夠有效降低噴嘴堵塞情況，因此金屬 復(fù)合陶瓷粉末在金屬表面的強化和再制造領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種銅鑄件高爐風(fēng)口表面破損的修復(fù)方法，采 用冷噴涂技術(shù)進行修復(fù)，具有涂層結(jié)合強度高、修復(fù)效果好且成本低的特點。
[0007] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種銅鑄件高爐風(fēng)口表面破損的 修復(fù)方法，其特征在于包括W下步驟：
[000引1)對需要修復(fù)的銅鑄件高爐風(fēng)口表面破損處進行預(yù)處理；
[0009] 2)制備銅-陶瓷復(fù)合粉末材料:選取球形Cu粉末材料作為冷噴涂粉末的軟質(zhì)相， Ah化、51(：、513機、吐3〔2、11(：或者化化陶瓷粉末做為冷噴涂粉末的硬質(zhì)相，制成復(fù)合粉末材 料，其配比是在化粉末材料里添加質(zhì)量比為1%~35%的陶瓷粉末；
[0010] 3)將上述配制好的復(fù)合粉末材料在混料機中混勻，在噴涂前放入烘箱預(yù)熱，預(yù)熱 溫度為140~160°C，保溫時間為1~2小時；
[0011] 4)將步驟1)處理后的銅鑄件高爐風(fēng)口裝夾在操作臺上，采用冷噴涂技術(shù)在銅鑄件 高爐風(fēng)口表面破損處沉積銅涂層，冷噴涂工藝參數(shù)為:工作氣體和送粉氣體均為化，噴涂壓 力為2~4MPa，噴涂溫度微為600~800°C，噴涂距離為30~35mm。
[0012] 5)最后，對銅鑄件高爐風(fēng)口表面的銅涂層進行機械加工，使銅涂層與高爐風(fēng)口表 面高度一致。
[0013] 作為改進，所述步驟1)的預(yù)處理是指除油、干燥、噴砂處理。
[0014] 作為優(yōu)選，所述步驟2)中Cu粉末材料的粒度為扣m~75μπι，陶瓷粉末的粒度為5~ 4如m。
[001引再優(yōu)選，所述步驟3)的預(yù)熱溫度化50°C，保溫時間為1小時。
[0016] 最后，所述步驟4)沉積的銅涂層厚度為10~20mm。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：利用冷噴涂技術(shù)將銅-陶瓷(Ab化、SiC、 Si3N4、化3C2、TiC或者Zr化)復(fù)合粉末沉積于銅鑄件高爐風(fēng)口表面，利用陶瓷顆粒的高硬度及 高速度清潔噴嘴，巧實已沉積涂層，獲得大厚度，高結(jié)合強度的涂層，同時保證涂層中基本 不含有陶瓷顆粒，不降低涂層導(dǎo)熱率，W此實現(xiàn)對銅鑄件高爐風(fēng)口的修復(fù)。本發(fā)明的優(yōu)點在 于：1、采用冷噴涂制備了大厚度涂層，涂層與基體能夠?qū)崿F(xiàn)冶金結(jié)合，保證了涂層的結(jié)合強 度，與焊接技術(shù)、氧乙烘噴焊及傳統(tǒng)熱噴涂相比具有無與倫比的優(yōu)勢，同時，粉末粒子沉積 效率高，與更換新的高爐風(fēng)口相比能夠顯著降低成本；2、采用銅-陶瓷(Ab化、SiC、Si3N4、 Cr3C2、TiC或者Zr化)復(fù)合粉末制備的銅涂層致密性高，氧含量低，具有很高的導(dǎo)熱性，降低 高爐風(fēng)口在使用過程中的溫度，同時保證了冷噴涂噴嘴不堵塞，降低了噴涂成本。
【附圖說明】
[0018] 圖1.1~1.2是本發(fā)明實施例1中未修復(fù)前高爐風(fēng)口表面破損處的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2.1~2.2是實施例1冷噴涂修復(fù)后的高爐風(fēng)口的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖3是實施例1涂層加工平整后的高爐風(fēng)口的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0021] W下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0022] 實施例1
