一种风口强化功能梯度材料的制造方法技术

本发明专利技术涉及一种风口强化功能梯度材料的制造方法，先清理铜基体风口内壁和小端油污、灰尘，预热到500℃左右；在铜基体风口上堆焊Ni202过渡层；在过渡层上堆焊CoGrW强化层；对强化层进行喷砂毛化处理使表面平整，整个堆焊层厚3mm左右；为了防止CoGrW强化层在使用中应导热系数不同而出现裂纹，对CoGrW强化层预热后，再等离子喷涂厚0.5mm的ZrO2热障涂层。本发明专利技术堆焊有过渡层、强化层，等离子喷涂热障涂层，堆焊层可达到使用所需要的厚度和冶金结合强度，保证使用时不脱落，又能使铜基体风口工作时受热障涂层保护，减小强化层因热应力的开裂或脱落，硬度高、耐磨性好、成本低、生产效率高。使用寿命达到10个月。

【技术实现步骤摘要】
-种风口强化功能梯度材料的制造方法
本专利技术涉及属于低合金高强度用钢板生产
，主要涉及一种高炉风口强化 的新型功能梯度材料的制造方法。
技术介绍
风口是高炉冶炼生铁生产中一个关键备件，高炉风口工作环境严峻，它处在 2000°C以上的高温炉缸内，承受高温区的辐射和对流热冲击，风口前端受到1500°C左右的 液态渣铁和高速循环运动的炽热物料的冲刷，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，这些不利因素都加剧了风口破损。 风口恶劣的使用环境使其易损易耗，其失效形式根据实地考察和分析风口的主要 失效形式分别为烧蚀、磨损、龟裂，这些导致冶炼成本增加、质量降低、需要停机更换风口导 致高炉生产效率下降。因此对该部件尤其是在条件最为恶劣的炉膛侧内外表面的强化十分 必要。 目前，国内外主要采用等离子热喷涂的方法，将粉或丝状的强化材料在高温高速 的射流中融化，喷涂到风口炉膛侧的内外表面上形成强化涂层。然而，热喷涂方法虽然涂层 成形较方便，但因其与基体一般只能形成机械结合，冷却过程中，因涂层与基体的热膨胀系 数不同而会在两者的结合面上产生使两者分离的应力，而且随涂层厚度的增加，此应力将 累积增加，最终会导致涂层与风口本体结合破坏而使两者分离，因此难以获得厚涂层。而若 喷涂较薄涂层，因涂层较薄且孔隙难以避免，导致强度不足，难以承受高热煤粉的热冲刷而 易损坏，不能满足实际工况的使用要求。 第二种是采用熔焊的方法。此方法可以获得熔焊厚层，且可与风口本体形成冶金 结合，使两者在使用时不易分离。但是，因熔焊成形输入热量大，多层堆焊时的热量积累使 风口易产生变形，风口尺寸较小而成形不方便，而且堆焊层导热性不好，易产生裂纹而剥 落，使用效果不好，寿命低。 有的对高炉风口进行表面共渗合金元素强化，使表面形成铜合金渗层；在铜合金 表面采用热喷涂法形成表面强化层。共渗合金元素包括纟1、51、(：11、？ 6、胃、稀土元素。热喷 涂法包括等离子喷涂法、电弧喷涂法或火焰喷涂法。热喷涂材料为Al2O 3或Zr02、Al203+Ni、 TiC+Ni 或 W+Co。
技术实现思路
本专利技术旨在降低原型钢种制造成本，并针对上述
技术介绍
的现状，提供一种生产 成本低、过程简单、易于控制；适于手弧焊、埋弧焊和气体保护焊焊接制造工艺，焊接后具有 优异力学性能的风口强化功能梯度材料的制造方法。 本专利技术目的的实现方式为，，具体步骤如 下： (1)清理铜基体风口内壁和小端的油污、灰尘，并预热到500±50°C ; (2)在铜基体风口上堆焊一层镍铜合金Ni202作为功能梯度材料的过渡层，镍铜 合金 Ni202 成分为 C 彡 0· 15, Mn 彡 4, Si 彡 L 5, Ni 62-69, Fe 彡 2. 5, Ti 彡 1，Nb 彡 2. 5， S 彡 0· 015, P 彡 0· 02, Al 彡 0· 75, Cu 余量； (3)在步骤（2)的过渡层上再堆焊一层CoCrW作为功能梯度材料的强化层，钴铬 钨（CoCrW)合金的基本成分是：Co:50%?58%，Cr:28%?30%，W:4%?6%，Ni:2%? 4%，熔点为 1470°C ; (4)对步骤（3)的强化层进行喷砂毛化处理，使强化层厚2±0· 5mm，表面平整； (5)将步骤（4)的强化层预热到300±50°C，在强化层上喷涂一层厚0· 5mm的ZrO2 热障涂层。 本专利技术以堆焊Ni202材料和CoCrW材料作为强化层，喷涂ZrO2作为热障涂层，既 能使堆焊层达到使用所需要的厚度和冶金结合强度，保证使用时不脱落，又能使复合强化 的铜基体风口工作时受到热障涂层的保护，减小强化层因热应力开裂或者脱落的趋势，同 时成本不高、生产效率满足要求。可以大大的提高铜基体风口的使用寿命，使其寿命由现在 的7个月提高到10个月。 