CN107779809B - 一种复合涂层耐磨球的制备方法 - Google Patents

一种复合涂层耐磨球的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种复合涂层耐磨球的制备方法，涉及耐磨材料领域，包括以下步骤：制备耐磨球粗品；制备涂层粉末；用丙酮对耐磨球粗品表面净化，进行喷砂粗化和清洗后，用等离子喷涂设备在耐磨球表面喷涂一层厚度为25‑40μm的复合涂层，喷涂工艺参数为：功率40KW、主气压0.6MPa、次气压0.6MPa、送粉量15g/min、喷涂距离120mm，喷涂完后，放入电阻炉中升温至620‑640℃，保温1‑2h后，空冷出炉，即可得到所述复合涂层耐磨球，本发明具有机械强度高、耐磨性、耐腐蚀性优异，制备方法简单，使用寿命长的优点。

Description

一种复合涂层耐磨球的制备方法
技术领域
本发明涉及耐磨材料领域，具体涉及一种复合涂层耐磨球的制备方法。
背景技术
耐磨球是一种用于球磨机中的粉碎介质，可用于粉碎球磨机中的物料，一种是以铬为主要合金元素的白口铸铁简称铬合金铸铁，以铬合金铸铁为材料的铸造磨球称为铬合金铸铁磨球；另一种是以球墨铸铁为材料的铸造磨球称为球墨铸铁磨球，耐磨球主要应用于冶金矿山、水泥建材、火力发电等行业粉料生产与加工的主要设备，球磨机工作过程中，磨球属于主要易磨损件，对使用成本影响极大；随着工业的发展，各式大型球磨机逐年增加，磨球的消耗也大幅度增长。现有耐磨球的晶体组织粗糙，硬度比较低，耐磨性、耐热性、耐腐蚀性等性能欠佳，不能满足现代社会对耐磨球的要求。因此，选择合适的元素成分、控制铸造的工艺和添加涂层的手段以求得到综合性能优异的耐磨球，这是目前耐磨材料领域研究的热点问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种复合涂层耐磨球的制备方法，具有机械强度高、耐磨性、耐腐蚀性优异，制备方法简单，使用寿命长的优点。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种复合涂层耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备耐磨球粗品：所述耐磨球粗品，由以下质量分数的元素组成：C 1.13-2.42％、Si 1.15-1.80％、Cr 0.84-1.37％、Mn 1.26-1.55％、Ni 0.23-0.45％、V 0.24-0.40％、Ti 0.01-0.04％、Mo 0.06-0.11％、Sc 0.02-0.05％、P≤0.012％、S≤0.012％，其余为铁和其他不可避免的杂质；
(2)制备涂层粉末：将原料熔化得到合金液，所述合金液由以下质量分数的元素组成：Ni 33.7-43.2％、W 10.0-22.5％、Cr 12.3-17.6％、Al 4.6-6.7％、Mo 8.0-9.6％、Co0.12-0.18％、其余为铁和其他不可避免的杂质，将脱氧、清渣后的合金液在惰性气体保护下高压雾化，雾化时加入纳米级陶瓷粉末，雾化结束后用分离器分离、汲取涂层粉末；
(3)等离子喷涂：用丙酮对耐磨球粗品表面净化，进行喷砂粗化和清洗后，用等离子喷涂设备在耐磨球表面喷涂一层厚度为25-40μm的复合涂层，喷涂工艺参数为：功率40KW、主气压0.6MPa、次气压0.6MPa、送粉量15g/min、喷涂距离120mm，喷涂完后，放入电阻炉中升温至620-640℃，保温1-2h后，空冷出炉，即可得到所述复合涂层耐磨球。
优选地，所述步骤(2)中惰性气体为氮气、氩气或氦气。
优选地，所述步骤(2)中雾化压力为2-5MPa。
优选地，所述步骤(2)中纳米级陶瓷粉末由纳米级ZrO2陶瓷粉末和纳米级SiC陶瓷粉末按质量比2:1均匀混合后得到的。
优选地，所述步骤(3)中喷砂粗化所用砂料为100-150目的白刚玉，喷砂粗化的距离为100-150mm。
优选地，所述步骤(3)中升温速度为40℃/min。
(三)有益效果
本发明提供了一种复合涂层耐磨球的制备方法，具有以下有益效果：
