一種銅鑄件高爐風口表面破損的修復方法技術

一種銅鑄件高爐風口表面破損的修復方法，步驟：對銅鑄件高爐風口表面破損處進行預處理；制備銅?陶瓷復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量比為1％～35％的陶瓷粉末；將上述復合粉末材料混勻，放入烘箱預熱，預熱溫度為140～160℃，保溫時間為1～2小時；采用冷噴涂技術在銅鑄件高爐風口表面破損處沉積銅涂層，冷噴涂工藝參數為：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。本發明專利技術采用冷噴涂技術對高爐風口表面進行修復，涂層結合強度高，同時不降低導熱率，具有修復效果好、成本低的特點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種銅鑄件修復方法，尤其涉及一種利用冷噴涂技術對銅鑄件高爐風口表面破損進行結構完整性修復的方法。
技術介紹
送風風口是高爐冶煉生鐵生產中的一個關鍵備件。由高爐風口吹入的高溫熱風和爐底焦炭氧化燃燒生產的一氧化碳，在高溫上升中還原出原來以氧化物形態存在的鐵。高爐風口具有傳導性好、冷卻均勻、冷卻效率高、組織致密、耐磨性好等特點，目前材質主要為高純紫銅。高爐風口工作環境嚴峻，它處在2000℃以上的高溫爐缸內，承受高溫區的輻射和對流熱沖擊，風口前段有500毫米伸入爐內，直接受到1500℃左右的液態渣鐵和高速循環運動的熾熱物料的沖刷，風口內通過900℃～1300℃的熱風，同時在燃燒循環區又受到強烈的氧化作用和微量元素對風口的浸潤。此外，在噴吹煤粉條件下還受到煤粉的高速磨損。這些不利因素都加劇了風口破損，需要頻繁更換風口，導致高爐低產。目前，針對銅鑄件高爐風口表面磨損的修復多采用焊接技術及氧乙炔噴焊技術，但由于銅導熱率高，修復過程中需要大量熱量輸入，工作量大，成本較高。傳統熱噴涂技術能在普通的基體材料表面上沉積具有優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合，在冷熱收縮應力大、剪切力高的工況下，高爐風口表面熱噴涂涂層容易發生片狀剝落并加速失效，這使得熱噴涂難以修復銅鑄件高爐風口表面的破損。冷噴涂涂層與基體結合強度高(微冶金結合)，氧化少，能夠保持粉末原始特性，制備高導熱涂層；粉末粒子沉積效率極高，涂層孔隙率極低，能夠實現大型部件的大面積大厚度表面涂層制備；涂層殘余應力低，這使得冷噴涂在修復銅鑄件高爐風口再制造領域有著重要的應用價值。但由于噴涂時，噴嘴溫度高，粉末容易粘結在噴嘴內部，導致噴嘴堵塞，嚴重影響粉末粒子速度及涂層質量，而硬質陶瓷顆粒能夠有效降低噴嘴堵
塞情況，因此金屬復合陶瓷粉末在金屬表面的強化和再制造領域有重要的應用價值。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種銅鑄件高爐風口表面破損的修復方法，采用冷噴涂技術進行修復，具有涂層結合強度高、修復效果好且成本低的特點。本專利技術解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種銅鑄件高爐風口表面破損的修復方法，其特征在于包括以下步驟：1)對需要修復的銅鑄件高爐風口表面破損處進行預處理；2)制備銅-陶瓷復合粉末材料：選取球形Cu粉末材料作為冷噴涂粉末的軟質相，Al2O3、SiC、Si3N4、Cr3C2、TiC或者ZrO2陶瓷粉末做為冷噴涂粉末的硬質相，制成復合粉末材料，其配比是在Cu粉末材料里添加質量比為1％～35％的陶瓷粉末；3)將上述配制好的復合粉末材料在混料機中混勻，在噴涂前放入烘箱預熱，預熱溫度為140～160℃，保溫時間為1～2小時；4)將步驟1)處理后的銅鑄件高爐風口裝夾在操作臺上，采用冷噴涂技術在銅鑄件高爐風口表面破損處沉積銅涂層，冷噴涂工藝參數為：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。5)最后，對銅鑄件高爐風口表面的銅涂層進行機械加工，使銅涂層與高爐風口表面高度一致。作為改進，所述步驟1)的預處理是指除油、干燥、噴砂處理。作為優選，所述步驟2)中Cu粉末材料的粒度為5μm～75μm，陶瓷粉末的粒度為5～45μm。再優選，所述步驟3)的預熱溫度為150℃，保溫時間為1小時。最后，所述步驟4)沉積的銅涂層厚度為10～20mm。與現有技術相比，本專利技術的優點在于：利用冷噴涂技術將銅-陶瓷(Al2O3、SiC、Si3N4、Cr3C2、TiC或者ZrO2)復合粉末沉積于銅鑄件高爐風口表面，利用陶瓷顆粒的高硬度及高速度清潔噴嘴，夯實已沉積涂層，獲得大厚度，高結合強度的涂層，同時保證涂層中基本不含有陶瓷顆粒，不降低涂層導熱率，以此實現對銅鑄件高爐風口的修復。本專利技術的優點在于：1、采用冷噴涂制備了大厚度涂層，涂層與基體能夠實現冶金結合，保證了涂層的結合強度，與焊接技術、氧乙炔噴焊及傳統熱噴涂相比具有無與倫比的優勢，同時，粉末粒子沉積效率高，與更換新的高爐風口相比能夠顯著降低成本；2、采用銅-