[0023] (a)對銅鑄件高爐風(fēng)口表面破損處(如圖1)進行除油、干燥、噴砂處理。
[0024] (b)選取球形Cu粉末材料W及陶瓷粉末(412〇3、51(：、513心吐3〔2、1'1(：或者化〇2)做 為冷噴涂粉末，其中球形Cu粉末材料作為冷噴涂粉末的軟質(zhì)相，A12化、SiC、Si3N4、化3C2、TiC 或者Zr化陶瓷粉末做為冷噴涂粉末的硬質(zhì)相，其配比是在Cu粉末材料里添加質(zhì)量比為1% 的陶瓷粉末，制成復(fù)合粉末材料，化粉末材料粒度為如m-75ym，陶瓷粉末粒度為5-45WI1。
[0025] (C)將步驟(b)配制的復(fù)合粉末材料在混料機中混勻，在噴涂前放入烘箱預(yù)熱，預(yù) 熱溫度為150°C，保溫時間為1小時。
[0026] (d)對步驟(a)處理的銅鑄件高爐風(fēng)口裝夾在專用操作臺上，采用冷噴涂技術(shù)在銅 鑄件高爐風(fēng)口破損面沉積銅涂層。冷噴涂工藝參數(shù)為:工作氣體和送粉氣體均為化，噴涂壓 力2MPa，噴涂溫度600°C，噴涂距離30mm。修復(fù)后的高爐風(fēng)口表面如圖2所示；
[0027] (e)對銅鑄件高爐風(fēng)口表面的銅涂層進行機械加工，保證涂層與高爐風(fēng)口表面高 度一致。加工平整后的高爐風(fēng)口如圖3所示。
[0028] 實施例1制備的樣品性能測試結(jié)果
[0029]
[0030]
[0031] 實施例2
[0032] (a)對銅鑄件高爐風(fēng)口表面破損處進行除油、干燥、噴砂處理。
[0033] (b)選取球形Cu粉末材料W及陶瓷粉末(Al203、SiC、Si3N4、Cr3C2、TiC或者化02)做 為冷噴涂粉末，其中球形Cu粉末材料作為冷噴涂粉末的軟質(zhì)相，A12化、SiC、Si3N4、化3C2、TiC 或者Zr化陶瓷粉末做為冷噴涂粉末的硬質(zhì)相，其配比是在化粉末材料里添加質(zhì)量比為10% 的陶瓷粉末，制成復(fù)合粉末材料。其中，Cu粉末材料粒度為扣m-75ym，陶瓷粉末粒度為5-45μ ΓΠ 〇
[0034] (C)對步驟(b)配制的復(fù)合粉末材料在混料機中混勻，在噴涂前放入烘箱預(yù)熱，預(yù) 熱溫度為150°C，保溫時間為1小時。
[0035] (d)對步驟(a)處理的銅鑄件高爐風(fēng)口裝夾在專用操作臺上，采用冷噴涂技術(shù)在銅 鑄件高爐風(fēng)口破損面沉積銅涂層。冷噴涂工藝參數(shù)為:工作氣體和送粉氣體均為化，噴涂壓 力3MPa，噴涂溫度600°C，噴涂距離30mm。
[0036] (e)對銅鑄件高爐風(fēng)口表面的銅涂層進行機械加工，保證涂層與高爐風(fēng)口表面高 度一致。
[0037] 實施例2制備的樣品性能測試結(jié)果 [00；3 引
[0039] 實施例3
[0040] (a)對銅鑄件高爐風(fēng)口表面破損處進行除油、干燥、噴砂處理。
[0041 ] (b)選取球形Cu粉末材料w及陶瓷粉末(412〇3、51(：、513心吐3〔2、1'1(：或者化〇2)做 為冷噴涂粉末，其中球形Cu粉末材料作為冷噴涂粉末的軟質(zhì)相，A12化、SiC、Si3N4、化3C2、TiC 或者Zr化陶瓷粉末做為冷噴涂粉末的硬質(zhì)相，其配比是在化粉末材料里添加質(zhì)量比為20 % 的陶瓷粉末，制成復(fù)合粉末材料。其中，Cu粉末材料粒度為扣m-75ym，陶瓷粉末粒度為5-45μ ΓΠ 〇
[0042] (C)對步驟(b)配制的復(fù)合粉末材料在混料機中混勻，在噴涂前放入烘箱預(yù)熱，預(yù) 熱溫度為150°C，保溫時間為1小時。
[0043] (d)對步驟(a)處理的銅鑄件高爐風(fēng)口裝夾在專用操作臺上，采用冷噴涂技術(shù)在銅 鑄件高爐風(fēng)口破損面沉積銅涂層。冷噴涂工藝參數(shù)為:工作氣體和送粉氣體均為化，噴涂壓 力3MPa，噴涂溫度800°C，噴涂距離30mm。