本发明通过等离子喷涂技术在耐磨球表面喷涂复合涂层，可以提升耐磨球的耐腐蚀性和耐磨性能，提高耐磨球的使用寿命，相比较在耐磨球的化学成分进行改进，比如提高铬或镍等金属的含量，加入稀土元素等和改进铸造工艺，所需要的成本更比，本发明提升耐磨球的综合性能更低。在腐蚀性气体环境中，复合涂层的腐蚀电流密度是普通耐磨球的1/100，腐蚀速度仅为普通耐磨球的1/5，大大提升了耐磨球的耐腐蚀性，而且复合涂层与耐磨球结合紧密，制备方法简单，适合大规模工业化应用。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种复合涂层耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备耐磨球粗品：耐磨球粗品，由以下质量分数的元素组成：C 1.82％、Si1.50％、Cr 0.87％、Mn 1.44％、Ni 0.25％、V 0.27％、Ti 0.02％、Mo 0.08％、Sc 0.03％、P≤0.012％、S≤0.012％，其余为铁和其他不可避免的杂质；
(2)制备涂层粉末：将原料熔化得到合金液，合金液由以下质量分数的元素组成：Ni 34.5％、W 18.5％、Cr 15.6％、Al 5.5％、Mo 9.0％、Co 0.15％、其余为铁和其他不可避免的杂质，将脱氧、清渣后的合金液在氮气保护下高压雾化，雾化压力为4MPa，雾化时加入纳米级陶瓷粉末，雾化结束后用分离器分离、汲取涂层粉末；
(3)等离子喷涂：用丙酮对耐磨球粗品表面净化，进行喷砂粗化和清洗后，用等离子喷涂设备在耐磨球表面喷涂一层厚度为30μm的复合涂层，喷涂工艺参数为：功率40KW、主气压0.6MPa、次气压0.6MPa、送粉量15g/min、喷涂距离120mm，喷涂完后，放入电阻炉中升温至620-640℃，升温速度为40℃/min，保温1-2h后，空冷出炉，即可得到复合涂层耐磨球。
其中，步骤(2)中纳米级陶瓷粉末由纳米级ZrO2陶瓷粉末和纳米级SiC陶瓷粉末按质量比2:1均匀混合后得到的。
其中，步骤(3)中喷砂粗化所用砂料为100-150目的白刚玉，喷砂粗化的距离为100mm。
实施例2：
一种复合涂层耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备耐磨球粗品：耐磨球粗品，由以下质量分数的元素组成：C 1.33％、Si1.36％、Cr 1.07％、Mn 1.36％、Ni 0.38％、V 0.29％、Ti 0.02％、Mo 0.06％、Sc 0.05％、P≤0.012％、S≤0.012％，其余为铁和其他不可避免的杂质；
(2)制备涂层粉末：将原料熔化得到合金液，合金液由以下质量分数的元素组成：Ni 43.2％、W 16.5％、Cr 12.3％、Al 5.7％、Mo 8.0％、Co 0.16％、其余为铁和其他不可避免的杂质，将脱氧、清渣后的合金液在氩气保护下高压雾化，雾化压力为3MPa，雾化时加入纳米级陶瓷粉末，雾化结束后用分离器分离、汲取涂层粉末；
(3)等离子喷涂：用丙酮对耐磨球粗品表面净化，进行喷砂粗化和清洗后，用等离子喷涂设备在耐磨球表面喷涂一层厚度为30μm的复合涂层，喷涂工艺参数为：功率40KW、主气压0.6MPa、次气压0.6MPa、送粉量15g/min、喷涂距离120mm，喷涂完后，放入电阻炉中升温至620-640℃，升温速度为40℃/min，保温1-2h后，空冷出炉，即可得到复合涂层耐磨球。
其中，步骤(2)中纳米级陶瓷粉末由纳米级ZrO2陶瓷粉末和纳米级SiC陶瓷粉末按质量比2:1均匀混合后得到的。
其中，步骤(3)中喷砂粗化所用砂料为100-150目的白刚玉，喷砂粗化的距离为120mm。
实施例3：
一种复合涂层耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备耐磨球粗品：耐磨球粗品，由以下质量分数的元素组成：C 1.13％、Si1.15％、Cr 0.84％、Mn 1.26％、Ni 0.23％、V 0.24％、Ti 0.01％、Mo 0.06％、Sc 0.02％、P≤0.012％、S≤0.012％，其余为铁和其他不可避免的杂质；
(2)制备涂层粉末：将原料熔化得到合金液，合金液由以下质量分数的元素组成：Ni 33.7％、W 10.0％、Cr 12.3％、Al 4.6％、Mo 8.0％、Co 0.12％、其余为铁和其他不可避免的杂质，将脱氧、清渣后的合金液在氦气保护下高压雾化，雾化压力为2MPa，雾化时加入纳米级陶瓷粉末，雾化结束后用分离器分离、汲取涂层粉末；
(3)等离子喷涂：用丙酮对耐磨球粗品表面净化，进行喷砂粗化和清洗后，用等离子喷涂设备在耐磨球表面喷涂一层厚度为25μm的复合涂层，喷涂工艺参数为：功率40KW、主气压0.6MPa、次气压0.6MPa、送粉量15g/min、喷涂距离120mm，喷涂完后，放入电阻炉中升温至620-640℃，升温速度为40℃/min，保温1-2h后，空冷出炉，即可得到复合涂层耐磨球。
