本发明属于渣浆泵技术领域，具体涉及一种高强度耐腐蚀的渣浆泵叶轮。
背景技术：
渣浆泵通常是指通过借助泵的叶轮的旋转作用使固、液混合介质能量增加的一种机械，主要用于矿山、电厂、疏浚、冶金、化工、建材及石油等行业领域。渣浆泵的运行原理是，在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮边缘进入蜗形泵壳。在蜗形泵壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。
渣浆泵的叶轮在运转过程中，由于受到高速高温并携带有硬质颗粒的矿浆浆料的冲刷，使得叶轮表面材料磨损严重，在如此苛刻的工况下，叶轮的寿命非常短，需要频繁的更换以确保渣浆泵的可靠、稳定运行，而叶轮的频繁更换必然会造成生产的中断，大大的降低了生产效率。由此，研究和开发耐磨材料来减少叶轮在使用过程中的磨损，延长渣浆泵叶轮的使用寿命是非常重要的课题，也是目前国内外技术人员研究的重要内容。
在现有的技术中，先后采用了普通白口铸铁、镍硬铸铁和高铬铸铁cr15mo3等耐磨材质，现在陶瓷材料、奥贝铸铁adi、高分子材料和含cr20％以上的高铬铸铁等新型材料也开始被局部使用。但是，已经研制出的硬镍、高铬、锰铜等合金铸铁，存在着以下不同的缺陷：(1)、低合金白口铸铁，成本低，使用寿命相对较短；(2)、镍硬铸铁，使用寿命长，镍资源少，价格高，不能大量使用；(3)、高铬铸铁，耐磨性高于合金白口铸铁，铬资源在丰富，价格适中，应用比较广泛；(4)、奥贝球铁adi，综合性能优良，其硬度低于高铬铸铁，有优良的铸造性能，热处理工艺简单，重量轻，只用于小型渣浆泵；(5)、复合材料，具有优良的耐磨性、耐蚀性及耐冲击性，同时还具有制造成本低的特点，但生产工艺相对复杂；(6)、高分子材料，制备过程简单方便，节能，性能优越，但价格昂贵，生产成本会大幅提升。
技术实现要素：
针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种高强度、耐腐蚀的渣浆泵叶轮，克服现有的渣浆泵叶轮强度不足、容易腐蚀的缺点，延长渣浆泵叶轮的使用寿命，提高渣浆泵叶轮的更换周期。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种高强度耐腐蚀的渣浆泵叶轮，所述的渣浆泵叶轮以高铬铸铁作为本体，所述的本体表面设置有厚度为0.1～0.5mm的耐腐蚀层；
所述的耐腐蚀层包括以下原料：聚乙烯吡咯烷酮、微米级氧化铝、纳米级氧化铝、表面活性剂、分散剂、镍粉。
优选的，所述微米级氧化铝的粒径为0.2～10μm；
所述纳米级氧化铝的粒径为5～50nm；
所述微米级氧化铝和纳米级氧化铝的质量比为1：(3～5)。
优选的，所述的表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯-3醚、月桂酸聚氧乙烯-9脂、单十二烷基磷酸酯钾、卵磷脂、氨基酸型、甜菜碱型中一种或一种以上按任意比例的混合物。
优选的，所述分散剂为木质素磺酸钙、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚磺酸盐和聚羧酸盐中的一种或一种以上的混合物。
优选的，所述镍粉的粒径为0.1～5μm。
