專利名稱：一種高爐風(fēng)口激光熔覆鈷基合金涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高爐風(fēng)口表面強(qiáng)化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種激光熔覆在高 爐風(fēng)口的出風(fēng)口表面制備鈷基合金涂層的方法。
背景技術(shù)：
高爐風(fēng)口在高爐冶煉送風(fēng)所必需的設(shè)備中具有特殊地位，壽命長短直接 影響到高爐能否保持順行、獲得高產(chǎn)和降低煉鐵成本。其出風(fēng)口的工作環(huán) 境極為惡劣，它要承受高溫?zé)犸L(fēng)的高速?zèng)_刷，高溫焦塊的撞擊和沖蝕，以及 在噴吹煤粉條件下煤粉的磨損。此外，由于高爐風(fēng)口內(nèi)冷卻水溫度很低，風(fēng)口
壁外表面要承受來自回旋區(qū)的2000 。C左右的高溫輻射和1000 。C以上氣流及 渣鐵的對流換熱，導(dǎo)致風(fēng)口壁承受很大的溫度梯度以及有此而引起的熱應(yīng)力， 常造成高爐風(fēng)口過早報(bào)廢。生產(chǎn)中為解決這一問題，圍繞改進(jìn)高爐風(fēng)口結(jié) 構(gòu)和表面處理方法已形成以下專利
1、 采用改進(jìn)高爐風(fēng)口結(jié)構(gòu)的方法。美國專利2007235910公開了一種 螺旋腔組合式高爐風(fēng)口，可以使冷卻水在出風(fēng)口內(nèi)以一個(gè)方向流動(dòng)。中國 專利公開號2203977公開了一種均流雙腔組合式高爐風(fēng)口，解決了風(fēng)口水 流死角的問題。這些改進(jìn)結(jié)構(gòu)的高爐風(fēng)口可以提高冷卻水的冷卻效率，一 定程度上延長其使用壽命，但并不能帶來出風(fēng)口表面銅基體的耐磨性能提 高，并且造成制備成本的增加。
2、 采用表面涂層技術(shù)在高爐風(fēng)口表面堆積耐磨耐熱合金涂層。中國 專利公開號1257134公開的一種熱噴涂Cr3C2， CrB2增強(qiáng)NiCrAl， CoCrAl 基金屬陶瓷復(fù)合涂層技術(shù)，涂層具有較高的硬度和抗高溫氧化性能。但是， 該類技術(shù)制備的涂層與基體為機(jī)械結(jié)合，使用過程中在煤焦塊的沖蝕下極 易剝落，造成風(fēng)口使用早期即出現(xiàn)局部的破壞，使用壽命不穩(wěn)定。
3、 采用風(fēng)口表面滲合金元素的熱處理技術(shù)。中國專利公開號1075339 公開了一種在風(fēng)口表面多元復(fù)合滲鈷鎳鋁強(qiáng)化技術(shù)，中國專利公開號 1864894公開了一種銅合金表面鑄滲NiCrBSi合金粉末技術(shù)。以上技術(shù)雖然實(shí)現(xiàn)了合金強(qiáng)化層與基體的冶金結(jié)合，但多元共滲層具有硬度低，耐高 溫性能差，熱疲勞性差等缺陷，并且所制備的滲層有一定的梯度，實(shí)際有 效滲層較薄。 、
綜上所述，已有的高爐風(fēng)口改性技術(shù)，由于加工方法的限制，在使用 性能方面仍難以滿足實(shí)際使用的需要，生產(chǎn)中急需一種在不影響銅基體導(dǎo)熱 能力的前提下，可顯著提高風(fēng)口的表面耐磨性，且有效工作層與基體結(jié)合 牢固，成本較低的方法。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高爐風(fēng)口出風(fēng) 口表面激光熔覆鈷基高溫合金層的方法；在不影響銅基體導(dǎo)熱能力的前提 下，涂層具有高硬度、耐磨損、耐高溫氧化，與基體為牢固的冶金結(jié)合等 性能特點(diǎn)，可顯著延長高爐風(fēng)口使用壽命，并具有制備成本低，可應(yīng)用于 報(bào)廢高爐風(fēng)口的局部修復(fù)等優(yōu)點(diǎn)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種高爐風(fēng)口表面激光熔覆鈷基高溫合金層的方法；其包括如下步
