专利名称：一种等离子弧熔覆制备耐高温磨损衬板的方法
技术领域：
本发明属于机械加工工艺领域，具体说是涉及一种等离子弧熔覆制备耐高温磨损衬板的方法。
背景技术：
随着工业现代化的发展，高温生产环境越来越多，比如冶金领域中的高炉、焦炉、连铸生产系统，石化领域中的炼化、合成系统等，一般这些高温场合工况温度能达到800°以上，这种工况条件对工作中的高温衬板提出了更高要求要求满足耐高温、抗氧化、耐磨损、耐高温冲击等性能。高温衬板的选用直接影响到企业安全生产和连续生产的进行，还直接影响企业生产成本。目前国内主要的冶金企业、焦化企业、石化企业中，要求大于800°的耐高温衬板需求量非常大。目前这类高温衬板常选用单一材质，比如ZG35Cr24Ni7SiN、lCrl8Ni9Ti、耐热不锈钢等。但是这些材料均存在成本高，高温抗氧化性能较差，特别是耐 高温磨损和抗高温冲击性能比较低，导致高温衬板的使用寿命低，影响企业连续生产，提高了生产成本。近年来，针对高温衬板寿命低、成本高的问题，国内外开展了很多研究工作，但主要集中于单一材质的研究方面。由于单一材质在强度、韧性、硬度、耐高温、抗磨损及抗氧化性等方面性能无法兼顾，所以开发出的单一材质高温衬板在现场实际复杂高温工况条件下，不是由于激冷激热开裂，就是由于高温氧化失效，还存在抗高温磨损性能低，而且成本普遍高、可靠性低，无法满足现代企业的需求。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种等离子弧熔覆制备耐高温磨损衬板的方法。采用高温衬板，能够满足高温磨损要求，具有良好抗氧化性能、耐激冷激热性能、抗冲击、易于加工，成本低廉等特点。为实现上述目的，本发明的一种等离子弧熔覆制备耐高温磨损衬板的方法，包括
1、对金属基材表面进行预处理；
2、根据金属基材和工况要求，配制金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末，其中各成分的合金粉末质量百分比为=C O. I- O. 65%，Cr 10-25%, Ni 5_10%，余量为Al，进行混合；
3、将混合后的合金粉末与乳白胶按重量比为161混合搅拌，搅拌混合后的合金粉末具有一定粘度且无结块，然后将混合的合金粉末均匀涂刷在金属基材的表面，预涂层厚度为O. 8 2mm,自然干燥；
4、将带有预涂层的金属基材固定在等离子弧熔覆设备加工机床上，等离子弧对金属基材表面预涂层进行单道扫描，等离子弧熔覆的工艺参数为工作电流为180 200A，工作电压为18 20V，扫描宽度为4mm，扫描速度为25(T300mm/min，搭接率5%，喷嘴距离工件3mm,用気气为保护和电离气体,保护气体量15L/min,电离气体量llL/min,通过等离子弧的移动，在金属基材表面均匀熔覆得到层厚度为O. 3 I. 5mm的熔覆层。在本发明中，在本发明中，所述的合金粉末的粒度为100 320目。在本发明中，所述的合金粉末采用机械式混粉器混合均匀。在本发明中，所述的金属基材可以是铸钢、冷热轧钢板，要求金属基材耐热工作温度达到800°以上。本发明利用在金属基材表面预涂金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末，通过高能等离子弧加热涂层，合金粉末涂层因吸收大量的热能而快速熔化、分解、电离，并把部分热量传递给金属基材，使基材表面一薄层金属同时被加热到熔融状态。熔化的合金粉末与金属基材表面金属形成共同的熔池，熔池以“液珠”的形式存在，熔池“液珠”在金属表面张力、气体动力、等离子弧吹力及重力的共同作用下，于金属基材表面铺展开来，气体上浮，当等离子弧移开后，在基材和空气的双重作用下，快速凝固结晶，实现高性能合金粉末与基材的冶金结合。由于金属基陶瓷颗粒熔点高，大部分在等离子弧作用下没有熔化，均匀分布在合金·熔覆层中，在基材表面形成弥散分布的耐高温磨损、抗氧化的合金层，明显提高了高温衬板的使用性能和寿命。本发明的方法制备的耐高温磨损衬板，在金属基材表面冶金结合形成具有特殊性能的金属陶瓷层，获得了高性能复合材料，使得衬板具有了优秀的高硬度、抗氧化、耐高温等特性，同时以铸钢和冷热轧钢板为衬板基材，保证了良好的高温抗冲击能力，发挥了材料性能潜力。另外，本发明的耐高温磨损衬板，具有理想的抗高温磨粒磨损及硬面磨损性能。同时，金属陶瓷层具有的抗氧化性能优秀，金属基陶瓷层在高温下形成钝化膜，保护了基材金属，防止其发生氧化，整体提高了高温性能；金属陶瓷层高温性能稳定；加工性能良好，可以满足不同尺寸和形状要求。此外，本发明的等离子弧熔覆工艺可控性强，成本低，生产质量稳定，制备过程无污染，而且实施方便，便于大规模生产。
