CN104858397B - 一种耐冲蚀渣浆泵过流件表面复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是涉及一种金属表面强化技术，特别涉及一种耐冲蚀渣浆泵过流件表面复合材料的制备方法，其特征是：该方法是以灰铸铁液为基材金属液、镍基合金粉末作为渗剂；采用负压铸渗法将基体金属液与镍基合金粉末颗粒完全熔融呈冶金结合形成的表面复合材料。本发明能够在实际工况使用过程中，复合层不会剥落、开裂，在韧性较好的灰铸铁衬着下承受冲蚀磨损。

Description

一种耐冲蚀渣浆泵过流件表面复合材料的制备方法
技术领域
本发明是涉及一种金属表面强化技术，特别涉及一种耐冲蚀渣浆泵过流件表面复合材料的制备方法。
背景技术
渣浆泵广泛应用于水力、电力、煤炭、冶金、交通运输等行业，渣浆泵过流部件主要包括叶轮、护板和泵壳等，它们在进行泥沙、灰渣、精矿、尾矿等固体物料的水力输送中经受物料的冲刷磨损，还承受浆料的腐蚀作用，其运行工况恶劣。至今为止，国内渣浆泵过流件所用耐冲蚀、耐磨材料主要是低合金铸铁、高铬铸铁和镍硬铸铁、奥贝球铁，其寿命都很短，造成材料的大量消耗，加大了维修资金和能源消耗，降低了生产效率与经济效益。
发明内容
本发明的目的是：针对以上材料的不足，提供了以一种耐冲蚀渣浆泵过流件表面复合材料的制备方法，该方法所制备的表面复合材料在渣浆泵过流件实际工况使用过程中，复合层不会剥落、开裂，在韧性较好灰铸铁的衬着下承受冲蚀磨损。
本发明的技术方案是：一种耐冲蚀渣浆泵过流件表面复合材料的制备方法，其特征是：该方法是以灰铸铁液为基材金属液、镍基合金粉末作为渗剂；采用负压铸渗法将基体金属液与镍基合金粉末颗粒完全熔融呈冶金结合形成的表面复合材料。
该方法的具体步骤如下：在镍基合金粉末中加入占其质量百分比为2～3%的硼砂作为熔剂、质量百分比为2～5%的酚醛树脂作为粘结剂，混合均匀形成预涂层后粘结于铸渗表面定型腔的砂芯外表面上，粘结厚度为1.5～2mm，经150～200℃，烘干2～3小时，将预热好的砂芯固定在密封砂箱中，抽负压，负压值为0.02-0.08MPa，浇灰铸铁液，浇铸温度控制1300-1400℃，使作为基体金属液的灰铸铁液与镍基合金粉末颗粒完全熔融呈冶金结合，待金属液完全凝固后取出铸件，即在铸件内表面形成表面复合材料。
所述的镍基合金粉末是由以下质量百分比化学成分组成：铬15～20%、钼2～10%、硼1.7～3.0%、硅2.5～6%、碳0.5～1.0%、铁≤5%，余量为镍，镍基合金粉末的颗粒粒径为100～400μm。
所述的基材金属液为灰铸铁HT300液。
本发明的有益效果是利用简便负压铸渗法将基体金属液与镍基合金粉末颗粒完全熔融呈冶金结合形成的表面复合层。该复合层与基体结合处形成低铬铸铁组织的结合层，促使基体层与复合层显微尺度上存在组织梯度与力学性能梯度，构成了具有较大结合强度的冶金结合，使得渣浆泵在实际工况使用中，复合层不会剥落、开裂，在韧性较好灰铸铁的衬着下承受冲蚀磨损。铸渗剂为镍基合金粉末时，其中添加的铬能溶于镍中形成镍铬固液体而增大渗层的强度，又能与硼形成硬质相化合物，提高过流件表面硬度和耐磨性。
附图说明
图1是实现本发明方法的装置示意图。
图中：1、砂芯；2、预涂层；3、基材金属液；4、负压管；5、砂箱。
具体实施方式
一种耐冲蚀渣浆泵过流件表面复合材料的制备方法，具体步骤如下：在镍基合金粉末中加入占其质量百分比为2～3%的硼砂作为熔剂、质量百分比为2～5%的酚醛树脂作为粘结剂，混合均匀形成预涂层后粘结于铸渗表面定型腔的砂芯外表面上，粘结厚度为1.5～2mm，经150～200℃，烘干2～3小时，将预热好的砂芯固定在密封砂箱中，抽负压，负压值为0.02-0.08MPa，浇灰铸铁液，浇铸温度控制1300-1400℃，使作为基体金属液的灰铸铁液与镍基合金粉末颗粒完全熔融呈冶金结合，待金属液完全凝固后取出铸件，即在铸件内表面形成表面复合材料。
所述的镍基合金粉末是由以下质量百分比化学成分组成：铬15～20%、钼2～10%、硼1.7～3.0%、硅2.5～6%、碳0.5～1.0%、铁≤5%，余量为镍，镍基合金粉末的颗粒粒径为100～400μm。
所述的镍基合金粉末的制备方法是：
1）按下述质量百分比取原料：铬粉15～20%、钼粉2～10%、硼粉1.7～3.0%、硅粉2.5～6%、碳粉0.5～1.0%、铁粉≤5%，余量为镍粉。
2）按上述配方量将原料混合后在高能球磨机上进行球磨；其球磨工艺为：球为GCr15材质，粒径为10mm，球料重量比为1:1至1:2，转速450转/分，球磨时间为2小时至6小时。
实施例1
如图1所示，一种耐冲蚀渣浆泵过流件表面复合材料的制备方法，具体如下：
1）在镍基合金粉末中加入3%的硼砂作为熔剂，粘结剂为5%的酚醛树脂，混合均匀形成预涂层2后粘结于铸渗表面叶轮定型腔的砂芯外表面上，粘结厚度为1.5mm，其中镍基合金粉末化学成分（质量百分数）为铬18%、钼8%、硼2.0%、硅3.5%、碳0.7%、铁≤5%，余量为镍，复合粉末的颗粒粒径为100～400μm。
2）将预涂层经170℃，烘干2小时，将预热好的砂芯1固定在密封砂箱5中，从负压管4抽负压，使密封砂箱5内的负压值为0.04 MPa，浇基材金属液3，浇铸温度为1380℃，使浇基材金属液与镍基合金粉末颗粒完全熔融呈冶金结合，待金属液完全凝固后取出铸件，即在铸件内表面形成表面复合材料。所述的浇基材金属液3为灰铸铁HT300液。最终可获得泵壳的表面硬度达HRC55。
实施例2
本实施方案为一种耐冲蚀渣浆泵过流件表面复合材料的制备方法，具体如下：
1）在镍基合金粉末中加入2%的硼砂作为熔剂，粘结剂为3%的酚醛树脂，混合均匀形成预涂层3后粘结于铸渗表面泵壳定型腔的砂芯1外表面上，粘结厚度为2mm，其中镍基合金粉末化学成分（质量百分数）为铬15%、钼5%、硼2.6%、硅4.5%、碳0.5%、铁≤5%，余量为镍，复合粉末的颗粒粒径为100～400 μm。
2）将预涂层经200℃，烘干3小时，将预热好的砂芯1固定在密封砂箱5中，从负压管4抽负压，使密封砂箱5内的负压值为0.07MPa，浇基材金属液3，浇铸温度为1300℃，使浇基材金属液与镍基合金粉末颗粒完全熔融呈冶金结合，待金属液完全凝固后取出铸件。所述的浇基材金属液3为灰铸铁HT300液。最终可获得叶轮的表面硬度达HRC58。
上述实施例基材金属液3不仅限于灰铸铁HT300，它还可以是其它型号的灰铸铁。
本发明能够在实际工况使用过程中，复合层不会剥落、开裂，在韧性较好的灰铸铁衬着下承受冲蚀磨损。铸渗剂为镍基合金粉末时，其中添加的铬能溶于镍中形成镍铬固液体而增大渗层的强度，又能与硼形成硬质相化合物，提高过流件表面硬度和耐磨性。
本实施例没有详细叙述的部件和结构及工艺均属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (1)