驟
1) 高爐風(fēng)口出風(fēng)口表面的預(yù)處理，清除出風(fēng)口表面的銹蝕和油污，獲 得清潔的表面；
2) 出風(fēng)口表面預(yù)沉積打底合金，工作前先將經(jīng)酸洗活化處理的出風(fēng)口 表面用丙酮、酒精清洗，然后進(jìn)行電鍍、氣體氬弧堆焊或熱噴涂預(yù) 沉積，所述的打底合金為鎳基高溫合金，打底涂層厚度0.5 lmm; 打底合金在基材與熔覆材料之間起過渡作用，能減小組織應(yīng)力；
3) 高爐風(fēng)口工件送入C02激光器前的預(yù)熱處理，
4) 高功率C02激光器采用逆向同步式或同軸式送粉方式，在經(jīng)氣體氬 弧焊預(yù)沉積的高爐風(fēng)口的出風(fēng)口工作層多道次熔覆鈷基合金粉末； 并同時(shí)對激光熔覆處理區(qū)域進(jìn)行同歩的惰性氣體保護(hù)；
5) 后續(xù)處理，降低組織應(yīng)力。
進(jìn)一步，步驟(1)所述的高爐風(fēng)口表面預(yù)處理為銅基體出風(fēng)口表面 經(jīng)酸洗除銹，再進(jìn)行酸浸活化，活化時(shí)間1 1.5分鐘。步驟(2)所述的對打底合金表面處理，對電鍍、氣體氬弧堆焊或熱 噴涂預(yù)沉積的鎳基打底層表面經(jīng)拋光處理后用丙酮清洗，為后續(xù)的激光熔 覆步驟提供清潔光滑的表面。
步驟(3)所述的工件預(yù)熱處理溫度為350 450°C，時(shí)間2 4小時(shí)， 以降低基材與熔覆涂層之間的溫度梯度。
步驟(4)所述的激光熔覆工藝參數(shù)激光功率l-5kW，激光掃描速 度100-500 mm/min，激光光斑直徑2-6 mm，激光多道次搭接率20-60%; 所述的惰性保護(hù)氣體為氬氣或氮?dú)?；激光熔覆能得到厚度可控的鈷基合?涂層。
歩驟(4)激光熔覆能得到鈷基合金涂層厚度為1 3mm。 步驟(5)所述的后續(xù)處理為高爐風(fēng)口表面經(jīng)激光多道次熔覆鈷基涂 層后要緩慢冷卻，在熱處理爐中對樣品進(jìn)行去應(yīng)力退火，退火溫度350 450°C，去應(yīng)力退火時(shí)間8 12小時(shí)，出爐后熔覆層表面進(jìn)行打磨、拋光。 采用本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果
1、 本發(fā)明在激光熔覆前、后對基材進(jìn)行一定程度的預(yù)熱以及后處理， 可降低溫度梯度， 一定程度上抑制熔覆層的開裂。
2、 本發(fā)明選用與銅基材成分相近的鎳基自熔合金粉末作為打底層。 一方面由于鎳和銅的熱膨脹系數(shù)和烙點(diǎn)十分相近，這樣可以抑制激光熔覆 過程中由于基材與熔覆材料熱物性之間的差異導(dǎo)致產(chǎn)生的組織應(yīng)力。另一 方面，打底層為后期激光多道次熔覆鈷基合金涂層提供了良好的"隔熱" 屏障作用。
3、 使用高功率的C02氣體激光器，在高爐風(fēng)口材料的表面制備厚度 可控的鈷基合金涂層，合金涂層與基體呈冶金結(jié)合，提高了涂層與基體的 結(jié)合力，解決了堆焊、噴焊工藝涂層易脫落的問題。
