CN109930148B - 基于低压冷喷涂增材制造技术制备铜水套的方法及粉末 - Google Patents
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Abstract
基于低压冷喷涂增材制造技术制备铜水套的方法及粉末，喷涂前对制备铜水套要用到的铜板和铜管进行喷砂处理，除去铜板和铜管冷喷涂表面的氧化皮和污渍；S2、采用自制的粉末材料对经喷砂处理后的铜板与铜管进行冷喷涂增材制备；喷涂参数为：冷喷涂工作气体为压缩空气，载气温度为260‑320℃，载气压力为0.6‑0.8MPa，喷涂距离为10‑20mm，喷涂速度为0.4‑0.6m/s；S3、将冷喷涂制备的铜水套放入热处理炉中，热处理2‑4h后，随炉冷却，取出，即得制备好的铜水套。按质量百分比计，粉末的组分为：电解铜粉55%‑65%；雾化铜粉25%‑35%；Al2O3粉10%；各组分的重量百分比之和为100%。
Description
技术领域
本发明涉及低压冷喷涂增材制造技术。
背景技术
铜水套作为冷却设备安装在冶金炉窑的炉腰、炉腹、炉身等高热流区域，避免这些区域过热而损坏。
冷喷涂亦称之为冷气体动力喷涂，它是以压缩气体（空气、氦气、氮气和混合气体等）为加速介质，承载固态的金属粒子以高速撞击基板，粒子因产生剧烈的塑性形变而沉积成涂层的一种新型的喷涂工艺。冷喷涂技术有以下特点：（1）加热温度较低：粉末粒子在喷涂过程中，在非氧化性的热气流中加速，由于加热温度低，涂层几乎不会被氧化，冷喷涂涂层与原始粉末的氧含量相差无几，不会发生熔化和蒸发现象。（2）对基体的热影响小：对基体材料的组织结构影响很小，使得基体材料有很大的选择范围，能够使不同类别的材料结合优良。（3）涂层孔隙率低：冷喷涂涂层是速度很大的粒子以固态碰撞基板发生塑性形变而沉积成的，涂层未经过熔融状态冷却，没有发生体积变化，后续粒子对已有涂层进行冲击，夯实作用使得涂层具有很低的孔隙率。
铜具有良好的导电和导热性能，在电气和制冷工业中都有广泛的应用，而且其自身延展性好这一特点非常适合于冷喷涂。目前，铜水套基本上是采用铸造工艺手段将铜管预埋在铸型内，浇注铸入纯铜基体内的方式制成。典型地，如中国专利文献CN205482383U，其公开了一种埋管式浇铸铜水套的制备方法，包括由铸件本体及设于所述铸件本体内的冷却铜管构成的弧形水套块，该铜水套由多段所述水套块拼接构成，所述铸件本体为弧形结构，在贴合所述铸件本体内壁设有耐火砖，所述耐火砖一侧壁与所述铸件本体贴合，另一侧壁为与炉壁配合贴合的弧形面，所述铸件本体两侧为相互拼接的结合面。基于前述的步骤制备铜水套，使用寿命长，导热效果好，但相对而言，该制备方法较传统，工艺较复杂，成本较高。而目前现有技术中的铜水套也具有难以形成,工艺复杂，容易出现铸造缺陷导致导热冷却性能差，难以加工制作的问题。
发明内容
本发明的目的是提供了一种基于低压冷喷涂增材制造技术制备铜水套的方法及粉末。本发明是基于低压冷喷涂增材制造技术制备铜水套的方法及粉末，基于低压冷喷涂增材制造技术制备铜水套的方法，其步骤为：
（1）喷涂前对制备铜水套要用到的铜板和铜管进行喷砂处理，除去铜板和铜管冷喷涂表面的氧化皮和污渍；
（2）采用粉末材料对经喷砂处理后的铜板与铜管进行冷喷涂增材制备；喷涂参数为：冷喷涂工作气体为压缩空气，载气温度为260-320℃，载气压力为0.6-0.8MPa，喷涂距离为10-20mm，喷涂速度为0.4-0.6m/s；
（3）将冷喷涂制备的铜水套放入热处理炉中，热处理2-4h后，随炉冷却，取出，即得制备好的铜水套。
用于以上所述的基于低压冷喷涂增材制造技术制备铜水套的方法的粉末，按质量百分比计，其组分为：
电解铜粉55%-65%；雾化铜粉25%-35%；Al2O3粉10%；各组分的重量百分比之和为100%。
本发明目的是解决生产铜水套出现的铸造缺陷问题,提供一种由冷喷涂净近成型，结构简单稳定，导热冷却效果好的铜水套及其制作方法。本发明的生产工艺简便，生产设备成本低，避免了铸造生产铜水套中出现的气孔、铜管熔穿、铜板与铜管的连接处出现铸造缺陷等问题，能保证铜水套的热交换效果。
附图说明
图1低压冷喷涂制备铜水套的示意图，图2是低压冷喷涂增材制备铜水套使用电解铜粉末的SEM显微照片 ，图3 是低压冷喷涂增材制备铜水套使用Al2O3粉末的SEM显微照片，图4是低压冷喷涂增材制备铜水套使用雾化铜粉末的SEM显微照片，图5为本发明实施例中低压冷喷涂增材制造技术制备的铜水套缩比件。
具体实施方式
本发明是基于低压冷喷涂增材制造技术制备铜水套的方法及粉末，基于低压冷喷涂增材制造技术制备铜水套的方法，其步骤为：
（1）喷涂前对制备铜水套要用到的铜板和铜管进行喷砂处理，除去铜板和铜管冷喷涂表面的氧化皮和污渍；
（2）采用粉末材料对经喷砂处理后的铜板与铜管进行冷喷涂增材制备；喷涂参数为：冷喷涂工作气体为压缩空气，载气温度为260-320℃，载气压力为0.6-0.8MPa，喷涂距离为10-20mm，喷涂速度为0.4-0.6m/s；
