氧枪喷头端面高温防护涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧枪喷头端面高温防护复合涂层及其制备方法。涂层由粘结层和陶瓷防粘层组成，粘结层采用喷涂在氧枪喷头端面基体上的NiCoCrAlY层，陶瓷防粘层采用喷涂在粘结层表面的ZrO

【技术实现步骤摘要】
氧枪喷头端面高温防护涂层及其制备方法
本专利技术属于氧枪表面改性
，具体涉及氧枪喷头端面高温防护复合涂层及其制备方法。
技术介绍
在钢铁冶金领域，氧枪喷吹转炉炼钢已成为主要的钢铁冶炼方法。氧枪作为氧气喷吹转炉炼钢的关键设备，是向转炉内供氧的主要工具，一般由氧枪喷头与几段普通20#钢管焊接而成。氧枪喷头主要由无氧铜棒材经锻压温挤加工而成，该材质在水冷低温条件下，与转炉冶炼过程中吹炼喷溅的液态钢渣润湿性好、易于粘结，氧枪喷头表面粘渣是严重影响冶炼质量和效率的关键问题，不仅降低转炉生产作业率，阻碍炼钢工艺连续性，增加现场工人操作难度和劳动强度，而且粘渣粘钢问题危及设备安全、妨碍生产调度、加大氧枪喷头投入量，增加生产成本，甚至可能会危及现场操作人员人身安全。鞍山热能院和本钢集团以防止氧枪粘渣、提高换枪效率为目标，联合设计了一种新型氧枪—复合锥度分体式氧枪，此分体式氧枪由枪尾、对接法兰、枪身、以及氧枪喷头组成，在枪身下端圆柱设计优化为锥度设计，增加钢液与氧枪的润湿角，使钢渣易于脱落，减少粘渣。鞍钢炼钢总厂齐志宇、李泽林、梅雪辉等人从喷氧管中氧气压力、马赫数、喉口直径、喷孔夹角等因素出发，对氧枪喷头结构优化设计，使氧枪喷头粘渣失效问题降低了5.48％，其寿命由503次提高到568次。莱芜钢铁集团毕永杰、俎勇、李全君等人研究了120t转炉返干几率大、溅渣高问题，将氧枪喷头喷氧孔由四个改进为五个，发现钢液的喷溅率下降了14％，有效降低了氧枪喷头的粘渣问题。尽管优化氧枪喷头参数和特性是提高氧枪寿命、改善喷氧参数以及提高氧枪寿命的有效方法，但是不能彻底解决粘渣粘钢问题。研究表明，采用表面工程技术优化氧枪喷头表面性能，防止氧枪喷头高温和粘渣损伤，提高氧枪寿命，才能更好解决氧枪喷头粘钢粘渣问题。例如：重庆大学和攀枝花钢铁公司的高家诚、宋启年、徐维华等人利用热喷涂技术，在氧枪枪身表面喷涂高温梯度防粘陶瓷涂层，陶瓷涂层材料与钢液较差的润湿性，有明显的防粘渣功能，同时涂层防粘技术的投资较低；首钢第二炼钢厂的王贵阳、刘瑞林、戴兵等人，开发出一种GM—C型炼钢耐高温防粘涂层，经实际生产使用，氧枪表面粘钢自行脱落，效果比较明显，一次喷头可以实现592炉不粘钢。此外，文献CN105220102A公开了一种通过减少氧枪喷头粘渣来延长氧枪喷头寿命的方法，该方法通过蒸气除油及吹洗除去铜质氧枪喷头表面有机污垢，得到洁净的氧枪喷头；采用等离子喷枪喷涂氧枪喷头表面，使氮化硼和铜质氧枪喷头结合，形成氮化硼涂层，氮化硼涂层不仅耐高温、耐腐蚀，且不与钢渣发生反应，从而能够减少转炉炼钢过程中氧枪喷头的粘渣量，延长了氧枪喷头的使用寿命。然而，氮化硼平均线膨胀系数α＝4.92×10-6/℃，无氧铜平均线膨胀系数α＝17.9×10-6/℃，二者差异较大，涂层在工作热循环热疲劳损伤过程中，容易造成涂层脱落失效。
技术实现思路
本专利技术目的之一在于提供一种使用寿命长、防粘防渣性能优异的氧枪喷头端面高温防护复合涂层。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案。一种氧枪喷头端面高温防护涂层，它是由粘结层和陶瓷防粘层组成，粘结层采用喷涂在氧枪喷头端面基体上的NiCoCrAlY层，陶瓷防粘层采用喷涂在粘结层表面的ZrO2-24MgO层。作为优选方案，NiCoCrAlY层中，Ni、Co、Cr、Al和Y的质量百分比分别为27～29:34～37:25～28:8～12:0.3～0.8。作为优选方案，粘结层是采用规格为75μm～35μm的NiCoCrAlY粉末经等离子喷涂工艺喷涂而成，粉末呈球形团聚粒子。作为优选方案，陶瓷防粘层采用是采用规格为90μm～11μm的粉末经等离子喷涂工艺喷涂而成，粉末颗粒呈角状和/或块状和/或球状。作为优选方案，ZrO2-24MgO层中，MgO质量百分比为15-30％，其余为ZrO2。作为优选方案，粘结层厚度为80～120μm，陶瓷防粘层的厚度为180～220μm。本专利技术目的之二在于提供前述氧枪喷头端面高温防护复合涂层的制备方法，步骤包括：步骤1，氧枪喷头端面打磨抛光，超声清洗后烘干备用；步骤2，氧枪喷头端面喷砂处理，喷砂粒度不大于30目；步骤3，采用大气等离子热喷涂工艺在氧枪喷头端面(无氧铜基体表面)喷涂NiCoCrAlY层(粘结层)；步骤4，采用大气等离子热喷涂工艺在NiCoCrAlY层表面喷涂ZrO2-24MgO层(陶瓷防粘层)。作为本专利技术的优选方案，在步骤3中，大气等离子热喷涂工艺的主要工艺参数：电弧电压65～75V，电弧电流380～420A，主气流量85～95L/min，次气流量6-8L/min，送粉气流量0.30-0.40L/min，喷涂距离80～100mm，喷枪移动速度7～9m/s。作为本专利技术的优选方案，在步骤4中，大气等离子热喷涂工艺的主要工艺参数：电弧电压75～85V，电弧电流480～520A，主气流量85～95L/min，次气流量8～10L/min，送粉气流量0.35～0.45L/min，喷涂距离80～100mm，喷枪移动速度7～9m/s。有益效果：(1)、本专利技术提供的氧枪喷头端面高温防护(复合)涂层，其在使用过程中与吹炼喷溅的液态钢渣润湿性显著下降，能够抵抗熔融锌、铁、钢、铜和铝的润湿，有效降低了氧枪喷头的粘渣问题；带有本专利技术(复合)涂层的氧枪喷头，使用寿命可达643.3次，相较于常规氧枪喷头，其寿命得到显著提高；(2)、采用本专利技术提供的氧枪喷头端面高温防护(复合)涂层，降低了喷头表面温度，减缓了温度梯度；(3)、本专利技术提供的氧枪喷头端面高温防护(复合)涂层与氧枪喷头端面(基体)的结合力好，具有优异的耐高温、耐高温氧化和耐高温腐蚀性能；(4)、本专利技术利用大气等离子热喷涂工艺就能成功构筑氧枪喷头端面高温防护(复合)涂层，所得涂层表面光滑平整、致密度高，与基体结合强度高，显著延长了氧枪喷头使用寿命，并且无环境污染；本专利技术氧枪喷头端面高温防护(复合)涂层的制备方法简单，经济实用，可用于工业化生产。附图说明本专利技术提供的氧枪喷头端面高温防护(复合)涂层在附图说明中简称涂层，图1：热循环加载过程图；图2：涂层微观组织结构。A：涂层微观组织结构，B：涂层表面微观组织形貌，C：涂层的粘结层截面微观组织形貌，D：涂层的陶瓷防粘层截面组织形貌；图3：基体涂层试件轴向和径向尺寸变化率趋势图；图4：基体和涂层试件结构尺寸变化率趋势图，A：基体与涂层结构尺寸变化率，B：基体与涂层体积变化率；图5：热循环200次后涂层表面形貌，A：热循环后涂层表面形貌，B:热循环后涂层表面析出物形貌；图6：热循环200次之后涂层截面形貌，A热循环后涂层截面组织结构，B热循环后涂层局部放大截面组织结构，C、D热循环后陶瓷顶层截面形貌；图7：热循环前后涂层截面SEM形貌和EDS能谱(A：热循环前，B：热循环后)；图8：热循环前后粘结层截面SEM形貌和E本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧枪喷头端面高温防护涂层，其特征在于：它是由粘结层和陶瓷防粘层组成，粘结层采用喷涂在氧枪喷头端面基体上的NiCoCrAlY层，陶瓷防粘层采用喷涂在粘结层表面的ZrO

