一种高硬度涂层磨段的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高硬度涂层磨段，包括圆柱型合金基质和涂层，基质的组分按重量百分比包括：碳：1.7-1.9％，铬：16-18％，稀土元素：2.4-2.6％，钙：1.3-1.6％，锰：1.2-1.3％，钨：1.3-1.6％，硅：0.6-0.8％，钛：1.5-1.6％，余量为铁和杂质；对基质进行阶梯升降温回火处理和表面预处理后，在基质表面等离子喷涂纯镍结合层和Al2O3/TiO2陶瓷层得到高硬度涂层磨段，Al2O3和TiO2的质量比为80-85：15-20。本发明硬度高达75HRC以上，耐磨性能好，冲击韧性可达9J/cm2，可防止磨段破碎，还耐热耐腐蚀，可在多种环境下使用，尤其适用于湿磨法使用环境。
【专利说明】一种高硬度涂层磨段
【技术领域】
[0001] 本发明涉及磨段【技术领域】，尤其涉及一种高硬度涂层磨段。
【背景技术】
[0002] 球磨机是工业生产中广泛使用的高细磨机械之一。球磨机磨段是球磨机设备研磨 物料介质，通过球磨机磨段之间、磨段与物料之间的碰撞摩擦产生磨削作用，从而将物料的 粒径进一步减小。现有技术中，球磨机的磨介磨段主要是铬系合金、锰系合金等球磨铸钢件 或球磨铸铁件，如高铬磨段、低铬磨段、多元合金磨段和钒钛铬合金磨段等，其工作对象多 为水泥、煤炭、矿石、煤渣等。磨煤机磨段在使用时的硬度和耐磨性是影响磨煤机整形效果 的主要因素之一。为了提高破碎效率和磨段的耐用度，需要磨段表面有足够的硬度和耐磨 度。同时，在研磨过程中，磨段与磨料、磨段与衬板以及磨段与磨段之间发生的冲撞不可避 免，因此，还要求磨段有一定的韧性，避免破碎，这就对磨段的成分提出高等级的要求。
【发明内容】
[0003] 基本【背景技术】存在的技术问题，本发明提出了一种高硬度涂层磨段，硬度高达 75HRC以上，耐磨性能好，冲击韧性可达9J/cm 2,可防止磨段破碎，还耐热耐腐蚀，可在多种 环境下使用，尤其适用于湿磨法使用环境。
[0004] 本发明提出的一种高硬度涂层磨段，按照如下步骤制得：
[0005] S1、溶炼：将废钢、络徒、稀土合金、生石灰、生铁、猛徒、鹤钢放入感应炉中，向感 应炉中通入氩气使感应炉中氧含量小于4%，氩气流速为15-20L/min，关闭炉门后将感 应炉温度升至2700-2800°C进行保温，保温时间为0. 7-1. 2h，打开炉门加入钛锭、粒径为 55-60 μ m的碳粉和粒径为30-50 μ m的硅粉，再次关闭炉门将感应炉温度升至2900-3000°C 保温3-4h，保温过程中抽真空维持负压为0. 3-0. 4kPa，再次打开炉门捞出浮在液体表面的 炉渣后，感应炉中剩余液体为基质合金液；
[0006] S2、检测：检测基质合金液的组分含量，各元素按重量百分比包括：碳： 1. 7-1. 9 %，铬：16-18 %，稀 土元素：2· 4-2. 6 %，钙：1. 3-1. 6 %，锰：1. 2-1. 3 %，钨： 1. 3-1. 6%，硅：0· 6-0. 8%，钛：1. 5-1. 6%，硫：0· 02-0. 05%，磷：0· 01-0. 03%，余量为铁和 不可避免的杂质；
[0007] S3、浇注：将基质合金液出炉向模具中进行浇注，浇注温度为2500-2600°C，冷却 至240-280°C得到圆柱型合金基质A ;
[0008] S4、热处理：将圆柱型合金基质A放入电炉内加热，向电炉内通入氩气使电炉中 氧含量小于5%，氩气流量为10-15L/min，一次升温至500-550°C，保温2-3h，二次升温 至620-660°C，保温2-3h，三次升温至740-790°C，保温2-3h，四次升温至830-880°C，保温 2-3h，五次升温至920-960°C，保温2-3h，六次升温至1000-1030°C，保温2-3h，七次升温至 1100-1125°C，保温2-3h后，取出置于含有缓冷剂的油液中，再进行回火至600-700°C，保 温l-2h后取风冷，继续回火至450-500°C，保温3-4h后油冷，接着回火至280-330°C，保温 5-6h后出炉冷却得到圆柱型合金基质B ;