（3）将冷喷涂制备的铜水套放入热处理炉中，热处理2-4h后，随炉冷却，取出，即得制备好的铜水套。
以上所述的基于低压冷喷涂增材制造技术制备铜水套的方法，所述制备铜水套要用到的铜板，其边缘加工得到30°至60°范围内的坡度；用两个有坡度的铜板夹住铜管，在铜板的坡面和铜管上进行冷喷涂增材制造。
用于以上所述的基于低压冷喷涂增材制造技术制备铜水套的方法的粉末，按质量百分比计，其组分为：
电解铜粉55%-65%；雾化铜粉25%-35%；Al2O3粉10%；各组分的重量百分比之和为100%。
以上所述的基于低压冷喷涂增材制造技术制备铜水套的粉末，所述电解铜粉，粒度为20-35μm，其形状呈絮状；雾化铜粉，粒度为20-35μm，其形状呈球状或类球状；Al2O3粉是形状为多边形的α相Al2O3粉，粒度为10-40μm。
以上所述的基于低压冷喷涂增材制造技术制备铜水套的粉末，所述热处理温度为400-450℃。
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的基于低压冷喷涂增材制造技术制备铜水套的方法，包括如下步骤：如图1所示，S1、喷涂前对制备铜水套要用到的铜板和铜管进行喷砂处理，除去铜板和铜管冷喷涂表面的氧化皮和污渍；所述的铜板，需要在铜板边缘加工得到30°-60°范围内的坡度；用两个有坡度的铜板夹住铜管，在铜板的坡面和铜管上进行冷喷涂增材制造。
S2、采用粉末材料对经喷砂处理后的铜板与铜管进行冷喷涂增材制备；喷涂参数为：冷喷涂工作气体为压缩空气，载气温度为260-320℃，载气压力为0.6-0.8MPa，喷涂距离为10-20mm，喷涂速度为0.4-0.6m/s；所述粉末材料由以下质量百分比的原料制备而成：电解铜粉55%-65%；雾化铜粉25%-35%；Al2O3粉10%；各组分的重量百分比之和为100%。
如图2~图4所示，所述电解铜粉，粒度为20-35μm，其形状呈絮状；雾化铜粉，粒度为20-35μm，其形状呈球状或类球状；Al2O3粉是形状为多边形的α相Al2O3粉，粒度为10-40μm。将粉体材料按照上述比例，称取粉末，机械混合至均匀。
S3、将冷喷涂制备的铜水套放入热处理炉中，热处理2-4h后，随炉冷却，取出，即得制备好的铜水套；其中，所述热处理的温度为400-450℃。
本实施例中，低压冷喷涂增材制造技术制备铜水套使用的粉末配方中，电解铜粉的主要作用是粉末沉积、形成零件；雾化铜粉除了粉末沉积、形成零件的作用以外，还有夯实作用，提高增材制造零件的致密度；Al2O3粉末的主要作用是活化铜粉沉积表面和促进铜粉塑性变形。冷喷涂制备工作完成之后，需要进行退火热处理。热处理的温度是400- 450℃，在这个温度范围内热处理，完全消除了铜粉颗粒上的加工硬化现象，减少铜水套的内应力；另外，铜水套中的铜粉颗粒会发生一定程度的再结晶，粒子界面出现扩散现象，粒子间结合由机械咬合转变为冶金结合，铜粉颗粒之间的界面消失。热处理之后，铜水套的导热性能和机械性能得到大幅度的提高。
本实施例中的低压冷喷涂增材制造技术制备的铜水套，较之铸造所得铜水套，生产工艺简便，生产设备成本低，避免了铸造生产铜水套中出现的熔穿、气孔、铜板与铜管的连接处出现铸造缺陷等问题。 图5是按照本实施例中提供的方法和粉末制备的铜水套缩比件。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.基于低压冷喷涂增材制造技术制备铜水套的方法，其特征在于，其步骤为：
（1）喷涂前对制备铜水套要用到的铜板和铜管进行喷砂处理，除去铜板和铜管冷喷涂表面的氧化皮和污渍；
（2）采用粉末材料对经喷砂处理后的铜板与铜管进行冷喷涂增材制备；喷涂参数为：冷喷涂工作气体为压缩空气，载气温度为260-320℃，载气压力为0.6-0.8MPa，喷涂距离为10-20mm，喷涂速度为0.4-0.6m/s；
（3）将冷喷涂制备的铜水套放入热处理炉中，热处理2-4h后，随炉冷却，取出，即得制备好的铜水套；
基于低压冷喷涂增材制造技术制备铜水套的方法的粉末，按质量百分比计，其组分为：
电解铜粉55%-65%；雾化铜粉25%-35%；Al2O3粉10%；各组分的重量百分比之和为100%；
所述电解铜粉，粒度为20-35μm，其形状呈絮状；雾化铜粉，粒度为20-35μm，其形状呈球状或类球状；Al2O3粉是形状为多边形的α相Al2O3粉，粒度为10-40μm。
2.如权利要求1所述的基于低压冷喷涂增材制造技术制备铜水套的方法，其特征在于：所述制备铜水套要用到的铜板，其边缘加工得到30°至60°范围内的坡度；用两个有坡度的铜板夹住铜管，在铜板的坡面和铜管上进行冷喷涂增材制造。
3.如权利要求1所述的基于低压冷喷涂增材制造技术制备铜水套的方法，其特征在于：所述热处理温度为400-450℃。
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