一種耐腐蝕涂層磨段的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種耐腐蝕涂層磨段,按重量份將170-175份廢鋼、30-35份鉻錠、70-80份生鐵、20-25份硼砂、10-20份錳錠、50-60份鎂錠、60-70份碳粉和30-40份硅粉進行熔煉，澆注，在硝鹽溶液中進行等溫淬火，再進行預處理后采用等離子噴涂方式在基質表面鍍上結合層和Al2O3/AlN陶瓷層，其中Al2O3和AlN的質量比為60-65：35-40。本發明耐熱耐腐蝕，可在多種環境下使用，尤其適用于濕法研磨，耐磨性能好，硬度可達70HRC以上，沖擊韌性可達7J/cm2。
【專利說明】一種耐腐蝕涂層磨段
【技術領域】
[0001] 本發明涉及磨段【技術領域】，尤其涉及一種耐腐蝕涂層磨段。
【背景技術】
[0002] 球磨機是工業生產中廣泛使用的高細磨機械之一。球磨機磨段是球磨機設備研磨 物料介質，通過球磨機磨段之間、磨段與物料之間的碰撞摩擦產生磨削作用，從而將物料的 粒徑進一步減小。現有技術中，球磨機的磨介磨段主要是鉻系合金、錳系合金等球磨鑄鋼件 或球磨鑄鐵件，如高鉻磨段、低鉻磨段、多元合金磨段和釩鈦鉻合金磨段等，其工作對象多 為水泥、煤炭、礦石、煤渣等。磨煤機磨段在使用時的硬度和耐磨性是影響磨煤機整形效果 的主要因素之一。為了提高破碎效率和磨段的耐用度，需要磨段表面有足夠的硬度和耐磨 度。同時，在研磨過程中，磨段與磨料、磨段與襯板以及磨段與磨段之間發生的沖撞不可避 免，因此，還要求磨段有一定的韌性，避免破裂，這就對磨段的成分提出高等級的要求。
【發明內容】
[0003] 基本【背景技術】存在的技術問題，本發明提出了一種耐腐蝕涂層磨段，耐熱耐腐蝕， 可在多種環境下使用，尤其適用于濕法研磨，耐磨性能好，硬度可達70HRC以上，沖擊韌性 可達 7J/cm2。
[0004] 本發明提出的一種耐腐蝕涂層磨段，按照如下步驟制得：
[0005] S1、熔煉：按重量份將170-175份廢鋼、30-35份鉻錠、70-80份生鐵、20-25份硼砂 和10-20份錳錠放入感應爐中，向感應爐中通入氬氣使感應爐中氧含量小于4%，氬氣流速 為20-25L/min，關閉爐門后將感應爐溫度升至2500-2700°C，待上述原料全部熔化后，打開 爐門加入50-60份鎂錠、60-70份粒徑為55-60 μ m的碳粉和30-40份粒徑為30-50 μ m的硅 粉，再次關閉爐門將感應爐溫度升至2700-3000°C保溫3-4h，保溫過程中抽真空維持負壓 為0. 3-0. 4kPa，再次打開爐門撈出浮在液體表面的爐渣后，感應爐中剩余液體為基質合金 液；
[0006] S2、澆注：將基質合金液出爐向模具中進行澆注，澆注溫度為2400-2500°C，冷卻 至340-370°C得到圓柱型合金基質A ;
[0007] S3、熱處理：將圓柱型合金基質A放入電爐內，向電爐內通入氬氣使電爐中氧含 量小于5%，氬氣流速為5-8L/min，將電爐溫度升溫至1200-1300°C，升溫過程符合T = 25+lg(t-l)，T為溫度，T單位為°C，t為時間，t單位為min，保溫3-5h后，將保溫后的圓 柱型合金基質A取出置于溫度為160-200°C的硝酸鹽溶液中，待硝酸鹽溶液的溫度升至 260-320°C進行保溫，保溫時間為Xmin，然后取出空氣冷卻至室溫得到圓柱型合金基質B，X =2. 4R+ (3?6)，其中R為圓柱型合金基質A的半徑，R的單位為mm，所述硝酸鹽溶液為按 摩爾份數將1-3份硝酸鎂、2-6份硝酸鉀和3-7份硝酸鈉加入8-15份水中充分攪拌所得；
