一种铜铸件高炉风口表面破损的修复方法
【专利摘要】一种铜铸件高炉风口表面破损的修复方法，步骤：对铜铸件高炉风口表面破损处进行预处理；制备铜?陶瓷复合粉末材料作为冷喷涂粉末，配比是在铜粉末材料里添加质量比为1％～35％的陶瓷粉末；将上述复合粉末材料混匀，放入烘箱预热，预热温度为140～160℃，保温时间为1～2小时；采用冷喷涂技术在铜铸件高炉风口表面破损处沉积铜涂层，冷喷涂工艺参数为：工作气体和送粉气体均为N2，喷涂压力为2～4MPa，喷涂温度微为600～800℃，喷涂距离为30～35mm；进行机械加工。本发明采用冷喷涂技术对高炉风口表面进行修复，涂层结合强度高，同时不降低导热率，具有修复效果好、成本低的特点。
【专利说明】
-种铜铸件高妒风口表面破损的修复方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种铜铸件修复方法，尤其设及一种利用冷喷涂技术对铜铸件高炉风 口表面破损进行结构完整性修复的方法。
【背景技术】
[0002] 送风风口是高炉冶炼生铁生产中的一个关键备件。由高炉风口吹入的高溫热风和 炉底焦炭氧化燃烧生产的一氧化碳，在高溫上升中还原出原来W氧化物形态存在的铁。高 炉风口具有传导性好、冷却均匀、冷却效率高、组织致密、耐磨性好等特点，目前材质主要为 高纯紫铜。高炉风口工作环境严峻，它处在2000°CW上的高溫炉缸内，承受高溫区的福射和 对流热冲击，风口前段有500毫米伸入炉内，直接受到1500°C左右的液态渣铁和高速循环运 动的识热物料的冲刷，风口内通过900°C~1300°C的热风，同时在燃烧循环区又受到强烈的 氧化作用和微量元素对风口的浸润。此外，在喷吹煤粉条件下还受到煤粉的高速磨损。运些 不利因素都加剧了风口破损，需要频繁更换风口，导致高炉低产。
[0003] 目前，针对铜铸件高炉风口表面磨损的修复多采用焊接技术及氧乙烘喷焊技术， 但由于铜导热率高，修复过程中需要大量热量输入，工作量大，成本较高。
[0004] 传统热喷涂技术能在普通的基体材料表面上沉积具有优异耐磨性能的表面防护 涂层，但由于喷涂过程中溫度较高，涂层残余应力大，使得所制备涂层厚度有限，最大厚度 仅为几百微米。同时，由于热喷涂涂层与基材之间较难形成冶金结合，在冷热收缩应力大、 剪切力高的工况下，高炉风口表面热喷涂涂层容易发生片状剥落并加速失效，运使得热喷 涂难W修复铜铸件高炉风口表面的破损。
[0005] 冷喷涂涂层与基体结合强度高(微冶金结合），氧化少，能够保持粉末原始特性，审U 备高导热涂层;粉末粒子沉积效率极高，涂层孔隙率极低，能够实现大型部件的大面积大厚 度表面涂层制备；涂层残余应力低，运使得冷喷涂在修复铜铸件高炉风口再制造领域有着 重要的应用价值。但由于喷涂时，喷嘴溫度高，粉末容易粘结在喷嘴内部，导致喷嘴堵塞，严 重影响粉末粒子速度及涂层质量，而硬质陶瓷颗粒能够有效降低喷嘴堵塞情况，因此金属 复合陶瓷粉末在金属表面的强化和再制造领域有重要的应用价值。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种铜铸件高炉风口表面破损的修复方法，采 用冷喷涂技术进行修复，具有涂层结合强度高、修复效果好且成本低的特点。
[0007] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种铜铸件高炉风口表面破损的 修复方法，其特征在于包括W下步骤：
[000引1)对需要修复的铜铸件高炉风口表面破损处进行预处理；
[0009] 2)制备铜-陶瓷复合粉末材料:选取球形Cu粉末材料作为冷喷涂粉末的软质相， Ah化、51(：、513机、吐3〔2、11(：或者化化陶瓷粉末做为冷喷涂粉末的硬质相，制成复合粉末材 料，其配比是在化粉末材料里添加质量比为1%~35%的陶瓷粉末；
[0010] 3)将上述配制好的复合粉末材料在混料机中混匀，在喷涂前放入烘箱预热，预热 溫度为140~160°C，保溫时间为1~2小时；
[0011] 4)将步骤1)处理后的铜铸件高炉风口装夹在操作台上，采用冷喷涂技术在铜铸件 高炉风口表面破损处沉积铜涂层，冷喷涂工艺参数为:工作气体和送粉气体均为化，喷涂压 力为2~4MPa，喷涂溫度微为600~800°C，喷涂距离为30~35mm。
[0012] 5)最后，对铜铸件高炉风口表面的铜涂层进行机械加工，使铜涂层与高炉风口表 面高度一致。