优选的，所述的耐腐蚀层包括以下重量份数的原料：聚乙烯吡咯烷酮20～35份、微米级氧化铝12～18份、纳米级氧化铝36～90份、表面活性剂3～8份、分散剂0.5～2份、镍粉0.05～0.1份。
本发明中，用于形成耐腐蚀层的浆料的制备方法包括以下步骤：
(1)按配方量称取微米级氧化铝、纳米级氧化铝和镍粉，在高速混合机中混合均匀，接着下料至混料桶中，加入溶剂、表面活性剂和分散剂，超声分散20～30min，得到混合液a；
(2)在搅拌的状态下加入聚乙烯吡咯烷酮，加完之后继续搅拌10～20min，得到用于形成耐腐蚀层的浆料。
本发明中，所述的高强度耐腐蚀的渣浆泵叶轮的制备方法包括以下步骤：
(1)按以下配方进行配料：回炉料25％、高碳铬铁15％、低碳铬铁15％、废钢40％、生铁5％；
将上述原料加入到感应电炉中进行熔炼，待炉料熔清后进行取样化验，根据化验结果将铁水调整到要求成分，将铁水升温到1480～1500℃，然后加入锰铁、硅铁进行脱氧，扒渣，最后加入钛铁、钒铁、稀土进行变质处理，用铝进行终脱氧；
(2)采用树脂造砂型，在护套木型的隔舌处放置冷铁，填砂造型；造完型后，铸型涂刷锆英粉酒精涂料，下芯、合箱；
(3)将步骤(1)中的铁水控制在温度为1380～1410℃进行浇注；
(4)采用淬火加回火处理工艺，升温速度控制在32～35℃/h，在200～700℃温度区间，阶梯保温1～2小时，淬火温度为1000～1020℃，保温时间为1～3小时；回火温度250℃，保温时间为3～5小时；
(5)待叶轮成型后，在其表面刷涂用于形成耐腐蚀层的浆料，然后置于20～30℃的室温下晾干1～2小时，接着置于真空度为0.05～0.30mpa、温度为60～70℃的真空干燥箱中烘烤1～3小时；
(6)采用氢气和甲烷的混合气体对步骤(5)中的叶轮表面进行灼烧处理，灼烧时间为10～15s，即得所述的高强度耐腐蚀的渣浆泵叶轮。
本发明中，以高铬铸铁为本体的渣浆泵叶轮包括以下百分含量的组分组成：c2.5～3.6％、cr25～30％、si0.3～0.5％、re0.02～0.04％、mo0.6～1.0％、cu0.6～0.8％、mn0.4～0.7％、ni0.6～0.8％、w1.2～1.8％、b0.03～0.05％、ti0.05～0.15％、v0.05～0.15％，其余为铁。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
本发明中，采用微米级氧化铝和纳米级氧化铝复合的方式刷涂于渣浆泵叶轮的表面，该大、小粒径级别的氧化铝不仅确保了耐腐蚀层中粒子填充的致密性，而且，通过氢气和甲烷混合气体的高温灼烧，改善了耐腐蚀层表面的填充粒子界面处的结合状态，提高了粒子的结合率，优化了界面处的应力状态，从而有效的提高了耐腐蚀层的强度和韧性，确保了渣浆泵叶轮的耐腐蚀性能和耐冲击强度，延长了渣浆泵叶轮的使用寿命。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。
本发明提供了一种高强度耐腐蚀的渣浆泵叶轮，所述的渣浆泵叶轮以高铬铸铁作为本体，所述的本体表面设置有厚度为0.1～0.5mm的耐腐蚀层；
所述的耐腐蚀层包括以下原料：聚乙烯吡咯烷酮、微米级氧化铝、纳米级氧化铝、表面活性剂、分散剂、镍粉。
