一种高韧性涂层磨段的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高韧性涂层磨段，包括基质和涂层，基质的组分按重量百分比包括：碳：1.3-1.6％，铬：19-23％，钙：0.5-1.2％，锰：0.9-1.1％，铝：1.2-2.3％，硼：0.2-0.5％，硅：0.9-1.3％，镁：0.7-1.2％，钛：1.1-1.4％，硫：0.01-0.04％，磷：0.02-0.03％，余量为铁和杂质；利用等离子喷涂系统在基质表面喷涂厚度为105-109μm的纯镍结合层和厚度为208-212μm的Al2O3/AlN陶瓷层得到高韧性涂层磨段。本发明耐热耐腐蚀，可在多种环境下使用，耐磨性能好，硬度可达70HRC以上，冲击韧性可达7J/cm2，满足实际使用过程中对磨段的要求。
【专利说明】一种高韧性涂层磨段
【技术领域】
[0001] 本发明涉及磨段【技术领域】，尤其涉及一种高韧性涂层磨段。
【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，避免破裂，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韧性涂层磨段，耐热耐腐蚀， 可在多种环境下使用，耐磨性能好，硬度可达70HRC以上，冲击韧性可达7J/cm 2,满足实际使 用过程中对磨段的要求。
[0004] 本发明提出的一种高韧性涂层磨段，按照如下步骤制得：
[0005] S1、熔炼：将废钢、铬铁合金、水泥、生铁、锰锭、铝锭和硼砂依次放入感应炉中，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20-25L/min，关闭炉门后将 感应炉温度升至2500-2700°C，待上述原料全部熔化后，打开炉门加入镁锭、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2700-3000°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. 3-1. 6%，铬：19-23%，钙：0· 5-1. 2%，锰：0· 9-1. 1%，铝：1· 2-2. 3%，硼：0· 2-0. 5%，硅： 0· 9-1. 3%，镁：0· 7-1. 2%，钛：1. 1-1. 4%，硫：0· 01-0. 04%，磷：0· 02-0. 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2400-2500°C，冷却 至320-350°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，向电炉内通入氩气使电炉中氧含 量小于5%，氩气流速为5-8L/min，将电炉温度升温至1200-1300°C，升温过程符合T = 20+lg(t-l), T为温度，T单位为°(：, t为时间，t单位为min,保温3-5h后，将保温后的圆 柱型合金基质A取出置于温度为160-200°C的硝酸盐溶液中，待硝酸盐溶液的温度升至 260-320°C进行保温，保温时间为Xmin，然后取出空气冷却至室温得到圆柱型合金基质B，X =2. 4R+ (3?6)，其中R为圆柱型合金基质A的半径，R的单位为mm，所述硝酸盐溶液为按 摩尔份数将1-3份硝酸镁、2-6份硝酸钾和3-7份硝酸钠加入8-15份水中充分搅拌所得；
[0009] S5、预处理：将圆柱型合金基质B在室温下浸入水中5-10min，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l〇-15min，然后取出置于真空室中进行干燥后，用喷砂机对表面进 行粗化处理得到圆柱型合金基质C，圆柱型合金基质C的粗糙度为4-6 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 105-109 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208-212 μ m陶瓷层 得到高韧性涂层磨段，其中纯镍结合层的原料为粒径20-30 μ m的镍粉，陶瓷层的原料为 粒径45-55 μ m的A1203和A1N混合粉料，A1203和A1N的质量比为45-50 :50-55,等离子喷 涂系统的参数如下：电流600-650A，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. 4 %，络：21 %，興：0· 8 %，猛：1 %，错：2 %，砸：0· 4 %，娃：1. 1 %，缓：1 %，钦：1. 2 %，硫： 0. 03%，磷：0. 02%，余量为铁和不可避免的杂质。
