CN102560318B - 铜基体表面防护用耐磨耐蚀电弧喷涂粉芯丝材 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于铜基体表面防护用耐磨耐蚀电弧喷涂粉芯丝材及制备方法，主要解决现有喷涂提高风口小套寿命存在的结合强度低，涂层易脱落，抗机械冲击性差，并在使用中导致风口的导热能力逐渐下降，风口壁温度不断上升，易发生熔损的技术问题。本发明的技术方案：铜基体表面防护用耐磨耐蚀电弧喷涂粉芯丝材，其特征是所述的粉芯丝材外皮为铝的质量百分含量为2～4％的铜铝合金带，所述的粉芯丝材药粉成分质量百分含量如下：金属铬：1～2％，金属锆：0.5～2％，金属银：0.1～1％，余量：金属铜。本发明主要用于高炉风口小套表面抗烧蚀磨损，成本低。

Description

铜基体表面防护用耐磨耐蚀电弧喷涂粉芯丝材

技术领域

本发明涉及一种用于铜基体表面防护用耐磨耐蚀电弧喷涂粉芯丝材及制备方法，主要用于高炉风口小套表面抗烧蚀磨损，成本低。

背景技术

自19世纪现代高炉炼铁产生以来，风口小套一直是高炉生产所必需的关键部件。其使用寿命的长短直接影响到高炉生产的安全、低耗、顺行和高效。对于大中型高炉而言，每座高炉有14～40个风口，其平均使用寿命是2～3个月，高炉上有多个风口，一座高炉平均每月更换风口6～9次。我国有数百座高炉，因频繁更换风口休风导致每年少产上百万吨生铁，减少产值近十亿元，因此，延长风口使用寿命，提高经济效益和社会效益，成为目前高炉迫切需要解决的问题。

由于纯铜导热性优良，水冷效果好，目前国内高炉风口小套大多由纯铜制造。但纯铜耐磨性能、耐高温性能、抗氧化性能不佳，风口小套主要以三种方式损坏：1)被高炉内的渣铁熔蚀损坏；2)风口小套前表面的氧化龟裂和磨损；3)煤粉的冲刷侵蚀，平均寿命只有2～3个月。可以通过表面进行强化达到提高纯铜风口小套寿命的目的。

目前常见的提高高炉风口小套使用寿命的喷涂方法的主要问题是涂层基体结合强度低，涂层易脱落，抗机械冲击性差，并在使用中导致风口的导热能力逐渐下降，风口壁温度不断上升，易发生熔损。急需找到一种喷涂材料解决上述方法中存在的问题。

发明内容

本发明的目的在提供一种用于铜基体表面防护用耐磨耐蚀电弧喷涂粉芯丝材及制备方法，主要解决现有喷涂提高风口小套寿命存在的结合强度低，涂层易脱落，抗机械冲击性差，并在使用中导致风口的导热能力逐渐下降，风口壁温度不断上升，易发生熔损的技术问题。本发明在提高风口小套表面硬度、耐高温、耐腐蚀、耐磨损的性能的同时，解决强化层与基体结合差，降低铜基体导热率的问题。

本发明的技术方案为：铜基体表面防护用耐磨耐蚀电弧喷涂粉芯丝材，所述的粉芯丝材外皮为铝的质量百分含量为2～4％的铜铝合金带，所述的粉芯丝材药粉成分质量百分含量如下：

金属铬：1～2％，金属锆：0.5～2％，金属银：0.1～1％，余量：金属铜。

其中各种成分作用如下：

铜铝合金：在喷涂后的热处理过程中，在氮气气氛下，利用喷涂过程中获得的氧，使得铜铝合金中的铝发生选择性氧化，原位生成弥散分布的氧化铝颗粒，形成氧化铝颗粒弥散强化的铜合金。所得到的氧化铝颗粒细小、分布均匀，阻止位错在基体中的运动，起到很好的弥散强化作用，大大提高涂层硬度和软化温度，并且强化层具有较高的导热率，且不影响风口基体的导热率，得到了高性能的强化层。并且铜铝合金中铝含量为2～4wt％，这样生成的氧化铝含量不会太高进而影响材料的导热性能，也不会太低而降低弥散强化的效果。

金属铬、锆：增加涂层的耐蚀性；铬、锆能在铜中形成过饱和固溶体，强度与纯铜相比有所提高，通过时效处理，使过饱和固溶体分解，合金元素以一定形式析出，弥散分布在基体中形成沉淀相，沉淀相有效地阻止晶界和位错的运动，使合金强度大大增加，同时，沉淀析出的第二相引起的点阵畸变对电子的散射作用要比铜基体中固溶原子引起的散射作用小的多，在脱溶后合金能获得较高的导热率，这样就在较少影响铜的导热率同时提高涂层的硬度、耐磨性能。铬在常温下在铜中的溶解度为0.1wt％，若铬的含量低于0.1wt％则不能引起沉淀强化效果，但是随着铬含量的增加，当超过2％，合金内部元素的偏析与成分偏聚会逐渐加剧，这就会影响材料的导热性能。锆在常温时在铜中的溶解度为0.05wt％，微量锆的添加增加析出强化效果，并能促进锆的均匀分布，但是加入过多同样会造成材料导热性能的下降。

金属银：银对铜的导热率影响很小，并能有效提高涂层的强度和硬度，增加涂层的抗氧化性。由于金属银在铜中的溶解度在常温时为0.1％，银的加入量低于0.1％时不能很好的起到提高涂层的强度的效果，但是银的加入量过高则会降低材料的导热性能。