具体实施例方式下面将结合实施实例对本发明进一步说明。实施例I
首先喷砂办法清除热轧钢板lCrl3金属基材表面的锈蚀、油污、氧化皮等；根据金属基材的特点和工况要求，配制金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末，其中各合金粉末成分的末质量百分比为C O. 1%, Cr 10%,Ni 5%，余量为Al，粒度为180目，采用机械式混粉器混合2小时，将混合后的合金粉末与乳白胶混合，然后将混合好的合金粉末均匀地涂刷在金属基材表面，预涂层厚度为O. 8mm,自然干燥，将带有预涂层的金属基材固定在等离子弧熔覆设备加工机床上，等离子弧对金属基材表面预涂层进行单道扫描，等离子弧熔覆的工艺参数为工作电流为180A，工作电压为18V，扫描宽度为4_，扫描速度为300mm/min，搭接率5%，喷嘴距离工件3mm，用氩气为保护和电离气体，保护气体量15L/min，电离气体量llL/min，随着等离子弧的移动，在金属基材表面均匀熔覆合金粉末预涂层得到熔覆层，熔覆层厚度为O. 3mm。所制备的耐高温磨损衬板，表面金属陶瓷层光滑、无裂纹。实施例2
首先喷砂办法清除热轧钢板2Crl3金属基材表面的锈蚀、油污、氧化皮，根据金属基材的特点和工况要求，配制金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末，其中各合金粉末成分的质量百分比为C O. 35%, Cr 15%,Ni 8%，余量为Al，粒度为180目，采用机械式混粉器混合2小时，将混合后的合金粉末与乳白胶混合，然后将混合好的合金粉末均勻涂刷在金属基材表面，预涂层厚度为1mm，自然干燥，将带有预涂层的金属基材固定在等离子弧熔覆设备加工机床上，等离子弧对金属基材表面预涂层进行单道扫描，等离子弧熔覆的工艺参数为工作电流为180A，工作电压为18V，扫描宽度为4mm，扫描速度为290mm/min，搭接率5%，喷嘴距离工件3mm，用氩气为保护和电离气体，保护气体量15L/min，电离气体量llL/min，随着等离子弧的移动，在金属基材表面均匀熔覆合金粉末预涂层得到熔覆层，熔覆层厚度为O. 5mm。所制备的耐高温磨损衬板，表面金属陶瓷层光滑、无裂纹。实施例3
首先喷砂办法清除热轧钢板2Crl3金属基材表面的锈蚀、油污、氧化皮，根据金属基材的特点和工况要求，配制金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末，其中各合金粉末成分的质量百分比为C 0.4%，Cr 25%,Ni 10%，余量为Al，粒度为230目，采用机械式混粉器混合2小时，将混合后的合金粉末与乳白胶混合，然后将混合好的合金粉末均勻涂刷在金属基材表面，预涂层厚度为1.5mm，自然干燥将带有预涂层的金属基材固定在等离子弧熔覆设备加工机 床上，等离子弧对金属基材表面预涂层进行单道扫描，等离子弧熔覆的工艺参数为工作电流为190A，工作电压为19V，扫描宽度为4mm，扫描速度为260mm/min，搭接率5%，喷嘴距离工件3mm，用氩气为保护和电离气体，保护气体量15L/min，电离气体量llL/min，随着等离子弧的移动，在金属基材表面均匀熔覆合金粉末预涂层得到熔覆层，熔覆层厚度为1mm。所制备的耐高温磨损衬板，表面金属陶瓷层光滑、无裂纹。实施例4