[0013] 作为改进，所述步骤1)的预处理是指除油、干燥、喷砂处理。
[0014] 作为优选，所述步骤2)中Cu粉末材料的粒度为扣m~75μπι，陶瓷粉末的粒度为5~ 4如m。
[001引再优选，所述步骤3)的预热溫度化50°C，保溫时间为1小时。
[0016] 最后，所述步骤4)沉积的铜涂层厚度为10~20mm。
[0017] 与现有技术相比，本发明的优点在于：利用冷喷涂技术将铜-陶瓷(Ab化、SiC、 Si3N4、化3C2、TiC或者Zr化)复合粉末沉积于铜铸件高炉风口表面，利用陶瓷颗粒的高硬度及 高速度清洁喷嘴，巧实已沉积涂层，获得大厚度，高结合强度的涂层，同时保证涂层中基本 不含有陶瓷颗粒，不降低涂层导热率，W此实现对铜铸件高炉风口的修复。本发明的优点在 于：1、采用冷喷涂制备了大厚度涂层，涂层与基体能够实现冶金结合，保证了涂层的结合强 度，与焊接技术、氧乙烘喷焊及传统热喷涂相比具有无与伦比的优势，同时，粉末粒子沉积 效率高，与更换新的高炉风口相比能够显著降低成本；2、采用铜-陶瓷(Ab化、SiC、Si3N4、 Cr3C2、TiC或者Zr化)复合粉末制备的铜涂层致密性高，氧含量低，具有很高的导热性，降低 高炉风口在使用过程中的溫度，同时保证了冷喷涂喷嘴不堵塞，降低了喷涂成本。
【附图说明】
[0018] 图1.1~1.2是本发明实施例1中未修复前高炉风口表面破损处的结构示意图；
[0019] 图2.1~2.2是实施例1冷喷涂修复后的高炉风口的结构示意图；
[0020] 图3是实施例1涂层加工平整后的高炉风口的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021] W下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0022] 实施例1
[0023] (a)对铜铸件高炉风口表面破损处(如图1)进行除油、干燥、喷砂处理。
[0024] (b)选取球形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 为冷喷涂粉末，其中球形Cu粉末材料作为冷喷涂粉末的软质相，A12化、SiC、Si3N4、化3C2、TiC 或者Zr化陶瓷粉末做为冷喷涂粉末的硬质相，其配比是在Cu粉末材料里添加质量比为1% 的陶瓷粉末，制成复合粉末材料，化粉末材料粒度为如m-75ym，陶瓷粉末粒度为5-45WI1。
[0025] (C)将步骤(b)配制的复合粉末材料在混料机中混匀，在喷涂前放入烘箱预热，预 热溫度为150°C，保溫时间为1小时。
[0026] (d)对步骤(a)处理的铜铸件高炉风口装夹在专用操作台上，采用冷喷涂技术在铜 铸件高炉风口破损面沉积铜涂层。冷喷涂工艺参数为:工作气体和送粉气体均为化，喷涂压 力2MPa，喷涂溫度600°C，喷涂距离30mm。修复后的高炉风口表面如图2所示；
[0027] (e)对铜铸件高炉风口表面的铜涂层进行机械加工，保证涂层与高炉风口表面高 度一致。加工平整后的高炉风口如图3所示。
[0028] 实施例1制备的样品性能测试结果
[0029]
[0030]
[0031] 实施例2
[0032] (a)对铜铸件高炉风口表面破损处进行除油、干燥、喷砂处理。
[0033] (b)选取球形Cu粉末材料W及陶瓷粉末(Al203、SiC、Si3N4、Cr3C2、TiC或者化02)做 为冷喷涂粉末，其中球形Cu粉末材料作为冷喷涂粉末的软质相，A12化、SiC、Si3N4、化3C2、TiC 或者Zr化陶瓷粉末做为冷喷涂粉末的硬质相，其配比是在化粉末材料里添加质量比为10% 的陶瓷粉末，制成复合粉末材料。其中，Cu粉末材料粒度为扣m-75ym，陶瓷粉末粒度为5-45μ ΓΠ 〇
[0034] (C)对步骤(b)配制的复合粉末材料在混料机中混匀，在喷涂前放入烘箱预热，预 热溫度为150°C，保溫时间为1小时。
[0035] (d)对步骤(a)处理的铜铸件高炉风口装夹在专用操作台上，采用冷喷涂技术在铜 铸件高炉风口破损面沉积铜涂层。冷喷涂工艺参数为:工作气体和送粉气体均为化，喷涂压 力3MPa，喷涂溫度600°C，喷涂距离30mm。
[0036] (e)对铜铸件高炉风口表面的铜涂层进行机械加工，保证涂层与高炉风口表面高 度一致。
[0037] 实施例2制备的样品性能测试结果 [00；3 引