铜基体表面防护用耐磨耐蚀电弧喷涂粉芯丝材制备方法采用现有技术，包括以下步骤：

1、将铜铝合金带轧成U形，再向U形槽中加入本发明喷涂丝总重的32～38％的本发明粉芯粉末；

2、将U形槽合口，使粉芯包裹在其中，通过拉丝模，逐道拉拔、减径，最后使其直径达到2mm，得到最终产品。

本发明的有益效果：本发明电弧喷涂粉芯丝材为铜合金，所得到喷涂层与基体都为铜合金，所以喷涂层与基体润湿性好，结合强度高。可在热处理的过程中，强化层与基体之间发生扩散焊接，进一步提高强化层与基体的结合强度。经过以上处理的铜基体表面电弧喷涂涂层性能可达到硬度HV≥200，软化温度≥800℃，结合强度≥50MPa；导热率≥纯铜的70％，耐磨性能、耐高温性能、抗氧化性能大幅度提高。本发明工艺简单，成本低，生产效率高，适合大规模生产。

具体实施方式

实施例1

外包层选用宽10mm，厚0.2mm的铜铝合金带(铝的质量百分含量为2％)，制成Ф2mm的粉芯丝材，粉芯填充率为32％。所述的粉芯丝材药粉成分质量百分含量如下：金属铬：1％；金属锆：0.5％；金属银：0.1％；金属铜：98.4％。

按上述规范制成的粉芯丝材经电弧喷涂于纯铜基体，再经过热处理形成的喷涂层，HV硬度为215，软化温度为805℃，结合强度60MPa，导热率为纯铜的86％。

实施例2

外包层选用宽10mm，厚0.2mm的铜铝合金带(铝的质量百分含量为2.5％)，制成Ф2mm的粉芯丝材，粉芯填充率为34％。所述的粉芯丝材药粉成分质量百分含量如下：金属铬：1.2％；金属锆：0.8％；金属银：0.3％；金属铜：97.7％。

按上述规范制成的粉芯丝材经电弧喷涂于纯铜基体，再经过热处理形成的喷涂层，HV硬度为229，软化温度为806℃，结合强度57MPa，导热率为纯铜的84％。

实施例3

外包层选用宽10mm，厚0.2mm的铜铝合金带(铝的质量百分含量为3％)，制成Ф2mm的粉芯丝材，粉芯填充率为35％。所述的粉芯丝材药粉成分质量百分含量如下：金属铬：1.5％；金属锆：1％；金属银：0.5％；金属铜：97％。

按上述规范制成的粉芯丝材经电弧喷涂于纯铜基体，再经过热处理形成的喷涂层，HV硬度为243，软化温度为810℃，结合强度54MPa，导热率为纯铜的82％。

实施例4

外包层选用宽10mm，厚0.2mm的铜铝合金带(铝的质量百分含量为3％)，制成Ф2mm的粉芯丝材，粉芯填充率为36％。所述的粉芯丝材药粉成分质量百分含量如下：金属铬：1.5％；金属锆：1％；金属银：0.5％；金属铜：97％。

按上述规范制成的粉芯丝材经电弧喷涂于纯铜基体，再经过热处理形成的喷涂层，HV硬度为253，软化温度为812℃，结合强度52MPa，导热率为纯铜的79％。

实施例5

外包层选用宽10mm，厚0.2mm的铜铝合金带(铝的质量百分含量为4％)，制成Ф2mm的粉芯丝材，粉芯填充率为37％。所述的粉芯丝材药粉成分质量百分含量如下：金属铬：1.5％；金属锆：1％；金属银：0.5％；金属铜：97％。

按上述规范制成的粉芯丝材经电弧喷涂于纯铜基体，再经过热处理形成的喷涂层，HV硬度为260，软化温度为820℃，结合强度52MPa，导热率为纯铜的75％。

实施例6

外包层选用宽10mm，厚0.2mm的铜铝合金带(铝的质量百分含量为4％)，制成Ф2mm的粉芯丝材，粉芯填充率为38％。所述的粉芯丝材药粉成分质量百分含量如下：金属铬：2％；金属锆：2％；金属银：1％；金属铜：95％。

按上述规范制成的粉芯丝材经电弧喷涂于纯铜基体，再经过热处理形成的喷涂层，HV硬度为262，软化温度为830℃，结合强度51MPa，导热率为纯铜的73％。

按照本发明制成的粉芯丝材经电弧喷涂于纯铜基体，得到的涂层性能优异，完全满足高炉风口性能要求。从实验得出，当外层铜铝合金带中铝质量百分含量为3％，粉芯填充率为35％，粉芯丝材中药粉成分质量百分含量：金属铬1.5％，金属锆为1％，金属银为0.5％，金属铜为97％时性能最好，涂层的硬度、软化温度都较高，同时导热率也能满足要求。采用该成分得到的涂层性能与普通的铬锆铜风口性能对比如下：

Claims (2)

1.铜基体表面防护用耐磨耐蚀电弧喷涂粉芯丝材，其特征是所述的粉芯丝材外皮为铝的质量百分含量为2～4％的铜铝合金带，所述的粉芯丝材药粉成分质量百分含量如下：金属铬：1～2％，金属锆：0.5～2％，金属银：0.1～1％，余量：金属铜。

2.根据权利要求1所述的铜基体表面防护用耐磨耐蚀电弧喷涂粉芯丝材，其特征是铜铝合金带中铝质量百分含量为3％，粉芯丝材中药粉成分质量百分含量如下：金属铬1.5％，金属锆为1％，金属银为0.5％，金属铜为97％。