首先喷砂办法清除热轧钢板lCrl3金属基材表面的锈蚀、油污、氧化皮等；根据金属基材的特点和工况要求，配制金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末，其中各合金粉末成分的质量百分比为C O. 25%，Cr 15%，Ni 7%，余量为Al，粒度为150目，采用机械式混粉器混合I小时，将混合后的合金粉末与乳白胶混合，然后将混合好的合金粉末均勻涂刷在金属基材表面，预涂层厚度为2mm，自然干燥，将带有预涂层的金属基材固定在等离子弧熔覆设备加工机床上，等离子弧对金属基材表面预涂层进行单道扫描，等离子弧熔覆的工艺参数为工作电流为200A，工作电压为20V，扫描宽度为4mm，扫描速度为250mm/min，搭接率5%，喷嘴距离工件3mm，用氩气为保护和电离气体，保护气体量15L/min，电离气体量llL/min，随着等离子弧的移动，在金属基材表面均匀熔覆合金粉末预涂层得到熔覆层，熔覆层厚度为
I.5mm。所制备的耐高温磨损衬板，表面金属陶瓷层光滑、无裂纹。实施例5
首先喷丸办法清除ZGlCrl3金属基材表面的锈蚀、氧化皮等，根据金属基材的特点和工况要求，配制金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末，其中各合金粉末成分的质量百分比为CO. 5%，Cr 20%, Ni 8%，余量为Al，粒度为100目，采用机械式混粉器混合I. 5小时，将混合后的合金粉末与乳白胶混合，然后将混合好的合金粉末均匀涂刷在金属基材表面，预涂层厚度为1.5_，自然干燥，将带有预涂层的金属基材固定在等离子弧熔覆设备加工机床上，等离子弧对金属基材表面预涂层进行单道扫描，等离子弧熔覆的工艺参数为工作电流为190A，工作电压为19V，扫描宽度为4mm，扫描速度为25(T300mm/min，搭接率5%，喷嘴距离工件3mm，用氩气为保护和电离气体，保护气体量15L/min，电离气体量llL/min，随着等离子弧的移动，在金属基材表面均匀熔覆合金粉末预涂层得到熔覆层，熔覆层厚度为1mm。所制备的耐高温磨损衬板，表面金属陶瓷层光滑、无裂纹。实施例6
首先喷丸办法清除ZG2Crl3金属基材表面的锈蚀、油污、氧化皮等；根据金属基材的特点和工况要求，配制金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末，其中各合金粉末成分的质量百分比为C O. 65%，Cr 25%，Ni 10%，余量为Al，粒度为320目，采用机械式混粉器混合I小时，将混合后的合金粉末与乳白胶混合，然后将混合好的合金粉末均勻涂刷在金属基材表面，预涂层厚度为1mm，自然干燥，将带有预涂层的金属基材固定在等离子弧熔覆设备加工机床上，等离子弧对金属基材表面预涂层进行单道扫描，等离子弧熔覆的工艺参数为工作电流为200A，工作电压为120V，扫描宽度为4mm，扫描速度为250mm/min，搭接率5%，喷嘴距离工件3mm，用氩气为保护和电离气体，保护气体量15L/min，电离气体量llL/min，随着等离子弧的移动，在金属基材表面均匀熔覆合金粉末预涂层得到熔覆层，熔覆层厚度为
O.5mm。所制备的耐高温磨损衬板，表面金属陶瓷层光滑、无裂纹。实施例7·
首先喷砂办法清除钢板lCrl8Ni9Ti金属基材表面的锈蚀、油污、氧化皮，根据金属基材的特点和工况要求，配制金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末，其中各合金粉末成分的质量百分比为C O. 18%，Cr 12%，Ni 6%，余量为Al，粒度为120目，采用机械式混粉器混合2小时，将混合后的合金粉末与乳白胶混合，然后将混合好的合金粉末均勻涂刷在金属基材表面，预涂层厚度为O. 9mm,自然干燥，将带有预涂层的金属基材固定在等离子弧熔覆设备加工机床上，等离子弧对金属基材表面预涂层进行单道扫描，等离子弧熔覆的工艺参数为工作电流为180A，工作电压为18V，扫描宽度为4mm，扫描速度为270mm/min，搭接率5%，喷嘴距离工件3mm，用氩气为保护和电离气体，保护气体量15L/min，电离气体量llL/min，随着等离子弧的移动，在金属基材表面均匀熔覆合金粉末预涂层得到熔覆层，熔覆层厚度为
