一種激光－感應復合熔覆修復連鑄結晶器的方法技術

一種激光－感應復合熔覆修復連鑄結晶器的方法，該方法的特點是：首先，對連鑄結晶器的破損部位進行除油、除銹、挖除裂紋或劃傷、活化與電鍍鎳或化學鍍鎳處理；然后，采用激光－感應復合熔覆專用銅基合金粉末對連鑄結晶器的破損部位進行修復，使用的專用銅基合金粉末的化學成分為：Ni?7～9wt.%，Sn?8～12wt.%，Al?5～15wt.%，Si?0.8～2%，余量為Cu。本發明專利技術可以在熔覆效率提高1～5倍的條件下，對連鑄結晶器的破損部位進行激光－感應復合熔覆修復處理，克服了傳統連鑄結晶器修復涂層厚度薄、易剝落、導熱率低的難題。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種修復連鑄結晶器的方法，尤其涉及一種激光一感應復合熔覆修復連鑄結晶器的方法。
技術介紹
連鑄結晶器是一個強制水冷的無底鋼錠模，主要由導熱性非常好的銅或銅合金做內襯，外面套有夾套通水冷卻，使高溫鋼液逐漸冷卻凝固并在盡可能高的拉速下，形成所需規格、形狀以及厚度均勻的鑄坯。因此，連鑄結晶器是連鑄機非常重要的部件，被稱之為連鑄設備的“心臟”，其質量好壞對連鑄生產和鑄坯質量都有很大的影響。隨著連鑄向高效化發展，連鑄結晶器的使用壽命成為制約連鑄生產的一項重要因素。對連鑄結晶器進行修復，延長其使用壽命，對提高連澆率，保證鑄坯質量，以及提高企業的技術經濟效率具有十分重要的意義。修復連鑄結晶器常規的方法有電鍍硬鉻(李虹.連·鑄方坯結晶器電鍍硬鉻的工藝，材料保護，2001，34 (5) :55)、等離子噴涂NiCr-Cr3C2涂層(陳健，劉雪飄，梁歡.結晶器鉻鋯銅板表面等離子噴涂鎳鉻一碳化鉻涂層的研究，材料導報，2010，11 (24) :525 — 528)與激光熔覆鎳基涂層(刑飛，侯丹輝，張翼飛，宮銘輝.一種結晶器表面激光熔覆的合金涂層及其制備方法，中國專利技術專利，200810012662)等。其中，電鍍層厚度較薄(一般小于O. 3mm),與連鑄結晶器形成結合力差的化學性結合；等離子噴涂層孔隙率高，與連鑄結晶器之間呈機械性結合，服役一段時間后易剝落；盡管激光熔覆鎳基涂層與連鑄結晶器之間形成了結合強度高的冶金結合，但連鑄結晶器對激光反射率高導致激光熔覆效率低，涂層易開裂。近年來，可以在高效率條件下，將涂層內的熱應力降低到最小程度，從而制備高性能的無裂紋涂層的激光一感應復合熔覆技術(Shengfeng Zhou, Yongjun Huang, XiaoyanZeng. Microstructure characteristics of Ni-based WC composite coatings by laserinduction hybrid rapid cladding. Materials Science and Engineering: A，2008，480(I - 2):564 - 572)引起了人們的廣泛興趣。但是，關于采用激光一感應復合熔覆修復連鑄結晶器的方法并未見文獻報道。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種激光一感應復合熔覆修復連鑄結晶器的方法。本專利技術所用的專用銅基合金粉末流動性好，與連鑄結晶器具有十分優異的相容性與潤濕性以及相近的熱物理性能；在激光一感應復合熔覆修復之前，對連鑄結晶器破損部位進行電鍍鎳或化學鍍鎳處理，提高連鑄結晶器對激光束能量的吸收率；采用激光一感應復合熔覆修復連鑄結晶器，不但可以提高連鑄結晶器對激光束能量的利用率，也可以減小熔覆過程中的溫度梯度，消除涂層中的氣孔與裂紋等冶金缺陷，從而大幅度提高熔覆效率以及改善涂層的耐磨、耐腐與抗疲勞性能。因此，采用該方法修復連鑄結晶器具有常規修復方法無法比擬的優勢。本專利技術是這樣來實現的，其方法與步驟為 (1)將專用銅基合金粉末放置于自動送粉器的裝料斗內，對連鑄結晶器破損部位進行除油、除銹、挖除裂紋或劃傷、活化與電鍍鎳或化學鍍鎳處理；從而提高連鑄結晶器破損部位對激光束能量的吸收率； (2)將高頻感應加熱線圈與連鑄結晶器破損部位之間的距離控制在2 15mm內，調節感應加熱功率，使連鑄結晶器的破損部位被感應加熱的溫度為20(T90(TC，同時利用銅管對感 應加熱區吹入Ar氣； (3)將CO2激光器產生的激光束與自動送粉器的粉末噴嘴定位于感應加熱區內，實現激光熱源與感應加熱源的復合；利用粉末噴嘴將專用銅基合金粉末吹入激光一感應復合熔覆熱源形成的熔池內，當激光一感應復合熔覆熱源移開后，熔融的銅基合金粉末快速凝固結晶形成修復銅基合金涂層。