本发明中，所述的聚乙烯吡咯烷酮作为粘结剂，用于微米级氧化铝和纳米级氧化铝的初步粘结，所述的聚乙烯吡咯烷酮是一种非离子型高分子化合物，既可以溶于水，又可以溶于大部分的有机溶剂，毒性很低。具体的，所述的聚乙烯吡咯烷酮可以举出如德国basfk85、k90。
本发明中，所述微米级氧化铝的粒径为0.2～10μm；
所述纳米级氧化铝的粒径为5～50nm；
所述微米级氧化铝和纳米级氧化铝的质量比为1：(3～5)。
本发明中，表面活性剂的作用在于降低氧化铝粉末的表面自由能，提高氧化铝的分散性能；此外，所述的表面活性剂还能够进入到氧化铝粒子的表面孔隙中，减少在灼烧时出现的孔的应力集中，避免出现起皮、开裂的现象。作为优选的，本发明所述的表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯-3醚、月桂酸聚氧乙烯-9脂、单十二烷基磷酸酯钾、卵磷脂、氨基酸型、甜菜碱型中一种或一种以上按任意比例的混合物。
本发明中，为了进一步的提高氧化铝的分散能力，用于形成耐腐蚀层的浆料中还含有分散剂，所述的分散剂为木质素磺酸钙、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚磺酸盐和聚羧酸盐中的一种或一种以上的混合物。
本发明中，镍粉的作用在作为甲烷裂解的催化剂，在氢气和甲烷混合气体灼烧的过程中，基于镍粉的存在，在耐腐蚀层的表面生成碳纳米管，该纳米管具有较高的强度，在渣浆泵叶轮的使用过程中，进一步的提高了对输送介质的屏蔽效果，本发明中，所述的镍粉的粒径为0.1～5μm，具体的，本发明所述的镍粉购自长沙立优金属材料有限公司生产的超细球形镍粉，具体的牌号为lnc-i(粒径为0.4μm)、lnc-ii(粒径为0.8μm)、lnc-iii(粒径为2.0μm)、lnc-iv(粒径更为4.5μm)。
本发明中，所述耐腐蚀层的配方含量可以在较宽的范围内选择，为了确保所述的耐腐蚀层具有优异的耐腐蚀性能和耐冲击强度，所述的耐腐蚀层包括以下重量份数的原料：聚乙烯吡咯烷酮20～35份、微米级氧化铝12～18份、纳米级氧化铝36～90份、表面活性剂3～8份、分散剂0.5～2份、镍粉0.05～0.1份。
本发明中，用于形成耐腐蚀层的浆料的制备方法包括以下步骤：
(1)按配方量称取微米级氧化铝、纳米级氧化铝和镍粉，在高速混合机中混合均匀，接着下料至混料桶中，加入溶剂、表面活性剂和分散剂，超声分散20～30min，得到混合液a；
(2)在搅拌的状态下加入聚乙烯吡咯烷酮，加完之后继续搅拌10～20min，得到用于形成耐腐蚀层的浆料。
所述的溶剂作为物料混合的载体，本发明对其没有特殊的要求，可以选用乙醇、甲醇、丙酮中的一种。
本发明提供的用于形成耐腐蚀层的浆料制备过程，仅仅是物料的混合，搅拌的过程，简单方便，易于操作。
本发明中，所述的高强度耐腐蚀的渣浆泵叶轮的制备方法包括以下步骤：
(1)按以下配方进行配料：回炉料25％、高碳铬铁15％、低碳铬铁15％、废钢40％、生铁5％；
将上述原料加入到感应电炉中进行熔炼，待炉料熔清后进行取样化验，根据化验结果将铁水调整到要求成分，将铁水升温到1480～1500℃，然后加入锰铁、硅铁进行脱氧，扒渣，最后加入钛铁、钒铁、稀土进行变质处理，用铝进行终脱氧；
(2)采用树脂造砂型，在护套木型的隔舌处放置冷铁，填砂造型；造完型后，铸型涂刷锆英粉酒精涂料，下芯、合箱；
(3)将步骤(1)中的铁水控制在温度为1380～1410℃进行浇注；