[0008] S4、預處理：將圓柱型合金基質B在室溫下浸入水中5-10min，取出干燥后浸入丙 酮中并用超聲清洗機進行清洗，清洗時間為15_20min，清洗溫度為55-65°C，再次取出干燥 后在室溫下浸入乙醚中l〇-15min，然后取出置于真空室中進行干燥后，用噴砂機對表面進 行粗化處理得到圓柱型合金基質C，圓柱型合金基質C的粗糙度為7-8 μ m ;
[0009] S5、噴涂涂層：利用等離子噴涂系統在圓柱型合金基質C表面噴涂一層厚度為 101-104 μ m的純鋁結合層后，再在純鋁結合層的表面噴涂一層厚度為202-207 μ m陶瓷層 得到耐腐蝕涂層磨段，其中純鋁結合層的原料為粒徑20-25 μ m的鋁粉，陶瓷層的原料為 粒徑50-60 μ m的A1203和A1N混合粉料，A1203和A1N的質量比為60-65 :35-40,等離子噴 涂系統的參數如下：電流600-650A，電壓為50V，氬氣的流量為50-52L/min，氫氣的流量為 25-26L/min，原料送粉率為 1. 6-1. 8kg/h。
[0010] 優選地，S1中，按重量份將173份廢鋼、33份鉻錠、75份生鐵、22份硼砂和18份錳 錠放入感應爐中，向感應爐中通入氬氣使感應爐中氧含量小于4%，氬氣流速為22L/min, 關閉爐門后將感應爐溫度升至2600°C，待上述原料全部熔化后，打開爐門加入57份鎂錠、 63份粒徑為55-60 μ m的碳粉和34份粒徑為30-50 μ m的硅粉，再次關閉爐門將感應爐溫度 升至2900°C保溫3. 2h，保溫過程中抽真空維持負壓為0. 33kPa，再次打開爐門撈出浮在液 體表面的爐渣后，感應爐中剩余液體為基質合金液。
[0011] 優選地，S3中，所述硝酸鹽溶液為按摩爾份數將2份硝酸鎂、5份硝酸鉀和5份硝 酸鈉加入10份水中充分攪拌所得。
[0012] 在由鐵礦石生產各種鐵或鐵合金時，由于鐵礦中往往伴生有磷、硫等金屬或非金 屬礦，導致最終的鐵或鐵合金中含有磷、硫等元素以及難以避免的雜質。
[0013] 本發明在進行表面涂層前進行預處理，增強基質表面的粗糙程度，使涂層與基質 結合更加緊密；選用純鋁作為結合層，加強基質和A1 203/A1N陶瓷層粘連強度；采用等離子 噴涂的方法在圓柱型合金基質表面噴涂純鎳結合層和A1 203/A1N陶瓷層，其中陶瓷層中的 A1203和A1N質量比為45-50 :50-55, A1203/A1N陶瓷層厚度為208-212 μ m，利用鋁的氮化物 和氧化物提高磨段耐磨性能，滿足實際使用過程中對磨段的要求，經檢測發現磨段硬度可 達70HRC以上，適用于大部分材料的研磨，而A1 203/A1N陶瓷層在磨段表面形成致密的保護 膜，顯著提高耐熱、耐腐蝕和耐氧化的性能，使本發明更適用于濕法研磨，還提高本發明的 使用壽命，間接降低了使用成本；而采用廢鋼、鉻錠、生鐵、硼砂和錳錠配合作為圓柱型合金 基質的主料，實現本發明對于圓柱型基質密度高和沖擊韌性高的要求，提高磨段在使用中 磨削效率，加強磨段的耐用性；鎂錠、粒徑為55-60 μ m的碳粉粒徑為30-50 μ m的硅粉和熔 煉前通入的氬氣相互配合，可減少熔煉中與氧氣接觸，減少合金基質中氧化物的含量，進一 步提高磨段的使用壽命；在熱處理中采用硝酸鹽溶液進行等溫淬火，先將溫度升高使圓柱 型合金基質中的奧氏體均勻分布，利用硝酸鹽溶液的高比熱容進行快速降溫，使奧氏體轉 化成貝氏體，大幅度提高合金基質的韌性，沖擊韌性可達7J/cm 2,經多次試驗證明硝酸鎂、 硝酸鉀、硝酸鈉和水的摩爾比為1-3 :2-6 :3-7 :8-15時在260-320°C比熱容最大，可以大量 吸收圓柱型合金基質的熱能，達到快速降溫的效果，而又通過多次試驗對比得出降溫時間 與圓柱型合金基質的半徑存在線性函數關系，依據此線性函數得出的降溫時間，可使圓柱 型合金基質的韌性達到最高。
【具體實施方式】
[0014] 下面，通過具體實施例對本發明的技術方案進行詳細說明。
