1引言
由于紫铜的铸造性能、导热性能和耐蚀性能良好,故工业上不少耐热部件和热交换器均采用紫铜来制造,如炼铁高炉的风口、渣口就是循环水冷的紫铜套。但铜的熔点较低(1083℃),高温下使用寿命较短,如渣口寿命为7~8天/个’三’。为了提高铸铜件高温下的使用寿命,可以用中频真空感应电炉化铜提高其纯度,可以改变设计加大循环冷却水流速,也有人采用等离子喷涂耐热涂层……‘巴一‘’。这些研究工作是非常有益的。但由于其设备投资较大,工业技术要求较高等原因,给大面积工业推广带来了困难。因此,寻找一种简便有效的方法来提高铜材构件的时热性能的使用寿命引起了广大科技工作者的关注和重视。
众所周知,氧乙炔火焰喷涂工艺、设备简单、操作方便、容易掌握,故合金粉末的火焰喷涂和喷焊有了很大的发展‘护。但作为耐热涂层,往往选用熔点非常高的zro:Al:0,等陶瓷粉末’竺、二’,由于金属基材与陶瓷涂层的热膨胀系数相差较大,难以达到足够的结合强度,造成涂层疏松和剥落‘.’。故普遍认为,用氧乙炔火焰喷涂陶瓷粉末是十分困难的,笔者尚未见有采用氧乙炔火焰喷涂陶瓷基耐热涂层的公开报导。本试验对载乙炔火焰喷涂化学稳定性高、热扩散防护性好’.’,价格低廉、来源充足的Al:0;墓脚瓷复合涂层的配方、工艺和结构、性能进行了初步的探讨,力图以简便适用的方法获得良好的耐热涂层。
2试验材料及方法
2.1试脸旅材料
试毅原料粉末的化学成分和粒度列入表1。基材为轧制紫铜板,厚3mm。
2.2试脸方法
试验工艺流程为:¹粉末过筛,配料,混合‘烘烤,º基材粗化处理,清洗,À喷涂‘重熔,试样,测试。其主要工艺参数反复试验选定为:Al:o;粉末按粒度组成各50肠过180目和300目筛,以AI:0;一(15~30)肠镍包铝一(5~10)肠cu配料棍匀后在100℃~130℃下烘烤。同时对基材进行打磨和清洗备用。喷枪选用sPH一2/h型喷涂/喷焊两用炬。涂层分三层:镍包铝底层0.1~0.2mm,镍铬合金过渡层0.1~0.2~,Al:o;墓复合面层。.4~0.6mm。喷涂主要工艺参数列于表2。
性试验结果及讨论
3.1涂层的组奴特征
图1是试样喷涂后纵断面全貌的SEM照片,图2是陶瓷基复合面层与过渡层结合面放大的形貌。从图1和图2中可见,镍包铝底层和Ni(r过渡层熔为一体,较难分辨。而陶瓷基复合面层与过渡层交错联接,几乎见不到明显的裂缝,证明其结合良好。波谱分析的结果列入表3。从表3中发现,各层之间有反应扩散和液相烧结发生。x衍射证实,镍包铝底层与基材之间扩散反应生成了ct,不A1二、C”Ni相;镍格过渡层与镍包铝底层之间扩散反应生成了Ni‘Al相。显然,这种扩散反应和烧结对涂层是有益的。图3是陶瓷基复合面层的SEM形貌。从图3中可以看出,陶瓷基复合面层的晶粒细小、孔隙较少,涂层组织较致密。其主要相结构经分析为a一AI:0;、NIA巧等。
3.2给合强度
根据资料〔9〕,试样经栅格法侧试,涂层无一剥落,说明结合强度较高。进一步杯突破坏试验:试脸条件为杯口必33.935~,钢球必22.23mm,涂层厚。~0.smm,基材板厚。~1.2mm,室温下钢球冲压基材变形·使涂层受张应力。当钢球压下2~时,涂层-开始出现徽细裂纹,当钢球压下smm时,涂层裂开。这同样表明,本涂层的结合强度是较好的。
3.3附热性能
将各面喷涂有脚瓷基复合耐热涂层的紫铜板试样惫挂置于熔融的高炉渣液和铁水中,观察结果列入表4中。从表4知,本涂层具有较好耐热抗烧蚀性能,在无冷却条件下,一定时间范围内能经受住高摄渣掖和铁水的烧损。
我们还将试样平放工作合上,用载乙炔火焰正对涂层面灼烧,喷嘴与试样面距离约20~3omm,夹角80。~90。,表面温度>1300℃。结果为:表面由于高强热流而烧坏的时间为4.6min。这说明涂层耐热性能较好,基本上能短时抗氧焰的高温烧损。有人担心加入金属粉末后,陶瓷的喷涂性能得以改善的同时涂层的耐热性能将会下降。其实由于金属的导热、发汗和封孔等作用,不但不会明显地降低涂层的耐热性能,而且还可能产生有利的影响。试验结果证实了这一点。图4是铜板喷涂前后的热常数实侧结果。从图4知,喷涂前后材料的比热变化不大,这是涂层很薄的原因,而导热率喷涂后却明显降低,这说明陶瓷基复合耐热涂层具有较好的阻止热扩散传热的能力,且高温下更为明显。
3.4附喊蚀性能
将试样投入95肠Na0H洛液中,室温浸泡60天后仍完好如初。这说明本涂层具有较好的耐碱蚀的性能。
4结论
1.采用氧乙炔火焰喷涂和重熔工艺,在铜材表面喷涂陶瓷基复合耐热徐层可获得良好的效果。
2.耐热涂层各层组织较致密,层与层之间结合良好。
3.工作表层配方为Al,0;一(15~30)肠镍包铝一(5~10肠)Cu,它具有良好的抗渣铁及氧焰烧蚀的性能,且抗热展性能良好。
4.喷涂渣口经现场对比试验证明,喷涂渣口寿命可提高一倍以上。
5.本研究采用的设备和工艺简单,有工业推广价值。
参考文献略
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