其中，粉末噴嘴與連鑄結晶器破損部位電鍍鎳層表面法向間的夾角為37 45°，粉末噴嘴與連鑄結晶器破損部位電鍍鎳層垂直距離為12 20 mm； (4)當激光一感應復合熔覆完一道之后，沿激光掃描速度的垂直方向移動數控機床，其移動的距離為激光光斑直徑的3(Γ70% ； (5)檢測修復銅基合金涂層的厚度是否達到預期的要求，如果沒有，將激光頭沿Z軸方向上升一段距離ΛΖ，該距離ΛΖ為上一銅基合金涂層的厚度，然后重復步驟(2) —(4)，直到修復銅基合金涂層達到所要求的厚度； (6 )對修復銅基合金涂層表面進行銑削與磨光，獲得所要求的表面光潔度及尺寸精度。本專利技術所述的合金粉末為專用銅基合金粉末，其化學成分為(按質量百分含量計算):Ni 7 9 wt. %，Sn 8 12 wt. %，Al 5 15 wt. %，Si O. 8 2%，余量為 Cu。本專利技術在進行所述步驟(I)時，對連鑄結晶器破損部位進行電鍍或化學鍍鎳處理，電鍍鎳配方為NiSO4 · 7H20 250 350 g/1, NiCl2 · 6H20 50 70 g/1, H3BO3 35 40 g/min，pH值為2 4，溫度55 65°C，電流密度40(T500A/m2 ;化學鍍鎳配方為=NiSO4 · 7H20 15 30 g/1 ,NaH2PO2 · H2O 25 40 g/1，Na3C6H5O7 · 2H20 8 15 g/1，NH4Cl 20^40 g/1, pH值為flO ；電鍍或化學鍍鎳厚度為3 20 μ m。本專利技術所述的連鑄結晶器進行多道多層激光一感應復合熔覆修復處理，第一層激光一感應復合熔覆修復工藝參數為激光功率為O. 5 2 kW，光斑直徑為:Γ5 _，感應加熱功率為4(T50 kW，感應加熱頻率為80 kHz，激光掃描速度為100(T2500 mm/min，感應加熱的溫度為80(T90(TC，送粉率為8(Tl00 g/min ;第二層及更多層時激光一感應復合熔覆修復工藝參數為激光功率為疒3 kW;光斑直徑為:Γ5 mm;感應加熱功率為3(T40 kW ;感應加熱頻率為80 kHz ;激光掃描速度為300(T5000 mm/min ;感應加熱的溫度為60(T800°C，送粉率為120^150 g/minο本專利技術的優點是(1)對連鑄結晶器破損部位進行激光一感應復合熔覆專用銅基合金粉末修復處理，修復涂層與連鑄結晶器均為銅基合金，具有相近的熱物理性能。(2)連鑄結晶器破損部位進行電鍍鎳或化學鍍鎳以及感應加熱后，大幅度提高了結晶器對激光束能量的吸收率，從而可以在熔覆效率提高I飛倍的條件下，在連鑄結晶器破損部位獲得無氣孔與裂紋、與連鑄結晶器呈冶金結合的修復涂層。(3)采用該方法對連鑄結晶器進行激光一感應復合熔覆修復處理，修復涂層的厚度可控，稀釋率低、顯微組織細小且致密，具有優異的耐磨、耐蝕與耐疲勞性能，服役壽命可以提高約2飛倍。附圖說明圖I激光一感應復合熔覆修復連鑄結晶器裝置示意圖。圖2連鑄結晶器典型破損部位示意圖。圖3連鑄結晶器典型破損部位電鍍鎳或化學鍍鎳宏觀結構示意圖。圖4激光熔覆一感應復合熔覆修復連鑄結晶器典型破損部位的宏觀示意圖。圖5激光熔覆一感應復合熔覆修復連鑄結晶器典型破損部位經機械加工后的宏觀示意圖。 具體實施例方式實施例I 連鑄結晶器的化學成分為=Cr O. 5 I. 5 wt. %, Zr O. 08 O. 3 wt本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種激光－感應復合熔覆修復連鑄結晶器的方法，其特征是方法與步驟為：（1）將專用銅基合金粉末放置于自動送粉器的裝料斗內，對連鑄結晶器破損部位進行除油、除銹、挖除裂紋或劃傷、活化與電鍍鎳或化學鍍鎳處理；從而提高連鑄結晶器破損部位對激光束能量的吸收率；（2）將高頻感應加熱線圈與連鑄結晶器破損部位之間的距離控制在2~15？mm內，調節感應加熱功率，使連鑄結晶器的破損部位被感應加熱的溫度為200~900℃，同時利用銅管對感應加熱區吹入Ar氣；（3）將CO2激光器產生的激光束與自動送粉器的粉末噴嘴定位于感應加熱區內，實現激光熱源與感應加熱源的復合；利用粉末噴嘴將專用銅基合金粉末吹入激光－感應復合熔覆熱源形成的熔池內，當激光－感應復合熔覆熱源移開后，熔融的銅基合金粉末快速凝固結晶形成修復銅基合金涂層，其中，粉末噴嘴與連鑄結晶器破損部位電鍍鎳層或化學鍍鎳層表面法向間的夾角為37~45°，粉末噴嘴與連鑄結晶器破損部位電鍍鎳層或化學鍍鎳層垂直距離為12~20？mm；（4）當激光－感應復合熔覆完一道之后，沿激光掃描速度的垂直方向移動數控機床，其移動的距離為激光光斑直徑的30~70%；（5）檢測修復銅基合金涂層的厚度是否達到預期的要求，如果沒有，將激光頭沿Z軸方向上升一段距離ΔZ，該距離ΔZ為上一銅基合金涂層的厚度，然后重復步驟（2）－（4），直到修復銅基合金涂層達到所要求的厚度；（6）對修復銅基合金涂層表面進行銑削與磨光，獲得所要求的表面光潔度及尺寸精度。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：周圣豐，戴曉琴，吳超，張天佑，
申請(專利權)人：南昌航空大學，
類型：發明
國別省市：