[0012] 优选地，S4中，将圆柱型合金基质A放入电炉内，向电炉内通入氩气使电炉 中氧含量小于5%，氩气流速为7L/min，将电炉温度升温至1250°C，升温过程符合T = 20+lg(t-l)，T为温度，T单位为°(：，t为时间，t单位为min,保温4h后，将保温后的圆柱型 合金基质A取出置于温度为180°C的硝酸盐溶液中，待硝酸盐溶液的温度升至300°C进行保 温，保温时间为Xmin，然后取出空气冷却至室温得到圆柱型合金基质B，X = 2. 4R+5,其中R 为圆柱型合金基质A的半径，R的单位为mm，所述硝酸盐溶液为按摩尔份数将2份硝酸镁、 4份硝酸钾和5份硝酸钠加入10份水中充分搅拌所得。
[0013] 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107 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210 μ m陶瓷层得到 高韧性涂层磨段，其中纯镍结合层的原料为粒径20-30 μ m的镍粉，陶瓷层的原料为粒径 45-55 μ m的A1203和A1N混合粉料，A1203和A1N的质量比为47 :53,等离子喷涂系统的参数 如下：电流630A，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。
[0014] 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。
[0015] 本发明采用废钢、铬铁合金、水泥、生铁、锰锭、铝锭和硼砂配合作为圆柱型合金基 质的主料，完成本发明对于圆柱型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；镁锭、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，可减少熔炼中合金液与氧气接触，减少合金基质中氧化物 的含量，进一步提高磨段的使用寿命；在热处理中采用硝酸盐溶液进行等温淬火，先将温度 升高，升温过程符合T = 20+lg(t-l)，圆柱型合金基质升温速率先快后慢，先使圆柱型合 金基质的温度快速达到奥氏体温度区，再降低圆柱型合金基质的升温速率使圆柱型合金基 质中的奥氏体均匀分布，再利用硝酸盐溶液的高比热容进行快速降温，使奥氏体转化成贝 氏体，大幅度提高圆柱型合金基质的韧性，冲击韧性可达7J/cm 2,经多次试验证明硝酸镁、 硝酸钾、硝酸钠和水的摩尔比为1-3 :2-6 :3-7 :8-15时在260-320°C比热容最大，可以大量 吸收圆柱型合金基质的热能，达到快速降温的效果，而又通过多次试验对比得出降温时间 与圆柱型合金基质的半径存在线性函数关系，依据此线性函数得出的降温时间，可使圆柱 型合金基质的韧性达到最高；对圆柱型合金基质进行清洗和硼砂预处理，使涂层与基质结 合更加紧密；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A1 203/A1N 陶瓷层，其中陶瓷层中的A1203和A1N质量比为45-50 :50-55, A1203/A1N陶瓷层厚度为 208-212 μ m，利用铝的氮化物和氧化物提高磨段耐磨性能，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A1 203/A1N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】
[0016] 下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
[0017] 实施例1
[0018] 本发明提出的一种高韧性涂层磨段，按照如下步骤制得：
[0019] S1、溶炼：将废钢、络铁合金、水泥、生铁、猛徒、错徒和砸砂依次放入感应炉中，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，待上述原料全部熔化后，打开炉门加入镁锭、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2700°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；
[0020] 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. 6%， 络：19 %，興：1. 2 %，猛：0· 9 %，错：2· 3 %，砸：0· 2 %，娃：1. 3 %，缓：0· 7 %，钦：1. 4 %，硫： 0. 01%，磷：0. 03%，余量为铁和不可避免的杂质；
[0021] S3、浇注：将基质合金液出炉向模具中进行浇注，浇注温度为2400°C，冷却至 350°C得到圆柱型合金基质A ;
[0022] S4、热处理：将圆柱型合金基质A放入电炉内，向电炉内通入氩气使电炉中氧含量 为3%，氩气流速为8L/min，将电炉温度升温至1300°C，升温过程符合T = 20+lg (t-1)，T为 温度，T单位为°C，t为时间，t单位为min，保温3h后，将保温后的圆柱型合金基质A取出 置于温度为200°C的硝酸盐溶液中，待硝酸盐溶液的温度升至260°C进行保温，保温时间为 Xmin，然后取出空气冷却至室温得到圆柱型合金基质B，X = 2. 4R+3,其中R为圆柱型合金 基质A的半径，R的单位为mm，所述硝酸盐溶液为按摩尔份数将3份硝酸镁、2份硝酸钾和7 份硝酸钠加入8份水中充分搅拌所得；