O.4mm。所制备的耐高温磨损衬板，表面金属陶瓷层光滑、无裂纹。实施例8
首先喷砂办法清除钢板316L金属基材表面的锈蚀、油污、氧化皮，根据金属基材的特点和工况要求，配制金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末，其中各合金粉末成分的质量百分比为C O. 22%, Cr 18%,Ni 8%，余量为Al，粒度为300目，采用机械式混粉器混合I. 5小时，将混合后的合金粉末与乳白胶混合，然后将混合好的合金粉末均匀涂刷在金属基材表面，预涂层厚度为I. 2mm,自然干燥，将带有预涂层的金属基材固定在等离子弧熔覆设备加工机床上，等离子弧对金属基材表面预涂层进行单道扫描，等离子弧熔覆的工艺参数为工作电流为190A，工作电压为19V，扫描宽度为4mm，扫描速度为260mm/min，搭接率5%，喷嘴距离工件3mm，用氩气为保护和电离气体，保护气体量15L/min，电离气体量llL/min，随着等离子弧的移动，在金属基材表面均匀熔覆合金粉末预涂层得到熔覆层，熔覆层厚度为O. 7mm。所制备的耐高温磨损衬板，表面金属陶瓷层光滑、无裂纹。
权利要求
1.一种等离子弧熔覆制备耐高温磨损衬板的方法，其方法步骤包括 (1)对金属基材表面进行锈蚀、油污、氧化皮清除预处理； (2)根据金属基材和工况要求，配制金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末，其中各合金粉末成分的质量百分比为=C O. I- O. 65%，Cr 10-25%, Ni 5_10%，余量为Al，进行混合； (3)将混合后的合金粉末与乳白胶按重量比为161混合搅拌，搅拌混合后的合金粉末具有一定粘度且无结块，然后将混合的合金粉末均匀涂刷在金属基材的表面，预涂层厚度为O. 8 2mm,自然干燥； (4)将带有预涂层的金属基材固定在等离子弧熔覆设备加工机床上，等离子弧对金属基材表面预涂层进行单道扫描，等离子弧熔覆的工艺参数为工作电流为180 200A，工作电压为18 20V，扫描宽度为4mm，扫描速度为25(T300mm/min，搭接率5%，喷嘴距离工件3mm,用気气为保护和电离气体,保护气体量15L/min,电离气体量llL/min,通过等离子弧的移动，在金属基材表面均匀熔覆得到层厚度为O. 3 I. 5mm的熔覆层。
2.根据权利要求I所述的等离子弧熔覆制备耐高温磨损衬板的方法，其特征在于，所述合金粉末的粒度为100 320目。
3.根据权利要求I所述的等离子弧熔覆制备耐高温磨损衬板的方法，其特征在于，所述的合金粉末采用机械式混粉器混合均匀。
4.根据权利要求I所述的等离子弧熔覆制备耐高温磨损衬板的方法，其特征在于，所述的金属基材可以是铸钢、冷热轧钢板，要求金属基材耐热工作温度达到800°以上。
全文摘要
本发明公开了一种等离子弧熔覆制备耐高温磨损衬板的方法，其方法步骤包括清除金属基材表面的锈蚀、油污、氧化皮，根据金属基材和工况要求，配制金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末，将混合后的合金粉末与乳白胶混合，然后将混合好的合金粉末均匀涂刷在金属基材的表面，预涂层厚度为0.8~2mm，自然干燥，将带有预涂合层的金属基材固定在等离子弧熔覆设备加工机床上，等离子弧对金属基材表面预涂层进行单道扫描，随着等离子弧的移动，在金属基材表面均匀熔覆得到熔覆厚度为0.3～1.5mm的熔覆层。本发明所制备的耐高温复合衬板，具有成本低，质量稳定，适合大规模生产，可满足现场高温磨损工况的需要，有效提高了衬板使用寿命。
文档编号C23C24/10GK102912339SQ20121038923
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月15日 优先权日2012年10月15日
发明者赵明鹰 申请人:秦皇岛格瑞得节能技术服务有限公司