4、 激光熔覆鈷基合金涂層與堆焊、噴焊涂層和滲合金層相比具有更 優(yōu)良的耐磨和抗高溫氧化性能，且激光熔覆涂層組織具有更細(xì)小的晶粒組 織，可進(jìn)一歩提高涂層的硬度，延長風(fēng)口使用壽命。本發(fā)明工藝可用于高 爐風(fēng)口表面高性能強(qiáng)化也可用于報(bào)廢風(fēng)口局部的修復(fù)，節(jié)約了生產(chǎn)成本， 能夠在冶金行業(yè)產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
本發(fā)明在高爐風(fēng)口的出風(fēng)口工作面激光熔覆Co50合金涂層，工藝包
括如下步驟
(1)高爐風(fēng)口的出風(fēng)口銅基體進(jìn)行酸洗去銹，除凈為止，再將出風(fēng)
口在室溫下放到80g/l的H2SO4中浸泡l分鐘，使其活化，使用氣體氬弧 焊在經(jīng)活化處理的出風(fēng)口表面預(yù)沉積鎳基高溫合金，打底合金涂層厚度為 1.0 mm，預(yù)沉積涂層表面再次經(jīng)過拋光和丙酮清洗，實(shí)現(xiàn)待處理工件的表 面平整、清潔；(2)Co50熔覆合金粉末粒度為58 104j^m，經(jīng)烘干待用；
(3) 激光熔覆工藝將預(yù)處理好的高爐風(fēng)口在350 'C預(yù)熱4小時(shí)后送入 由TJ-HL-T 5000橫流式C02激光器、加工機(jī)床、數(shù)控設(shè)備組成的成套設(shè) 備，激光器的功率調(diào)整為2.2kW，激光掃描速度為180 mm/min，激光光 斑直徑為5 mm，激光掃描道次搭接率為50 %，同時(shí)該設(shè)備將已烘干的Co50 合金粉末采用逆向同步式送粉方式熔覆在該高爐風(fēng)口的出風(fēng)口工作面上；
(4) 后續(xù)處理將激光熔覆后的高爐風(fēng)口置于熱處理爐中進(jìn)行35(TC去應(yīng) 力退火12小時(shí)，隨后出爐，表面打磨后即可滿足使用要求。
實(shí)施例2
本發(fā)明在高爐風(fēng)口的出風(fēng)口工作面激光熔覆Co 50合金涂層，工藝包 括如下歩驟
(1)高爐風(fēng)口的出風(fēng)口銅基體進(jìn)行酸洗去銹，除凈為止，再將出風(fēng) 口在室溫下放到80g/l的H2S04中浸泡1.5分鐘，使其活化，使用氣體氬弧 焊在經(jīng)活化處理的出風(fēng)口表面預(yù)沉積鎳基高溫合金，打底合金涂層厚度為 0.8 mm，預(yù)沉積涂層表面再次經(jīng)過拋光和丙酮清洗，實(shí)現(xiàn)待處理工件的表 面平整、清潔；(2) Co50熔覆合金粉末粒度為58 104)im，經(jīng)烘干待用； (3)激光熔覆工藝將預(yù)處理好的高爐風(fēng)口在45(TC預(yù)熱2小時(shí)后送入由 TJ-HL-T 5000橫流式C02激光器、加工機(jī)床、數(shù)控設(shè)備組成的成套設(shè)備， 激光器的功率調(diào)整為2.8kW，激光掃描速度為280mm/min，激光光斑直徑 為4mm，激光掃描道次搭接率為30%，同時(shí)該設(shè)備將已烘干的Co50合金 粉末采用逆向同歩式送粉方式熔覆在該高爐風(fēng)口的出風(fēng)口工作面上；(4)后續(xù)處理將激光熔覆后的高爐風(fēng)口置于熱處理爐中進(jìn)行45(TC去應(yīng)力退 火8小時(shí)，隨后出爐，表面打磨后即可滿足現(xiàn)現(xiàn)場使用要求。
權(quán)利要求
1. 一種高爐風(fēng)口表面激光熔覆鈷基高溫合金層的方法，其包括如下步驟1)高爐風(fēng)口出風(fēng)口表面的預(yù)處理，清除銹蝕和油污；2)出風(fēng)口表面預(yù)沉積打底合金，工作前先將經(jīng)酸洗活化處理的出風(fēng)口表面用丙酮或酒精清洗，然后進(jìn)行電鍍、氣體氬弧堆焊或熱噴涂預(yù)沉積，所述的打底合金為鎳基高溫合金，打底涂層厚度0.5～1mm；3)高爐風(fēng)口工件送入CO2激光器前的預(yù)熱處理，4)高功率CO2激光器采用逆向同步式或同軸式送粉方式，在經(jīng)氣體氬弧焊預(yù)沉積的高爐風(fēng)口的出風(fēng)口工作層多道次熔覆鈷基合金粉末；并同時(shí)對激光熔覆處理區(qū)域進(jìn)行同步的惰性氣體保護(hù)；5)后續(xù)處理。