[0023] S5、预处理：将圆柱型合金基质B在室温下浸入水中lOmin，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lOmin，然后取出置于真空室中进行干燥后，用喷砂机对表面进行粗化处理得 到圆柱型合金基质C，圆柱型合金基质C的粗糙度为6 μ m ;;
[0024] 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 105 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212 μ m陶瓷层得到高 韧性涂层磨段，其中纯镍结合层的原料为粒径20-30 μ m的镍粉，陶瓷层的原料为粒径 45-55 μ m的A1203和A1N混合粉料，A1203和A1N的质量比为45 :55,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52L/min，氢气的流量为25L/min，原料送粉率为 1. 8kg/h〇
[0025] 实施例2
[0026] 本发明提出的一种高韧性涂层磨段，按照如下步骤制得：
[0027] S1、溶炼：将废钢、络铁合金、水泥、生铁、猛徒、错徒和砸砂依次放入感应炉中，向 感应炉中通入氩气使感应炉中氧含量为2%，氩气流速为25L/min，关闭炉门后将感应炉温 度升至2500°C，待上述原料全部熔化后，打开炉门加入镁锭、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 真空维持负压为〇. 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；
[0028] 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. 3%， 络：23 %，興：0· 5 %，猛：1. 1 %，错：1. 2 %，砸：0· 5 %，娃：0· 9 %，缓：1. 2 %，钦：1. 1 %，硫： 0. 04%，磷：0. 02%，余量为铁和不可避免的杂质；
[0029] 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 320°C得到圆柱型合金基质A ;
[0030] S4、热处理：将圆柱型合金基质A放入电炉内，向电炉内通入氩气使电炉中氧含量 为4%，氩气流速为5L/min，将电炉温度升温至1200°C，升温过程符合T = 20+lg (t-1)，T为 温度，T单位为°C，t为时间，t单位为min，保温5h后，将保温后的圆柱型合金基质A取出 置于温度为160°C的硝酸盐溶液中，待硝酸盐溶液的温度升至320°C进行保温，保温时间为 Xmin，然后取出空气冷却至室温得到圆柱型合金基质B，X = 2. 4R+6,其中R为圆柱型合金 基质A的半径，R的单位为mm，所述硝酸盐溶液为按摩尔份数将1份硝酸镁、6份硝酸钾和3 份硝酸钠加入15份水中充分搅拌所得；
[0031] S5、预处理：将圆柱型合金基质B在室温下浸入水中5min，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15min，然后取出置于真空室中进行干燥后，用喷砂机对表面进行粗化处理得到 圆柱型合金基质C，圆柱型合金基质C的粗糙度为4 μ m ;;
[0032] 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 109 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208 μ m陶瓷层得到高 韧性涂层磨段，其中纯镍结合层的原料为粒径20-30 μ m的镍粉，陶瓷层的原料为粒径 45-55 μ m的A1203和A1N混合粉料，A1203和A1N的质量比为50 :50,等离子喷涂系统的参数 如下：电流650A，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
[0033] 实施例3
[0034] 本发明提出的一种高韧性涂层磨段，按照如下步骤制得：
[0035] S1、熔炼：将废钢、铬铁合金、水泥、生铁、锰锭、铝锭和硼砂依次放入感应炉中，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23L/min，关闭炉门后将感应炉 温度升至2600°C，待上述原料全部熔化后，打开炉门加入镁锭、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2800°C保温3. 5h，保温过程
【权利要求】