[0044] (e)對銅鑄件高爐風(fēng)口表面的銅涂層進行機械加工，保證涂層與高爐風(fēng)口表面高 度一致。
[0045] 實施例3制備的樣品性能測試結(jié)果
[0046]
[0047] 實施例4
[0048] (a)對銅鑄件高爐風(fēng)口表面破損處進行除油、干燥、噴砂處理。
[0049] (b)選取球形Cu粉末材料W及陶瓷粉末(412〇3、51(：、513心吐3〔2、1'1(：或者化〇2)做 為冷噴涂粉末，其中球形CU粉末材料作為冷噴涂粉末的軟質(zhì)相，A12化、SiC、Si3N4、化3C2、TiC 或者Zr化陶瓷粉末做為冷噴涂粉末的硬質(zhì)相，其配比是在化粉末材料里添加質(zhì)量比為35 % 的陶瓷粉末，制成復(fù)合粉末材料。其中，Cu粉末材料粒度為扣m-75ym，陶瓷粉末粒度為5-45μ ΓΠ 〇
[0050] (C)對步驟(b)配制的復(fù)合粉末材料在混料機中混勻，在噴涂前放入烘箱預(yù)熱，預(yù) 熱溫度為150°C，保溫時間為1小時。
[0051] (d)對步驟(a)處理的銅鑄件高爐風(fēng)口裝夾在專用操作臺上，采用冷噴涂技術(shù)在銅 鑄件高爐風(fēng)口破損面沉積銅涂層。冷噴涂工藝參數(shù)為:工作氣體和送粉氣體均為化，噴涂壓 力4MPa，噴涂溫度800°C，噴涂距離35mm。
[0052] (e)對銅鑄件高爐風(fēng)口表面的銅涂層進行機械加工，保證涂層與高爐風(fēng)口表面高 度一致。
[0053] 實施例4制備的樣品性能測試結(jié)果
[0化4] [Ο化5]
【主權(quán)項】
1. 一種銅鑄件高爐風(fēng)口表面破損的修復(fù)方法，其特征在于包括以下步驟： 1) 對需要修復(fù)的銅鑄件高爐風(fēng)口表面破損處進行預(yù)處理； 2) 制備銅-陶瓷復(fù)合粉末材料:選取球形Cu粉末材料作為冷噴涂粉末的軟質(zhì)相，Al2〇3、 31(：、51必4、0 3(：2、11(：或者2抑2陶瓷粉末做為冷噴涂粉末的硬質(zhì)相，制成復(fù)合粉末材料，其配 比是在Cu粉末材料里添加質(zhì)量比為1 %~35%的陶瓷粉末； 3) 將上述配制好的復(fù)合粉末材料在混料機中混勻，在噴涂前放入烘箱預(yù)熱，預(yù)熱溫度 為140~160 °C，保溫時間為1~2小時； 4) 將步驟1)處理后的銅鑄件高爐風(fēng)口裝夾在操作臺上，采用冷噴涂技術(shù)在銅鑄件高爐 風(fēng)口表面破損處沉積銅涂層，冷噴涂工藝參數(shù)為:工作氣體和送粉氣體均為N 2，噴涂壓力為 2~4MPa，噴涂溫度微為600~800 °C，噴涂距離為30~35mm; 5) 最后，對銅鑄件高爐風(fēng)口表面的銅涂層進行機械加工，使銅涂層與高爐風(fēng)口表面高 度一致。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的修復(fù)方法，其特征在于:所述步驟1)的預(yù)處理是指除油、干燥、 噴砂處理。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的修復(fù)方法，其特征在于:所述步驟2)中銅粉末材料的粒度為5μ m~75μπι，陶瓷粉末的粒度為5~45μπι。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的修復(fù)方法，其特征在于:所述步驟3)的預(yù)熱溫度為150°C，保溫 時間為1小時。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的修復(fù)方法，其特征在于:所述步驟4)沉積的銅涂層厚度為10~ 20mm 〇
【文檔編號】C23C24/04GK106011348SQ201610548565
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月11日
【發(fā)明人】崔烺, 馬冰, 陳杰, 戴宇, 馮勝強, 劉光, 鄭子云, 賈利, 李娜
【申請人】中國兵器科學(xué)研究院寧波分院