2. 如權(quán)利要求1所述的高爐風(fēng)口表面激光熔覆鈷基高溫合金層的方法， 其特征是，步驟(1)所述的高爐風(fēng)口表面預(yù)處理為銅基體出風(fēng)口表面 經(jīng)酸洗除銹，再進(jìn)行酸浸活化，活化時(shí)間1 1.5分鐘。
3. 如權(quán)利要求1所述的高爐風(fēng)口表面激光熔覆鈷基高溫合金層的方法， 其特征是，步驟(2)對打底合金表面處理，對電鍍、氣體氬弧堆焊或 熱噴涂預(yù)沉積的鎳基打底層表面經(jīng)拋光處理后用丙酮清洗，為后續(xù)的 激光熔覆歩驟提供清潔光滑的表面。
4. 如權(quán)利要求1所述的高爐風(fēng)口表面激光熔覆鈷基高溫合金層的方法， 其特征是，歩驟(3)所述的工件預(yù)熱處理溫度為350 450°C，時(shí)間2 4小時(shí)。
5. 如權(quán)利要求1所述的高爐風(fēng)口表面激光熔覆鈷基高溫合金層的方法， 其特征是，步驟(4)所述的激光熔覆工藝參數(shù)激光功率l-5kW，激 光掃描速度100-500 mm/min，激光光斑直徑2-6 mm，激光多道次搭接 率20-60%;所述的惰性保護(hù)氣體為氬氣或氮?dú)?；激光熔覆能得到厚?可控的鈷基合金涂層。
6. 如權(quán)利要求1所述的高爐風(fēng)口表面激光熔覆鈷基高溫合金層的方法， 其特征是，步驟(4)激光熔覆能得到鈷基合金涂層厚度為1 3mm。
7. 如權(quán)利要求1所述的高爐風(fēng)口表面激光熔覆鈷基高溫合金層的方法， 其特征是，歩驟(5)所述的后續(xù)處理為高爐風(fēng)口表面經(jīng)激光多道次熔覆鈷基涂層后要緩慢冷卻，在熱處理爐中對樣品進(jìn)行去應(yīng)力退火，退火溫度350 450。C，去應(yīng)力退火時(shí)間8 12小時(shí)，出爐后熔覆層表面 進(jìn)行打磨、拋光。
全文摘要
一種高爐風(fēng)口表面激光熔覆鈷基高溫合金層的方法；其包括如下步驟1)高爐風(fēng)口出風(fēng)口表面預(yù)處理；2)出風(fēng)口表面噴涂預(yù)沉積打底合金；3)高爐風(fēng)口工件送入CO₂激光器前的預(yù)熱處理，4)CO₂激光器采用逆向同步式或同軸式送粉方式，在經(jīng)氣體氬弧焊預(yù)沉積的高爐風(fēng)口的出風(fēng)口工作層多道次熔覆鈷基合金粉末；并同時(shí)對激光熔覆處理區(qū)域進(jìn)行同步的惰性氣體保護(hù)；5)后續(xù)處理。本發(fā)明在不影響銅基體導(dǎo)熱能力的前提下，涂層具有高硬度、耐磨損、耐高溫氧化，與基體為牢固的冶金結(jié)合等性能特點(diǎn)，可顯著延長高爐風(fēng)口使用壽命，其制備成本低，可應(yīng)用于報(bào)廢高爐風(fēng)口的局部修復(fù)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C23C24/00GK101519704SQ200810033919
公開日2009年9月2日 申請日期2008年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月26日
發(fā)明者何宜柱, 暉 張, 陸明和, 顧之毅, 顏永根 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司;安徽工業(yè)大學(xué)