[0009] S5、预处理：将圆柱型合金基质B在室温下浸入水中3_4min，取出干燥后浸入丙酮 中并用超声清洗机进行清洗，清洗时间为15_20min，清洗温度为55-65°C，再次取出干燥后 在室温下浸入乙醚中16-20min，然后取出置于真空室中进行干燥，再用喷砂机对表面进行 粗化处理得到圆柱型合金基质C，其中圆柱型合金基质C的粗糙度为1-3 μ m ;
[0010] S6、嗔涂涂层：利用等尚子嗔涂系统在圆柱型合金基质C表面嗔涂一层厚度为 90-95 μ m的纯镍结合层后，再在纯铝结合层的表面喷涂一层厚度为190-195 μ m陶瓷层得 到高硬度涂层磨段，其中纯镍结合层的原料为粒径50-60 μ m的镍粉，陶瓷层的原料为粒径 65-75 μ m的A1203和Ti02混合粉料，A120 3和Ti02的质量比为80-85 :15-20,等离子喷涂系统 的参数如下：电流550-600A，电压为50V，氩气的流量为50-52L/min，氢气的流量为25-26L/ min，原料送粉率为1. 6-1. 8kg/h。
[0011] 优选地，S2中，检测基质合金液的组分含量，各元素按重量百分比包括：碳： 1. 8 %，铬：17 %，稀土元素：2· 5 %，钙：1· 4 %，锰：1· 25 %，钨：1· 5 %，硅：0· 7 %，钛： 1. 55%，硫：0. 04%，磷：0. 02%，余量为铁和不可避免的杂质。
[0012] 优选地，S6中，利用等离子喷涂系统在圆柱型合金基质C表面喷涂一层厚度为 93 μ m的纯镍结合层后，再在纯铝结合层的表面喷涂一层厚度为192 μ m陶瓷层得到高硬度 涂层磨段，其中纯镍结合层的原料为粒径50-60 μ m的镍粉，陶瓷层的原料为粒径65-75 μ m 的A1203和Ti02混合粉料，A120 3和Ti02的质量比为83 :17,等离子喷涂系统的参数如下： 电流570A，电压为50V，氩气的流量为51L/min，氢气的流量为25. 5L/min，原料送粉率为 1. 7kg/h〇
[0013] 在由铁矿石生产各种铁或铁合金时，由于铁矿中往往伴生有磷、硫等金属或非金 属矿，导致最终的铁或铁合金中含有磷、硫等元素以及难以避免的杂质。
[0014] 本发明采用废钢、铬铁合金、稀土合金等原料配合作为圆柱型合金基质的主料，实 现本发明对于圆柱型合金基质密度高和冲击韧性高的要求，提高磨段在使用中磨削效率， 加强磨段的耐用性；钛锭、粒径为55-60 μ m的碳粉、粒径为30-50 μ m的硅粉和熔炼前通入 的氩气相互配合，可减少基质合金液在熔炼中与氧气接触，减少圆柱型合金基质中氧化物 的生成，还将各种杂质转化成炉渣或将氧化物还原，进一步提高磨段的使用寿命；在热处理 中采用阶梯式升降温进行回火处理，使圆柱型合金基质中的奥氏体转化成为马氏体，大幅 度提高圆柱型合金基质的强度，增强本发明的耐磨性；在进行表面涂层前进行预处理，增 强基质表面的粗糙程度，使涂层与基质结合更加紧密；选用纯镍作为结合层，加强基质和 Al203/Ti02陶瓷层粘连强度；采用等离子喷涂的方法在圆柱型合金基质表面喷涂纯镍结合 层和Al 203/Ti02陶瓷层，其中陶瓷层中的A1203和Ti0 2质量比为80-85 :15-20, Al203/Ti02 陶瓷层厚度为190-195 μ m，利用A1203提高磨段耐磨性能，满足实际使用过程中对磨段的要 求，经检测发现磨段硬度可达70HRC以上，适用于大部分材料的研磨，而Al 203/Ti02陶瓷层 在磨段表面形成致密的保护膜，显著提高耐热、耐腐蚀和耐氧化的性能，使本发明更适用于 湿法研磨，还提高本发明的使用寿命，间接降低了使用成本。
【具体实施方式】
[0015] 下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