陶瓷(Al2O3、SiC、Si3N4、Cr3C2、TiC或者ZrO2)復合粉末制備的銅涂層致密性高，氧含量低，具有很高的導熱性，降低高爐風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。附圖說明圖1.1～1.2是本專利技術實施例1中未修復前高爐風口表面破損處的結構示意圖；圖2.1～2.2是實施例1冷噴涂修復后的高爐風口的結構示意圖；圖3是實施例1涂層加工平整后的高爐風口的結構示意圖。具體實施方式以下結合附圖實施例對本專利技術作進一步詳細描述。實施例1(a)對銅鑄件高爐風口表面破損處(如圖1)進行除油、干燥、噴砂處理。(b)選取球形Cu粉末材料以及陶瓷粉末(Al2O3、SiC、Si3N4、Cr3C2、TiC或者ZrO2)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相，Al2O3、SiC、Si3N4、Cr3C2、TiC或者ZrO2陶瓷粉末做為冷噴涂粉末的硬質相，其配比是在Cu粉末材料里添加質量比為1％的陶瓷粉末，制成復合粉末材料，Cu粉末材料粒度為5μm-75μm，陶瓷粉末粒度為5-45μm。(c)將步驟(b)配制的復合粉末材料在混料機中混勻，在噴涂前放入烘箱預熱，預熱溫度為150℃，保溫時間為1小時。(d)對步驟(a)處理的銅鑄件高爐風口裝夾在專用操作臺上，采用冷噴涂技術在銅鑄件高爐風口破損面沉積銅涂層。冷噴涂工藝參數為：工作氣體和送粉氣體均為N2，噴涂壓力2MPa，噴涂溫度600℃，噴涂距離30mm。修復后的高爐風口表面如圖2所示；(e)對銅鑄件高爐風口表面的銅涂層進行機械加工，保證涂層與高爐風口表面高度一致。加工平整后的高爐風口如圖3所示。實施例1制備的樣品性能測試結果實施例2(a)對銅鑄件高爐風口表面破損處進行除油、干燥、噴砂處理。(b)選取球形Cu粉末材料以及陶瓷粉末(Al2O3、SiC、Si3N4、Cr3C2、TiC或者ZrO2)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相，Al2O3、SiC、Si3N4、Cr3C2、TiC或者ZrO2陶瓷粉末做為冷噴涂粉末的硬質相，其配比是在Cu粉末材料里添加質量比為10％的陶瓷粉末，制成復合粉末材料。其中，Cu粉末材料粒度為5μm-75μm，陶瓷粉末粒度為5-45μm。(c)對步驟(b)配制的復合粉末材料在混料機中混勻，在噴涂前放入烘箱預熱，預熱溫度為150℃，保溫時間為1小時。(d)對步驟(a)處理的銅鑄件高爐風口裝夾在專用操作臺上，采用冷噴涂技術在銅鑄件高爐風口破損面沉積銅涂層。冷噴涂工藝參數為：工作氣體和送粉氣體均為N2，噴涂壓力3MPa，噴涂溫度600℃，噴涂距離30mm。(e)對銅鑄件高爐風口表面的銅涂層進行機械加工，保證涂層與高爐風口表面高度一致。實施例2制備的樣品性能測試結果實施例3(a)對銅鑄件高爐風口表面破損處進行除油、干燥、噴砂處理。(b)選取球形Cu粉末材料以及陶瓷粉末(Al2O3、SiC、Si3N4、Cr3C2、TiC或者ZrO2)做為冷噴涂粉末，其本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種銅鑄件高爐風口表面破損的修復方法，其特征在于包括以下步驟：1)對需要修復的銅鑄件高爐風口表面破損處進行預處理；2)制備銅?陶瓷復合粉末材料：選取球形Cu粉末材料作為冷噴涂粉末的軟質相，Al2O3、SiC、Si3N4、Cr3C2、TiC或者ZrO2陶瓷粉末做為冷噴涂粉末的硬質相，制成復合粉末材料，其配比是在Cu粉末材料里添加質量比為1％～35％的陶瓷粉末；3)將上述配制好的復合粉末材料在混料機中混勻，在噴涂前放入烘箱預熱，預熱溫度為140～160℃，保溫時間為1～2小時；4)將步驟1)處理后的銅鑄件高爐風口裝夾在操作臺上，采用冷噴涂技術在銅鑄件高爐風口表面破損處沉積銅涂層，冷噴涂工藝參數為：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；5)最后，對銅鑄件高爐風口表面的銅涂層進行機械加工，使銅涂層與高爐風口表面高度一致。

【技術特征摘要】
1.一種銅鑄件高爐風口表面破損的修復方法，其特征在于包括以下步驟：1)對需要修復的銅鑄件高爐風口表面破損處進行預處理；2)制備銅-陶瓷復合粉末材料：選取球形Cu粉末材料作為冷噴涂粉末的軟質相，Al2O3、SiC、Si3N4、Cr3C2、TiC或者ZrO2陶瓷粉末做為冷噴涂粉末的硬質相，制成復合粉末材料，其配比是在Cu粉末材料里添加質量比為1％～35％的陶瓷粉末；3)將上述配制好的復合粉末材料在混料機中混勻，在噴涂前放入烘箱預熱，預熱溫度為140～160℃，保溫時間為1～2小時；4)將步驟1)處理后的銅鑄件高爐風口裝夾在操作臺上，采用冷噴涂技術在銅鑄件高爐風口表面破損處沉積銅涂層，冷噴涂工藝參數為...

【專利技術屬性】
技術研發人員：崔烺，馬冰，陳杰，戴宇，馮勝強，劉光，鄭子云，賈利，李娜，
申請(專利權)人：中國兵器科學研究院寧波分院，
類型：發明
國別省市：浙江;33