(4)采用淬火加回火处理工艺，升温速度控制在32～35℃/h，在200～700℃温度区间，阶梯保温1～2小时，淬火温度为1000～1020℃，保温时间为1～3小时；回火温度250℃，保温时间为3～5小时；
(5)待叶轮成型后，在其表面刷涂用于形成耐腐蚀层的浆料，然后置于20～30℃的室温下晾干1～2小时，接着置于真空度为0.05～0.30mpa、温度为60～70℃的真空干燥箱中烘烤1～3小时；
(6)采用氢气和甲烷的混合气体对步骤(5)中的叶轮表面进行灼烧处理，灼烧时间为10～15s，即得所述的高强度耐腐蚀的渣浆泵叶轮。
本发明中，以高铬铸铁为本体的渣浆泵叶轮包括以下百分含量的组分组成：c2.5～3.6％、cr25～30％、si0.3～0.5％、re0.02～0.04％、mo0.6～1.0％、cu0.6～0.8％、mn0.4～0.7％、ni0.6～0.8％、w1.2～1.8％、b0.03～0.05％、ti0.05～0.15％、v0.05～0.15％，其余为铁。
以下通过具体的实施例对本发明提供的渣浆泵叶轮的优点做进一步的说明。
实施例1
一种高强度耐腐蚀的渣浆泵叶轮，其制备方法包括以下步骤：
(1)按以下配方进行配料：回炉料25％、高碳铬铁15％、低碳铬铁15％、废钢40％、生铁5％；
将上述原料加入到感应电炉中进行熔炼，待炉料熔清后进行取样化验，根据化验结果将铁水调整到要求成分，将铁水升温到1480℃，然后加入锰铁、硅铁进行脱氧，扒渣，最后加入钛铁、钒铁、稀土进行变质处理，用铝进行终脱氧；
(2)采用树脂造砂型，在护套木型的隔舌处放置冷铁，填砂造型；造完型后，铸型涂刷锆英粉酒精涂料，下芯、合箱；
(3)将步骤(1)中的铁水控制在温度为1400℃进行浇注；
(4)采用淬火加回火处理工艺，升温速度控制在32℃/h，在200℃温度区间，阶梯保温2小时，淬火温度为1000℃，保温时间为2小时；回火温度250℃，保温时间为4小时；
(5)待叶轮成型后，在其表面刷涂用于形成耐腐蚀层的浆料，刷涂厚度为0.3mm，然后置于25℃的室温下晾干2小时，接着置于真空度为0.20mpa、温度为65℃的真空干燥箱中烘烤2小时；
(6)采用氢气和甲烷的混合气体对步骤(5)中的叶轮表面进行灼烧处理，灼烧时间为10s，即得所述的高强度耐腐蚀的渣浆泵叶轮。
上述以高铬铸铁为本体的渣浆泵叶轮包括以下百分含量的组分组成：c3％、cr28％、si0.4％、re0.03％、mo0.8％、cu0.7％、mn0.5％、ni0.7％、w1.5％、b0.04％、ti0.1％、v0.1％，其余为铁；
所述用于形成耐腐蚀层浆料包括：
聚乙烯吡咯烷酮(德国basfk85)28kg、微米级氧化铝(购自安徽科润纳米科技有限公司kr-al2o3-3)15kg、纳米级氧化铝(购自安徽科润纳米科技有限公司kr-al2o3-1)45kg、表面活性剂月桂酸聚氧乙烯-9脂5kg、分散剂木质素磺酸钙1.2kg、镍粉(购自长沙立优金属材料有限公司、牌号为lnc-i(粒径为0.4μm))0.08kg。
所述用于形成耐腐蚀层的浆料的制备方法为：
s1：按配方量称取微米级氧化铝(购自安徽科润纳米科技有限公司kr-al2o3-3)、纳米级氧化铝(购自安徽科润纳米科技有限公司kr-al2o3-1)和镍粉(购自长沙立优金属材料有限公司、牌号为lnc-i(粒径为0.4μm))，在高速混合机中混合均匀，接着下料至混料桶中，加入乙醇、表面活性剂月桂酸聚氧乙烯-9脂和分散剂木质素磺酸钙，超声分散20min，得到混合液a；