[0016] 实施例1
[0017] 本发明提出的一种高硬度涂层磨段，按照如下步骤制得：
[0018] S1、溶炼：将废钢、络徒、稀土合金、生石灰、生铁、猛徒、鹤钢放入感应炉中，向感应 炉中通入氩气使感应炉中氧含量为3. 7%，氩气流速为15L/min，关闭炉门后将感应炉温度 升至2800°C进行保温，保温时间为0. 7h，打开炉门加入钛锭、粒径为55-60 μ m的碳粉和粒 径为30-50 μ m的硅粉，再次关闭炉门将感应炉温度升至3000°C保温3h，保温过程中抽真空 维持负压为0. 4kPa，再次打开炉门捞出浮在液体表面的炉渣后，感应炉中剩余液体为基质 合金液；
[0019] S2、检测：检测基质合金液的组分含量，各元素按重量百分比包括：碳：1. 7%，铬： 18*%，稀土兀素：2.41%^? 猛：1· 21%，鹤：1· 61%，娃：0· 61%，钦：1. 6%，硫：0· 02%， 磷：0. 03%，余量为铁和不可避免的杂质；
[0020] S3、浇注：将基质合金液出炉向模具中进行浇注，浇注温度为2500°C，冷却至 280°C得到圆柱型合金基质A ;
[0021] S4、热处理：将圆柱型合金基质A放入电炉内加热，向电炉内通入氩气使电炉中氧 含量为3%，氩气流量为15L/min，一次升温至500°C，保温3h，二次升温至620°C，保温3h， 三次升温至740°C，保温3h，四次升温至830°C，保温3h，五次升温至920°C，保温3h，六次升 温至1000°C，保温3h，七次升温至1100°C，保温3h后，取出置于含有缓冷剂的油液中，再进 行回火至600°C，保温2h后取风冷，继续回火至450°C，保温4h后油冷，接着回火至280°C， 保温6h后出炉冷却得到圆柱型合金基质B ;
[0022] S5、预处理：将圆柱型合金基质B在室温下浸入水中3min，取出干燥后浸入丙酮中 并用超声清洗机进行清洗，清洗时间为20min，清洗温度为55°C，再次取出干燥后在室温下 浸入乙醚中20min，然后取出置于真空室中进行干燥，再用喷砂机对表面进行粗化处理得到 圆柱型合金基质C，其中圆柱型合金基质C的粗糙度为1 μ m ;
[0023] S6、嗔涂涂层：利用等尚子嗔涂系统在圆柱型合金基质C表面嗔涂一层厚度为 95 μ m的纯镍结合层后，再在纯铝结合层的表面喷涂一层厚度为190 μ m陶瓷层得到高硬度 涂层磨段，其中纯镍结合层的原料为粒径50-60 μ m的镍粉，陶瓷层的原料为粒径65-75 μ m 的A1203和Ti02混合粉料，A120 3和Ti02的质量比为85 :15,等离子喷涂系统的参数如下：电 流600A，电压为50V，氩气的流量为50L/min，氢气的流量为26L/min，原料送粉率为1. 6kg/ h〇
[0024] 实施例2
[0025] 本发明提出的一种高硬度涂层磨段，按照如下步骤制得：
[0026] S1、溶炼：将废钢、络徒、稀土合金、生石灰、生铁、猛徒、鹤钢放入感应炉中，向感应 炉中通入氩气使感应炉中氧含量为3%，氩气流速为20L/min，关闭炉门后将感应炉温度升 至2700°C进行保温，保温时间为1. 2h，打开炉门加入钛锭、粒径为55-60 μ m的碳粉和粒径 为30-50 μ m的硅粉，再次关闭炉门将感应炉温度升至2900°C保温4h，保温过程中抽真空维 持负压为〇. 3kPa，再次打开炉门捞出浮在液体表面的炉渣后，感应炉中剩余液体为基质合 金液；
[0027] S2、检测：检测基质合金液的组分含量，各元素按重量百分比包括：碳：1. 9%，铬： 16*%，稀土兀素：2.61%^? 猛：1· 31%，鹤：1· 31%，娃：0· 81%，钦：1. 5%，硫：0· 05%， 磷：0. 01%，余量为铁和不可避免的杂质；
[0028] S3、浇注：将基质合金液出炉向模具中进行浇注，浇注温度为2600°C，冷却至 240°C得到圆柱型合金基质A ;