其中，步骤(2)中纳米级陶瓷粉末由纳米级ZrO2陶瓷粉末和纳米级SiC陶瓷粉末按质量比2:1均匀混合后得到的。
其中，步骤(3)中喷砂粗化所用砂料为100-150目的白刚玉，喷砂粗化的距离为100mm。
实施例4：
一种复合涂层耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备耐磨球粗品：耐磨球粗品，由以下质量分数的元素组成：C 2.42％、Si1.80％、Cr 1.37％、Mn 1.55％、Ni 0.45％、V 0.40％、Ti 0.04％、Mo 0.11％、Sc 0.05％、P≤0.012％、S≤0.012％，其余为铁和其他不可避免的杂质；
(2)制备涂层粉末：将原料熔化得到合金液，合金液由以下质量分数的元素组成：Ni 43.2％、W 22.5％、Cr 17.6％、Al 6.7％、Mo 9.6％、Co 0.18％、其余为铁和其他不可避免的杂质，将脱氧、清渣后的合金液在氩气保护下高压雾化，雾化压力为5MPa，雾化时加入纳米级陶瓷粉末，雾化结束后用分离器分离、汲取涂层粉末；
(3)等离子喷涂：用丙酮对耐磨球粗品表面净化，进行喷砂粗化和清洗后，用等离子喷涂设备在耐磨球表面喷涂一层厚度为40μm的复合涂层，喷涂工艺参数为：功率40KW、主气压0.6MPa、次气压0.6MPa、送粉量15g/min、喷涂距离120mm，喷涂完后，放入电阻炉中升温至620-640℃，升温速度为40℃/min，保温1-2h后，空冷出炉，即可得到复合涂层耐磨球。
其中，步骤(2)中纳米级陶瓷粉末由纳米级ZrO2陶瓷粉末和纳米级SiC陶瓷粉末按质量比2:1均匀混合后得到的。
其中，步骤(3)中喷砂粗化所用砂料为100-150目的白刚玉，喷砂粗化的距离为150mm。
表1为本发明实施例1-4的各项性能对比表：
表1
综上，本发明实施例具有如下有益效果：硬度高、强度大、韧性高，抗磨性能好。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种复合涂层耐磨球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备耐磨球粗品：所述耐磨球粗品，由以下质量分数的元素组成：C 1.13-2.42％、Si 1.15-1.80％、Cr 0.84-1.37％、Mn 1.26-1.55％、Ni 0.23-0.45％、V 0.24-0.40％、Ti0.01-0.04％、Mo 0.06-0.11％、Sc 0.02-0.05％、P≤0.012％、S≤0.012％，其余为铁和其他不可避免的杂质；
(2)制备涂层粉末：将原料熔化得到合金液，所述合金液由以下质量分数的元素组成：Ni 33.7-43.2％、W 10.0-22.5％、Cr 12.3-17.6％、Al 4.6-6.7％、Mo 8.0-9.6％、Co0.12-0.18％、其余为铁和其他不可避免的杂质，将脱氧、清渣后的合金液在惰性气体保护下高压雾化，雾化时加入纳米级陶瓷粉末，所述纳米级陶瓷粉末由纳米级ZrO2陶瓷粉末和纳米级SiC陶瓷粉末按质量比2:1均匀得到，雾化结束后用分离器分离、汲取涂层粉末；
(3)等离子喷涂：用丙酮对耐磨球粗品表面净化，进行喷砂粗化和清洗后，用等离子喷涂设备在耐磨球表面喷涂一层厚度为25-40μm的复合涂层，喷涂工艺参数为：功率40KW、主气压0.6MPa、次气压0.6MPa、送粉量15g/min、喷涂距离120mm，喷涂完后，放入电阻炉中升温至620-640℃，保温1-2h后，空冷出炉，即可得到所述复合涂层耐磨球。
2.如权利要求1所述的复合涂层耐磨球的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中惰性气体为氮气、氩气或氦气。
3.如权利要求1所述的复合涂层耐磨球的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中雾化压力为2-5MPa。
4.如权利要求1所述的复合涂层耐磨球的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中喷砂粗化所用砂料为100-150目的白刚玉，喷砂粗化的距离为100-150mm。
5.如权利要求1所述的复合涂层耐磨球的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中升温速度为40℃/min。
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