[0039] 实施例3
[0040] (a)对铜铸件高炉风口表面破损处进行除油、干燥、喷砂处理。
[0041 ] (b)选取球形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 为冷喷涂粉末，其中球形Cu粉末材料作为冷喷涂粉末的软质相，A12化、SiC、Si3N4、化3C2、TiC 或者Zr化陶瓷粉末做为冷喷涂粉末的硬质相，其配比是在化粉末材料里添加质量比为20 % 的陶瓷粉末，制成复合粉末材料。其中，Cu粉末材料粒度为扣m-75ym，陶瓷粉末粒度为5-45μ ΓΠ 〇
[0042] (C)对步骤(b)配制的复合粉末材料在混料机中混匀，在喷涂前放入烘箱预热，预 热溫度为150°C，保溫时间为1小时。
[0043] (d)对步骤(a)处理的铜铸件高炉风口装夹在专用操作台上，采用冷喷涂技术在铜 铸件高炉风口破损面沉积铜涂层。冷喷涂工艺参数为:工作气体和送粉气体均为化，喷涂压 力3MPa，喷涂溫度800°C，喷涂距离30mm。
[0044] (e)对铜铸件高炉风口表面的铜涂层进行机械加工，保证涂层与高炉风口表面高 度一致。
[0045] 实施例3制备的样品性能测试结果
[0046]
[0047] 实施例4
[0048] (a)对铜铸件高炉风口表面破损处进行除油、干燥、喷砂处理。
[0049] (b)选取球形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 为冷喷涂粉末，其中球形CU粉末材料作为冷喷涂粉末的软质相，A12化、SiC、Si3N4、化3C2、TiC 或者Zr化陶瓷粉末做为冷喷涂粉末的硬质相，其配比是在化粉末材料里添加质量比为35 % 的陶瓷粉末，制成复合粉末材料。其中，Cu粉末材料粒度为扣m-75ym，陶瓷粉末粒度为5-45μ ΓΠ 〇
[0050] (C)对步骤(b)配制的复合粉末材料在混料机中混匀，在喷涂前放入烘箱预热，预 热溫度为150°C，保溫时间为1小时。
[0051] (d)对步骤(a)处理的铜铸件高炉风口装夹在专用操作台上，采用冷喷涂技术在铜 铸件高炉风口破损面沉积铜涂层。冷喷涂工艺参数为:工作气体和送粉气体均为化，喷涂压 力4MPa，喷涂溫度800°C，喷涂距离35mm。
[0052] (e)对铜铸件高炉风口表面的铜涂层进行机械加工，保证涂层与高炉风口表面高 度一致。
[0053] 实施例4制备的样品性能测试结果
[0化4] [Ο化5]
【主权项】
1. 一种铜铸件高炉风口表面破损的修复方法，其特征在于包括以下步骤： 1) 对需要修复的铜铸件高炉风口表面破损处进行预处理； 2) 制备铜-陶瓷复合粉末材料:选取球形Cu粉末材料作为冷喷涂粉末的软质相，Al2〇3、 31(：、51必4、0 3(：2、11(：或者2抑2陶瓷粉末做为冷喷涂粉末的硬质相，制成复合粉末材料，其配 比是在Cu粉末材料里添加质量比为1 %~35%的陶瓷粉末； 3) 将上述配制好的复合粉末材料在混料机中混匀，在喷涂前放入烘箱预热，预热温度 为140~160 °C，保温时间为1~2小时； 4) 将步骤1)处理后的铜铸件高炉风口装夹在操作台上，采用冷喷涂技术在铜铸件高炉 风口表面破损处沉积铜涂层，冷喷涂工艺参数为:工作气体和送粉气体均为N 2，喷涂压力为 2~4MPa，喷涂温度微为600~800 °C，喷涂距离为30~35mm; 5) 最后，对铜铸件高炉风口表面的铜涂层进行机械加工，使铜涂层与高炉风口表面高 度一致。2. 根据权利要求1所述的修复方法，其特征在于:所述步骤1)的预处理是指除油、干燥、 喷砂处理。3. 根据权利要求1所述的修复方法，其特征在于:所述步骤2)中铜粉末材料的粒度为5μ m~75μπι，陶瓷粉末的粒度为5~45μπι。4. 根据权利要求1所述的修复方法，其特征在于:所述步骤3)的预热温度为150°C，保温 时间为1小时。5. 根据权利要求1所述的修复方法，其特征在于:所述步骤4)沉积的铜涂层厚度为10~ 20mm 〇
【文档编号】C23C24/04GK106011348SQ201610548565
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月11日
【发明人】崔烺, 马冰, 陈杰, 戴宇, 冯胜强, 刘光, 郑子云, 贾利, 李娜
【申请人】中国兵器科学研究院宁波分院