[0015] 實施例1
[0016] 本發明提出的一種耐腐蝕涂層磨段，按照如下步驟制得：
[0017] S1、熔煉：按重量份將170份廢鋼、35份鉻錠、70份生鐵、25份硼砂和10份錳錠放 入感應爐中，向感應爐中通入氬氣使感應爐中氧含量為3. 7%，氬氣流速為20L/min，關閉 爐門后將感應爐溫度升至2700°C，待上述原料全部熔化后，打開爐門加入50份鎂錠、70份 粒徑為55-60 μ m的碳粉和30份粒徑為30-50 μ m的硅粉，再次關閉爐門將感應爐溫度升至 3000°C保溫3h，保溫過程中抽真空維持負壓為0. 4kPa，再次打開爐門撈出浮在液體表面的 爐渣后，感應爐中剩余液體為基質合金液；
[0018] S2、澆注：將基質合金液出爐向模具中進行澆注，澆注溫度為2400°C，冷卻至 370°C得到圓柱型合金基質A ;
[0019] S3、熱處理：將圓柱型合金基質A放入電爐內，向電爐內通入氬氣使電爐中氧含量 為3%，氬氣流速為8L/min，將電爐溫度升溫至1200°C，升溫過程符合T = 25+lg (t-1)，T為 溫度，T單位為°C，t為時間，t單位為min，保溫5h后，將保溫后的圓柱型合金基質A取出 置于溫度為160°C的硝酸鹽溶液中，待硝酸鹽溶液的溫度升至320°C進行保溫，保溫時間為 Xmin，然后取出空氣冷卻至室溫得到圓柱型合金基質B，X = 2. 4R+3,其中R為圓柱型合金 基質A的半徑，R的單位為mm，所述硝酸鹽溶液為按摩爾份數將3份硝酸鎂、2份硝酸鉀和7 份硝酸鈉加入8份水中充分攪拌所得；
[0020] S4、預處理：將圓柱型合金基質B在室溫下浸入水中lOmin，取出干燥后浸入丙酮 中并用超聲清洗機進行清洗，清洗時間為15min，清洗溫度為65°C，再次取出干燥后在室溫 下浸入乙醚中lOmin，然后取出置于真空室中進行干燥后，用噴砂機對表面進行粗化處理得 到圓柱型合金基質C，圓柱型合金基質C的粗糙度為8 μ m ;
[0021 ] S5、嗔涂涂層：利用等尚子嗔涂系統在圓柱型合金基質C表面嗔涂一層厚度為 101 μ m的純鋁結合層后，再在純鋁結合層的表面噴涂一層厚度為207 μ m陶瓷層得到耐 腐蝕涂層磨段，其中純鋁結合層的原料為粒徑20-25 μ m的鋁粉，陶瓷層的原料為粒徑 50-60 μ m的A1203和A1N混合粉料，A1203和A1N的質量比為60 :40,等離子噴涂系統的參數 如下：電流600A，電壓為50V，氬氣的流量為52L/min，氫氣的流量為25L/min，原料送粉率為 1. 8kg/h〇
[0022] 實施例2
[0023] 本發明提出的一種耐腐蝕涂層磨段，按照如下步驟制得：
[0024] S1、熔煉：按重量份將175份廢鋼、30份鉻錠、80份生鐵、20份硼砂和20份錳錠放 入感應爐中，向感應爐中通入氬氣使感應爐中氧含量為3%，氬氣流速為25L/min，關閉爐 門后將感應爐溫度升至2500°C，待上述原料全部熔化后，打開爐門加入60份鎂錠、60份粒 徑為55-60 μ m的碳粉和40份粒徑為30-50 μ m的硅粉，再次關閉爐門將感應爐溫度升至 2700°C保溫4h，保溫過程中抽真空維持負壓為0. 3kPa，再次打開爐門撈出浮在液體表面的 爐渣后，感應爐中剩余液體為基質合金液；
[0025] S2、澆注：將基質合金液出爐向模具中進行澆注，澆注溫度為2500°C，冷卻至 340°C得到圓柱型合金基質A ;
[0026] S3、熱處理：將圓柱型合金基質A放入電爐內，向電爐內通入氬氣使電爐中氧含量 為4. 6%，氬氣流速為5L/min，將電爐溫度升溫至1300°C，升溫過程符合T = 25+lg (t-Ι)， T為溫度，T單位為°C，t為時間，t單位為min，保溫3h后，將保溫后的圓柱型合金基質A取 出置于溫度為200°C的硝酸鹽溶液中，待硝酸鹽溶液的溫度升至260°C進行保溫，保溫時間 為Xmin，然后取出空氣冷卻至室溫得到圓柱型合金基質B，X = 2. 4R+6,其中R為圓柱型合 金基質A的半徑，R的單位為mm，所述硝酸鹽溶液為按摩爾份數將1份硝酸鎂、6份硝酸鉀 和3份硝酸鈉加入15份水中充分攪拌所得；