s2：在搅拌的状态下加入聚乙烯吡咯烷酮(德国basfk85)，加完之后继续搅拌15min，得到用于形成耐腐蚀层的浆料。
实施例2
一种高强度耐腐蚀的渣浆泵叶轮，其制备方法包括以下步骤：
(1)按以下配方进行配料：回炉料25％、高碳铬铁15％、低碳铬铁15％、废钢40％、生铁5％；
将上述原料加入到感应电炉中进行熔炼，待炉料熔清后进行取样化验，根据化验结果将铁水调整到要求成分，将铁水升温到1480℃，然后加入锰铁、硅铁进行脱氧，扒渣，最后加入钛铁、钒铁、稀土进行变质处理，用铝进行终脱氧；
(2)采用树脂造砂型在护套木型的隔舌处放置冷铁填砂造型；造完型后，铸型涂刷锆英粉酒精涂料，下芯、合箱；
(3)将步骤(1)中的铁水控制在温度为1380℃进行浇注；
(4)采用淬火加回火处理工艺，升温速度控制在32℃/h，在300℃温度区间，阶梯保温2小时，淬火温度为1000℃，保温时间为2小时；回火温度250℃，保温时间为3小时；
(5)待叶轮成型后，在其表面刷涂用于形成耐腐蚀层的浆料，刷涂厚度为0.3mm，然后置于20℃的室温下晾干1小时，接着置于真空度为0.05mpa、温度为60℃的真空干燥箱中烘烤1小时；
(6)采用氢气和甲烷的混合气体对步骤(5)中的叶轮表面进行灼烧处理，灼烧时间为10s，即得所述的高强度耐腐蚀的渣浆泵叶轮。
上述以高铬铸铁为本体的渣浆泵叶轮包括以下百分含量的组分组成：c2.5％、cr25％、si0.3％、re0.02％、mo0.6％、cu0.6％、mn0.4％、ni0.6％、w1.2％、b0.03％、ti0.05％、v0.05％，其余为铁；
所述用于形成耐腐蚀层浆料包括：
聚乙烯吡咯烷酮(德国basfk85)20kg、微米级氧化铝(购自安徽科润纳米科技有限公司kr-al2o3-3)12kg、纳米级氧化铝(购自安徽科润纳米科技有限公司kr-al2o3-1)36kg、表面活性剂月桂酸聚氧乙烯-9脂3kg、分散剂木质素磺酸钙0.5kg、镍粉(购自长沙立优金属材料有限公司、牌号为lnc-i(粒径为0.4μm))0.05kg。
所述用于形成耐腐蚀层的浆料的制备方法为：
s1：按配方量称取微米级氧化铝(购自安徽科润纳米科技有限公司kr-al2o3-3)、纳米级氧化铝(购自安徽科润纳米科技有限公司kr-al2o3-1)和镍粉(购自长沙立优金属材料有限公司、牌号为lnc-i(粒径为0.4μm))，在高速混合机中混合均匀，接着下料至混料桶中，加入乙醇、表面活性剂月桂酸聚氧乙烯-9脂和分散剂木质素磺酸钙，超声分散20min，得到混合液a；
s2：在搅拌的状态下加入聚乙烯吡咯烷酮(德国basfk85)，加完之后继续搅拌10min，得到用于形成耐腐蚀层的浆料。
实施例3
一种高强度耐腐蚀的渣浆泵叶轮，其制备方法包括以下步骤：
(1)按以下配方进行配料：回炉料25％、高碳铬铁15％、低碳铬铁15％、废钢40％、生铁5％；
将上述原料加入到感应电炉中进行熔炼，待炉料熔清后进行取样化验，根据化验结果将铁水调整到要求成分，将铁水升温到1500℃，然后加入锰铁、硅铁进行脱氧，扒渣，最后加入钛铁、钒铁、稀土进行变质处理，用铝进行终脱氧；