本 申请人:采用堆焊和等离子喷涂强化复合方法与现有技术相比，本专利技术的优点如 下： (1)采用堆焊的方式焊强化层，强化层与过渡层结合为冶金结合，较常规强化方法 的等离子喷涂强化层与基体的机械结合方式，强化层结合力远大于常规方法，保证铜基体 风口在使用过程中强化层不剥落失效； (2)采用过渡层+强化层+热障涂层的功能梯度材料设计，层与层之间熔合良好， 即可以提高粘接强度又可以大大减小层间的残余应力和热应力； (3)过渡层采用镍铜合金材料Ni202,可完成从纯铜到异种材料的过渡； (4)强化层采用钴铬钨热稳定性较好，有很好的抗热腐蚀性能和耐磨性，在 1000°C以上具有优异的抗热腐蚀性能； (5)喷涂热障涂层可以效隔离铜基体风口管道中的热风和高炉内铁水的冲蚀，降 低铜基体风口工作温度，而且喷涂热障涂层可以减缓堆焊层因导热性下降而产生裂纹的倾 向； (6)大大的提高铜基体风口的使用寿命，使其使用寿命由现在的7个月提高到10 个月。 【附图说明】 图1为在铜基体上堆焊的Ni202过渡层焊道形貌图； 图2为过渡层Ni202焊道的横截面形貌图； 图3为过渡层Ni202纵截面图及润湿角形貌图； 图4为过渡层Ni202纵截面500倍的显微图。 【具体实施方式】 本专利技术采用堆焊+喷涂技术制备高炉铜基体风口强化层，可以大大提高铜基体风 口的使用寿命。本 申请人:采用本专利技术前整铸高炉风口一年消耗量：1〇*12/3 = 40(件），采 用后高炉风口一年消耗量：：10*12/8 = 15(件）；年均消耗量降低近60%。 本专利技术的具体步骤如下： 先将铜基体风口强化面做净化处理，并预热到500±50°C。 在铜基体风口 2上堆焊一层镍铜合金Ni202作为功能梯度材料的过渡层1，镍铜 合金 Ni202 成分为 C 彡 0· 15, Mn 彡 4, Si 彡 L 5, Ni 62-69, Fe 彡 2. 5, Ti 彡 1，Nb 彡 2. 5， S 彡 0· 015, P 彡 0· 02, Al 彡 0· 75, Cu 余量。 镍铜合金材料Ni202(美国牌号为ERNiCu-7)，可与紫铜基体较好的熔合，是连接 异种金属良好的过渡层材料，可完成从纯铜到异种材料的过渡。 堆焊镍铜合金附202采用肌6焊机，附202焊丝直径1.2臟，基值电流让=100八， 峰值电压Up = 32V，采用95 % Ar+5 % CO2混合气。镍铜合金附202过渡层1厚1.5-2.5_， 堆角左边为71.4°，右边为67. 6°。 在铜基体风口上堆焊的Ni202过渡层焊道形貌图见图1 ;过渡层Ni202焊道的横 截面形貌图见图2 ;过渡层Ni202纵截面图及润湿角形貌图见图3 ;过渡层Ni202纵截面的 500倍显微图见图4。 对过渡层进行清洁处理，预热到300±50°C，然后在过渡层上再堆焊一层 I. 5-2. 5mm厚的CoCrW作为功能梯度材料的强化层，缓冷到室温。钴铬钨（CoCrW)合金的基 本成分是：Co:50%?58%，Cr:28%?30%，W:4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风口强化功能梯度材料的制造方法，其特征在于具体步骤如下：(1)清理铜基体风口内壁和小端的油污、灰尘，并预热到500±50℃；(2)在铜基体风口上堆焊一层镍铜合金Ni202作为功能梯度材料的过渡层，镍铜合金Ni202成分为C≤0.15，Mn≤4，Si≤1.5，Ni 62‑69，Fe≤2.5，Ti≤1，Nb≤2.5，S≤0.015，P≤0.02，Al≤0.75，Cu余量；(3)在步骤(2)的过渡层上再堆焊一层CoCrW作为功能梯度材料的强化层，钴铬钨(CoCrW)合金的基本成分是：Co:50％～58％,Cr:28％～30％,W:4％～6％,Ni:2％～4％，熔点为1470℃；(4)对步骤(3)的强化层进行喷砂毛化处理，使强化层厚2±0.5mm，表面平整；(5)将步骤(4)的强化层预热到300±50℃，在强化层上喷涂一层厚0.5mm的ZrO2热障涂层。

【技术特征摘要】
1. 一种风口强化功能梯度材料的制造方法，其特征在于具体步骤如下： (1) 清理铜基体风口内壁和小端的油污、灰尘，并预热到500±50°C ; (2) 在铜基体风口上堆焊一层镍铜合金Ni202作为功能梯度材料的过渡层，镍铜合 金 Ni202 成分为 C 彡 0? 15, Mn 彡 4, Si 彡 1. 5, Ni 62-69, Fe 彡 2. 5, Ti 彡 1，Nb 彡 2. 5， S 彡 0? 015, P 彡 0? 02, A1 彡 0? 75, Cu 余量； (3) 在步骤（2)的过渡层上再堆焊一层CoCrW作为功能梯度材料的强化层，钴铬钨 ((：〇(：1^)合金的基本成分是：(：〇:50%?58%，0:28%?30%，:4%?6%，附：2%?4%， 熔点为1470°C ; (4) 对步骤（3)的强化层进行喷砂毛化处理，使强化层...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆隆文，赵思，胡坚，张海鸥，王桂兰，钟毅，董汉东，李向伟，陈畏林，张正东，
申请(专利权)人：武汉钢铁集团公司，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42