[0027] S4、預處理：將圓柱型合金基質B在室溫下浸入水中5min，取出干燥后浸入丙酮中 并用超聲清洗機進行清洗，清洗時間為20min，清洗溫度為55°C，再次取出干燥后在室溫下 浸入乙醚中15min，然后取出置于真空室中進行干燥后，用噴砂機對表面進行粗化處理得到 圓柱型合金基質C，圓柱型合金基質C的粗糙度為7 μ m ;
[0028] S5、嗔涂涂層：利用等尚子嗔涂系統在圓柱型合金基質C表面嗔涂一層厚度為 104 μ m的純鋁結合層后，再在純鋁結合層的表面噴涂一層厚度為202 μ m陶瓷層得到耐 腐蝕涂層磨段，其中純鋁結合層的原料為粒徑20-25 μ m的鋁粉，陶瓷層的原料為粒徑 50-60 μ m的A1203和A1N混合粉料，A1203和A1N的質量比為65 :35,等離子噴涂系統的參數 如下：電流650A，電壓為50V，氬氣的流量為50L/min，氫氣的流量為26L/min，原料送粉率為 1. 6kg/h〇
[0029] 實施例3
[0030] 本發明提出的一種耐腐蝕涂層磨段，按照如下步驟制得：
[0031] S1、熔煉：按重量份將173份廢鋼、33份鉻錠、75份生鐵、22份硼砂和18份錳錠放 入感應爐中，向感應爐中通入氬氣使感應爐中氧含量小于4%，氬氣流速為22L/min，關閉 爐門后將感應爐溫度升至2600°C，待上述原料全部熔化后，打開爐門加入57份鎂錠、63份 粒徑為55-60 μ m的碳粉和34份粒徑為30-50 μ m的硅粉，再次關閉爐門將感應爐溫度升至 2900°C保溫3. 2h，保溫過程中抽真空維持負壓為0. 33kPa，再次打開爐門撈出浮在液體表 面的爐渣后，感應爐中剩余液體為基質合金液；
[0032] S2、澆注：將基質合金液出爐向模具中進行澆注，澆注溫度為2450°C，冷卻至 360°C得到圓柱型合金基質A ;
[0033] S3、熱處理：將圓柱型合金基質A放入電爐內，向電爐內通入氬氣使電爐中氧含量 為4. 1 %，氬氣流速為7L/min，將電爐溫度升溫至1260°C，升溫過程符合T = 25+lg (t-Ι)， T為溫度，T單位為°C，t為時間，t單位為min，保溫4h后，將保溫后的圓柱型合金基質A取 出置于溫度為180°C的硝酸鹽溶液中，待硝酸鹽溶液的溫度升至300°C進行保溫，保溫時間 為Xmin，然后取出空氣冷卻至室溫得到圓柱型合金基質B，X = 2. 4R+4,其中R為圓柱型合 金基質A的半徑，R的單位為mm，所述硝酸鹽溶液為按摩爾份數將2份硝酸鎂、5份硝酸鉀 和5份硝酸鈉加入10份水中充分攪拌所得；
[0034] S4、預處理：將圓柱型合金基質B在室溫下浸入水中8min，取出干燥后浸入丙酮中 并用超聲清洗機進行清洗，清洗時間為17min，清洗溫度為61°C，再次取出干燥后在室溫下 浸入乙醚中12min，然后取出置于真空室中進行干燥后，用噴砂機對表面進行粗化處理得到 圓柱型合金基質C，圓柱型合金基質C的粗糙度為7. 8 μ m ;
[0035] S5、嗔涂涂層：利用等尚子嗔涂系統在圓柱型合金基質C表面嗔涂一層厚度為 103 μ m的純鋁結合層后，再在純鋁結合層的表面噴涂一層厚度為204 μ m陶瓷層得到耐 腐蝕涂層磨段，其中純鋁結合層的原料為粒徑20-25 μ m的鋁粉，陶瓷層的原料為粒徑
【權利要求】