1.一种耐冲蚀渣浆泵过流件表面复合材料的制备方法，其特征是：该方法是以灰铸铁液为基材金属液、镍基合金粉末作为渗剂；采用负压铸渗法将基体金属液与镍基合金粉末颗粒完全熔融呈冶金结合形成的表面复合材料；
该方法的具体步骤如下：在镍基合金粉末中加入占其质量百分比为2～3%的硼砂作为熔剂、质量百分比为2～5%的酚醛树脂作为粘结剂，混合均匀形成预涂层后粘结于铸渗表面定型腔的砂芯外表面上，粘结厚度为1.5～2mm，经150～200℃，烘干2～3小时，将预热好的砂芯固定在密封砂箱中，抽负压，负压值为0.02-0.08MPa，浇灰铸铁液，浇铸温度控制1300-1400℃，使作为基体金属液的灰铸铁液与镍基合金粉末颗粒完全熔融呈冶金结合，待金属液完全凝固后取出铸件，即在铸件内表面形成表面复合材料；
所述的镍基合金粉末是由以下质量百分比化学成分组成：铬15～20%、钼2～10%、硼1.7～3.0%、硅2.5～6%、碳0.5～1.0%、铁≤5%，余量为镍，镍基合金粉末的颗粒粒径为100μm；
所述的基材金属液为灰铸铁HT300液；
所述的镍基合金粉末的制备方法是：
1）按下述质量百分比取原料：铬粉15～20%、钼粉2～10%、硼粉1.7～3.0%、硅粉2.5～6%、碳粉0.5～1.0%、铁粉≤5%，余量为镍粉；
2）按上述配方量将原料混合后在高能球磨机上进行球磨；其球磨工艺为：球为GCr15材质，粒径为10mm，球料重量比为1:1至1:2，转速450转/分，球磨时间为2小时至6小时；
该方法利用负压铸渗法将基体金属液与镍基合金粉末颗粒完全熔融呈冶金结合形成的表面复合层；该复合层与基体结合处形成低铬铸铁组织的结合层，促使基体层与复合层显微尺度上存在组织梯度与力学性能梯度，构成了具有较大结合强度的冶金结合，使得渣浆泵在实际工况使用中，复合层不会剥落、开裂，在韧性较好灰铸铁的衬着下承受冲蚀磨损；铸渗剂为镍基合金粉末时，其中添加的铬能溶于镍中形成镍铬固液体而增大渗层的强度，又能与硼形成硬质相化合物，提高过流件表面硬度和耐磨性。
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