[0029] S4、热处理：将圆柱型合金基质A放入电炉内加热，向电炉内通入氩气使电炉中 氧含量为4. 6 %，氩气流量为10L/min，一次升温至550°C，保温2h，二次升温至660°C，保 温2h，三次升温至790°C，保温2h，四次升温至880°C，保温2h，五次升温至960°C，保温2h， 六次升温至1030°C，保温2h，七次升温至1125°C，保温2h后，取出置于含有缓冷剂的油液 中，再进行回火至700°C，保温lh后取风冷，继续回火至500°C，保温3h后油冷，接着回火至 330°C，保温5h后出炉冷却得到圆柱型合金基质B ;
[0030] S5、预处理：将圆柱型合金基质B在室温下浸入水中4min，取出干燥后浸入丙酮中 并用超声清洗机进行清洗，清洗时间为15min，清洗温度为65°C，再次取出干燥后在室温下 浸入乙醚中16min，然后取出置于真空室中进行干燥，再用喷砂机对表面进行粗化处理得到 圆柱型合金基质C，其中圆柱型合金基质C的粗糙度为3 μ m ;
[0031 ] S6、嗔涂涂层：利用等尚子嗔涂系统在圆柱型合金基质C表面嗔涂一层厚度为 90 μ m的纯镍结合层后，再在纯铝结合层的表面喷涂一层厚度为195 μ m陶瓷层得到高硬度 涂层磨段，其中纯镍结合层的原料为粒径50-60 μ m的镍粉，陶瓷层的原料为粒径65-75 μ m 的A1203和Ti02混合粉料，A120 3和Ti02的质量比为80 :20,等离子喷涂系统的参数如下：电 流550A，电压为50V，氩气的流量为52L/min，氢气的流量为25L/min，原料送粉率为1. 8kg/ h〇
[0032] 实施例3
[0033] 本发明提出的一种高硬度涂层磨段，按照如下步骤制得：
[0034] S1、溶炼：将废钢、络徒、稀土合金、生石灰、生铁、猛徒、鹤钢放入感应炉中，向感应 炉中通入氩气使感应炉中氧含量为3. 5%，氩气流速为17L/min，关闭炉门后将感应炉温度 升至2780°C进行保温，保温时间为lh，打开炉门加入钛锭、粒径为55-60 μ m的碳粉和粒径 为30-50 μ m的硅粉，再次关闭炉门将感应炉温度升至2920°C保温3. 4h，保温过程中抽真空 维持负压为0. 32kPa，再次打开炉门捞出浮在液体表面的炉渣后，感应炉中剩余液体为基质 合金液；
[0035] S2、检测：检测基质合金液的组分含量，各元素按重量百分比包括：碳：1. 8%， 铬：17%，稀土元素：2.5%，钙：1.4%，锰 ：1.25%，钨：1.5%，硅：0.7%，钛：1.55%，硫： 0. 04%，磷：0. 02%，余量为铁和不可避免的杂质；
[0036] S3、浇注：将基质合金液出炉向模具中进行浇注，浇注温度为2570°C，冷却至 250°C得到圆柱型合金基质A ;
[0037] S4、热处理：将圆柱型合金基质A放入电炉内加热，向电炉内通入氩气使电炉中氧 含量为4. 3%，氩气流量为12L/min，一次升温至530°C，保温2. 3h，二次升温至640°C，保温 2. 7h，三次升温至760°C，保温2. 5h，四次升温至870°C，保温2. lh，五次升温至940°C，保温 2. 5h，六次升温至10KTC，保温2. 6h，七次升温至11KTC，保温2. 4h后，取出置于含有缓冷 剂的油液中，再进行回火至680°C，保温1. 4h后取风冷，继续回火至470°C，保温3. 4h后油 冷，接着回火至300°C，保温5. 6h后出炉冷却得到圆柱型合金基质B ;
[0038] S5、预处理：将圆柱型合金基质B在室温下浸入水中3. 9min，取出干燥后浸入丙酮
【权利要求】