1. 一种高韧性涂层磨段，其特征在于，按照如下步骤制得： 51、 熔炼：将废钢、铬铁合金、水泥、生铁、锰锭、铝锭和硼砂依次放入感应炉中，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20-25L/min，关闭炉门后将感 应炉温度升至2500-2700°C，待上述原料全部熔化后，打开炉门加入镁锭、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2700-3000°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. 3-1. 6%，铬： 19-23%，钙：0· 5-1. 2%，锰：0· 9-1. 1%，铝：1· 2-2. 3%，硼：0· 2-0. 5%，硅：0· 9-1. 3%，镁： 0. 7-1. 2%，钛：1. 1-1. 4%，硫：0. 01-0. 04%，磷：0. 02-0. 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2400-2500°C，冷却至 320-350°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，向电炉内通入氩气使电炉中氧含量 小于5%，氩气流速为5-8L/min，将电炉温度升温至1200-1300 °C，升温过程符合T = 20+lg(t-l), T为温度，T单位为°(：, t为时间，t单位为min,保温3-5h后，将保温后的圆 柱型合金基质A取出置于温度为160-200°C的硝酸盐溶液中，待硝酸盐溶液的温度升至 260-320°C进行保温，保温时间为Xmin，然后取出空气冷却至室温得到圆柱型合金基质B，X =2. 4R+ (3?6)，其中R为圆柱型合金基质A的半径，R的单位为mm，所述硝酸盐溶液为按 摩尔份数将1-3份硝酸镁、2-6份硝酸钾和3-7份硝酸钠加入8-15份水中充分搅拌所得； 55、 预处理：将圆柱型合金基质B在室温下浸入水中5-10min，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l〇-15min，然后取出置于真空室中进行干燥后，用喷砂机对表面进行粗 化处理得到圆柱型合金基质C，圆柱型合金基质C的粗糙度为4-6 μ m ;; 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 105-109 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208-212 μ m陶瓷层 得到高韧性涂层磨段，其中纯镍结合层的原料为粒径20-30 μ m的镍粉，陶瓷层的原料为 粒径45-55 μ m的A1203和A1N混合粉料，A1203和A1N的质量比为45-50 :50-55,等离子喷 涂系统的参数如下：电流600-650A，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所述高韧性涂层磨段，其特征在于，S2中，检测基质合金液的组分含 量，各兀素按重量百分比包括：碳：1.4*%，络：21*%，f丐：0. 81%，猛：1*%，错：2*%，砸：0. 41%， 硅：1. 1%，镁：1%，钛：1. 2%，硫：0. 03%，磷：0. 02%，余量为铁和不可避免的杂质。
3. 如权利要求1或2所述高韧性涂层磨段，其特征在于，S4中，将圆柱型合金基质A放 入电炉内，向电炉内通入氩气使电炉中氧含量小于5%，氩气流速为7L/min，将电炉温度升 温至1250°C，升温过程符合T = 20+lg (t-1)，T为温度，T单位为°C，t为时间，t单位为min， 保温4h后，将保温后的圆柱型合金基质A取出置于温度为180°C的硝酸盐溶液中，待硝酸盐 溶液的温度升至300°C进行保温，保温时间为Xmin，然后取出空气冷却至室温得到圆柱型 合金基质B，X = 2. 4R+5,其中R为圆柱型合金基质A的半径，R的单位为mm，所述硝酸盐溶 液为按摩尔份数将2份硝酸镁、4份硝酸钾和5份硝酸钠加入10份水中充分搅拌所得。
4.如权利要求1或2或3所述高韧性涂层磨段，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107 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210 μ m陶瓷层得到高韧性涂层磨段，其中纯镍结合层的原料为粒径 20-30 μ m的镍粉，陶瓷层的原料为粒径45-55 μ m的A1203和A1N混合粉料，A1203和A1N的 质量比为47 :53,等离子喷涂系统的参数如下：电流630A，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】C23C4/08GK104087841SQ201410271018
【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