【技术特征摘要】
1.一种氧枪喷头端面高温防护涂层，其特征在于：它是由粘结层和陶瓷防粘层组成，粘结层采用喷涂在氧枪喷头端面基体上的NiCoCrAlY层，陶瓷防粘层采用喷涂在粘结层表面的ZrO2-24MgO层。


2.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于：NiCoCrAlY层中，Ni、Co、Cr、Al和Y的质量百分比分别为27～29:34～37:25～28:8～12:0.3～0.8。


3.根据权利要求2所述的涂层，其特征在于：粘结层是采用规格为75μm～+35μm的NiCoCrAlY粉末经等离子喷涂工艺喷涂而成，粉末呈球形团聚粒子。


4.根据权利要求3所述的涂层，其特征在于：陶瓷防粘层采用是采用规格为90μm～+11μm的粉末经等离子喷涂工艺喷涂而成，粉末颗粒呈角状和/或块状和/或球状。


5.根据权利要求1-4任一项所述的涂层，其特征在于：ZrO2-24MgO层中，MgO质量百分比为15-30％，其余为ZrO2。


6.根据权利要求5所述的涂层，其特征在于：粘结层厚度为80～120μm，陶瓷防粘层的厚度为180～220...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴护林，解志文，向林，刘健，高旭，宁海青，陈永君，郭锋，苏艳，高诗情，邢志辉，刘鹏，
申请(专利权)人：中国兵器工业第五九研究所，辽宁科技大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50