1. 一种高硬度涂层磨段，其特征在于，按照如下步骤制得： 51、 溶炼：将废钢、络徒、稀土合金、生石灰、生铁、猛徒、鹤钢放入感应炉中，向感应炉中 通入氩气使感应炉中氧含量小于4%，氩气流速为15-20L/min，关闭炉门后将感应炉温度 升至2700-2800°C进行保温，保温时间为0. 7-1. 2h，打开炉门加入钛锭、粒径为55-60 μ m的 碳粉和粒径为30-50 μ m的硅粉，再次关闭炉门将感应炉温度升至2900-3000°C保温3-4h， 保温过程中抽真空维持负压为0. 3-0. 4kPa，再次打开炉门捞出浮在液体表面的炉渣后，感 应炉中剩余液体为基质合金液； 52、 检测：检测基质合金液的组分含量，各元素按重量百分比包括：碳：1. 7-1. 9%， 铬：16-18 %，稀土元素：2· 4-2. 6 %，钙：L 3-L 6 %，锰：L 2-L 3 %，钨：L 3-L 6 %，硅： 0. 6-0. 8%，钛：1. 5-1. 6%，硫：0. 02-0. 05%，磷：0. 01-0. 03%，余量为铁和不可避免的杂 质； 53、 浇注：将基质合金液出炉向模具中进行浇注，浇注温度为2500-2600°C，冷却至 240-280°C得到圆柱型合金基质A ; 54、 热处理：将圆柱型合金基质A放入电炉内加热，向电炉内通入氩气使电炉中氧 含量小于5%，氩气流量为10-15L/min，一次升温至500-550°C，保温2-3h，二次升温至 620-660°C，保温2-3h，三次升温至740-790°C，保温2-3h，四次升温至830-880°C，保温 2-3h，五次升温至920-960°C，保温2-3h，六次升温至1000-103(TC，保温2-3h，七次升温至 1100-1125°C，保温2-3h后，取出置于含有缓冷剂的油液中，再进行回火至600-700°C，保 温l-2h后取风冷，继续回火至450-500°C，保温3-4h后油冷，接着回火至280-330°C，保温 5-6h后出炉冷却得到圆柱型合金基质B ; 55、 预处理：将圆柱型合金基质B在室温下浸入水中3-4min，取出干燥后浸入丙酮中并 用超声清洗机进行清洗，清洗时间为15_20min，清洗温度为55-65°C，再次取出干燥后在室 温下浸入乙醚中16-20min，然后取出置于真空室中进行干燥，再用喷砂机对表面进行粗化 处理得到圆柱型合金基质C，其中圆柱型合金基质C的粗糙度为1-3μπι ; 56、 喷涂涂层：利用等离子喷涂系统在圆柱型合金基质C表面喷涂一层厚度为 90-95 μ m的纯镍结合层后，再在纯铝结合层的表面喷涂一层厚度为190-195 μ m陶瓷层得 到高硬度涂层磨段，其中纯镍结合层的原料为粒径50-60 μ m的镍粉，陶瓷层的原料为粒径 65-75 μ m的A1203和Ti02混合粉料，A120 3和Ti02的质量比为80-85 :15-20,等离子喷涂系统 的参数如下：电流550-600A，电压为50V，氩气的流量为50-52L/min，氢气的流量为25-26L/ min，原料送粉率为1. 6-1. 8kg/h。
2. 如权利要求1所述高硬度涂层磨段，其特征在于，S2中，检测基质合金液的组分 含量，各元素按重量百分比包括：碳：1. 8 %，铬：17 %，稀土元素：2. 5 |丐：1. 4 %，猛： 1.25%，钨：1. 5%，硅：0. 7%，钛：1. 55%，硫：0. 04%，磷：0. 02%，余量为铁和不可避免的 杂质。
3. 如权利要求1或2所述高硬度涂层磨段，其特征在于，S6中，利用等离子喷涂系 统在圆柱型合金基质C表面喷涂一层厚度为93 μ m的纯镍结合层后，再在纯铝结合层的 表面喷涂一层厚度为192 μ m陶瓷层得到高硬度涂层磨段，其中纯镍结合层的原料为粒径 50-60 μ m的镍粉，陶瓷层的原料为粒径65-75 μ m的A1203和Ti02混合粉料，A120 3和Ti02的 质量比为83 :17,等离子喷涂系统的参数如下：电流570A，电压为50V，氩气的流量为51L/ min，氢气的流量为25. 5L/min，原料送粉率为1. 7kg/h。
【文档编号】C23C4/10GK104087887SQ201410270990
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】赵金斌, 杨霄, 葛兴洋 申请人:宁国东方碾磨材料股份有限公司