1. 一種耐腐蝕涂層磨段，其特征在于，按照如下步驟制得： 51、 熔煉：按重量份將170-175份廢鋼、30-35份鉻錠、70-80份生鐵、20-25份硼砂和 10-20份錳錠放入感應爐中，向感應爐中通入氬氣使感應爐中氧含量小于4%，氬氣流速為 20-25L/min，關閉爐門后將感應爐溫度升至2500-2700°C，待上述原料全部熔化后，打開爐 門加入50-60份鎂錠、60-70份粒徑為55-60 μ m的碳粉和30-40份粒徑為30-50 μ m的硅 粉，再次關閉爐門將感應爐溫度升至2700-300(TC保溫3-4h，保溫過程中抽真空維持負壓 為0. 3-0. 4kPa，再次打開爐門撈出浮在液體表面的爐渣后，感應爐中剩余液體為基質合金 液； 52、 澆注：將基質合金液出爐向模具中進行澆注，澆注溫度為2400-2500°C，冷卻至 340-370°C得到圓柱型合金基質A ; 53、 熱處理：將圓柱型合金基質A放入電爐內，向電爐內通入氬氣使電爐中氧含量 小于5%，氬氣流速為5-8L/min，將電爐溫度升溫至1200-1300 °C，升溫過程符合T = 25+lg(t-l)，T為溫度，T單位為°C，t為時間，t單位為min，保溫3-5h后，將保溫后的圓 柱型合金基質A取出置于溫度為160-200°C的硝酸鹽溶液中，待硝酸鹽溶液的溫度升至 260-320°C進行保溫，保溫時間為Xmin，然后取出空氣冷卻至室溫得到圓柱型合金基質B，X =2. 4R+ (3?6)，其中R為圓柱型合金基質A的半徑，R的單位為mm，所述硝酸鹽溶液為按 摩爾份數將1-3份硝酸鎂、2-6份硝酸鉀和3-7份硝酸鈉加入8-15份水中充分攪拌所得； 54、 預處理：將圓柱型合金基質B在室溫下浸入水中5-10min，取出干燥后浸入丙酮中 并用超聲清洗機進行清洗，清洗時間為15_20min，清洗溫度為55-65°C，再次取出干燥后在 室溫下浸入乙醚中l〇-15min，然后取出置于真空室中進行干燥后，用噴砂機對表面進行粗 化處理得到圓柱型合金基質C，圓柱型合金基質C的粗糙度為7-8 μ m ; 55、 噴涂涂層：利用等離子噴涂系統在圓柱型合金基質C表面噴涂一層厚度為 101-104 μ m的純鋁結合層后，再在純鋁結合層的表面噴涂一層厚度為202-207 μ m陶瓷層 得到耐腐蝕涂層磨段，其中純鋁結合層的原料為粒徑20-25 μ m的鋁粉，陶瓷層的原料為 粒徑50-60 μ m的A1203和A1N混合粉料，A1203和A1N的質量比為60-65 :35-40,等離子噴 涂系統的參數如下：電流600-650A，電壓為50V，氬氣的流量為50-52L/min，氫氣的流量為 25-26L/min，原料送粉率為 1. 6-1. 8kg/h。
2. 如權利要求1所述耐腐蝕涂層磨段，其特征在于，S1中，按重量份將173份廢鋼、 33份鉻錠、75份生鐵、22份硼砂和18份錳錠放入感應爐中，向感應爐中通入氬氣使感應 爐中氧含量小于4%，氬氣流速為22L/min，關閉爐門后將感應爐溫度升至2600°C，待上述 原料全部熔化后，打開爐門加入57份鎂錠、63份粒徑為55-60 μ m的碳粉和34份粒徑為 30-50 μ m的硅粉，再次關閉爐門將感應爐溫度升至2900°C保溫3. 2h，保溫過程中抽真空維 持負壓為〇. 33kPa，再次打開爐門撈出浮在液體表面的爐渣后，感應爐中剩余液體為基質合 金液。
3. 如權利要求1或2所述耐腐蝕涂層磨段，其特征在于，S3中，所述硝酸鹽溶液為按摩 爾份數將2份硝酸鎂、5份硝酸鉀和5份硝酸鈉加入10份水中充分攪拌所得。
【文檔編號】C23C4/10GK104087885SQ201410271290
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月17日 優先權日:2014年6月17日
【發明者】趙金斌, 楊霄, 葛興洋 申請人:寧國東方碾磨材料股份有限公司