(2)采用树脂造砂型，在护套木型的隔舌处放置冷铁，填砂造型；造完型后，铸型涂刷锆英粉酒精涂料，下芯、合箱；
(3)将步骤(1)中的铁水控制在温度为1410℃进行浇注；
(4)采用淬火加回火处理工艺，升温速度控制在35℃/h，在700℃温度区间，阶梯保温2小时，淬火温度为1020℃，保温时间为3小时；回火温度250℃，保温时间为5小时；
(5)待叶轮成型后，在其表面刷涂用于形成耐腐蚀层的浆料，刷涂厚度为0.3mm，然后置于30℃的室温下晾干2小时，接着置于真空度为0.30mpa、温度为70℃的真空干燥箱中烘烤3小时；
(6)采用氢气和甲烷的混合气体对步骤(5)中的叶轮表面进行灼烧处理，灼烧时间为15s，即得所述的高强度耐腐蚀的渣浆泵叶轮。
上述以高铬铸铁为本体的渣浆泵叶轮包括以下百分含量的组分组成：c3.6％、cr30％、si0.5％、re0.04％、mo1.0％、cu0.8％、mn0.7％、ni0.8％、w1.8％、b0.05％、ti0.15％、v0.15％，其余为铁；
所述用于形成耐腐蚀层浆料包括：
聚乙烯吡咯烷酮(德国basfk85)35kg、微米级氧化铝(购自安徽科润纳米科技有限公司kr-al2o3-3)18kg、纳米级氧化铝(购自安徽科润纳米科技有限公司kr-al2o3-1)90kg、表面活性剂月桂酸聚氧乙烯-9脂8kg、分散剂木质素磺酸钙2kg、镍粉(购自长沙立优金属材料有限公司、牌号为lnc-i(粒径为0.4μm))0.1kg。
所述用于形成耐腐蚀层的浆料的制备方法为：
s1：按配方量称取微米级氧化铝(购自安徽科润纳米科技有限公司kr-al2o3-3)、纳米级氧化铝(购自安徽科润纳米科技有限公司kr-al2o3-1)和镍粉(购自长沙立优金属材料有限公司、牌号为lnc-i(粒径为0.4μm))，在高速混合机中混合均匀，接着下料至混料桶中，加入乙醇、表面活性剂月桂酸聚氧乙烯-9脂和分散剂木质素磺酸钙，超声分散30min，得到混合液a；
s2：在搅拌的状态下加入聚乙烯吡咯烷酮(德国basfk85)，加完之后继续搅拌20min，得到用于形成耐腐蚀层的浆料。
对比例1
本实施例与实施例1的渣浆泵叶轮的制备方法基本相同，不同的是，所述用于形成耐腐蚀层的浆料中不含有微米级氧化铝，仅含有纳米级氧化铝，其余不变，得到所述的渣浆泵叶轮。
对比例2
本实施例与实施例1的渣浆泵叶轮的制备方法基本相同，不同的是，所述用于形成耐腐蚀层的浆料中不含有纳米级氧化铝，仅含有微米级氧化铝，其余不变，得到所述的渣浆泵叶轮。
对比例3
本实施例与实施例1的渣浆泵叶轮的制备方法基本相同，不同的是，步骤(6)中，不采用氢气和甲烷的混合气体对叶轮表面进行灼烧处理，其余不变，制备得到所述的渣浆泵叶轮。
对上述实施例得到渣浆泵叶轮分别进行冲蚀磨损试验，冲蚀的条件为：冲蚀速度为10m/s、冲蚀角为70°、冲蚀时间为连续48小时，接着观察渣浆泵叶轮的表面情况，观察是否有剥离现象。
经过试验发现，实施例1-3制备得到的渣浆泵叶轮的表面完好，并无剥离现象；
所述的对比例1-2制备得到的渣浆泵叶轮在48小时后出现了少量的剥离现象；
所述的对比例3制备得到的渣浆泵叶轮在48小时后出现较多的剥离现象。
基于上述试验结果，本发明提供的渣浆泵叶轮具有优异的防冲击、耐腐蚀性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。