一種球磨機(jī)襯板耐磨涂層的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于工程機(jī)械再制造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種球磨機(jī)襯板耐磨涂 層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 材料是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)之一。當(dāng)今社會(huì)已經(jīng)把降低材料的損耗作為一 個(gè)非常重要的問(wèn)題。機(jī)械零件的失效大多數(shù)是從表面開(kāi)始，材料的表面強(qiáng)度直接影響機(jī)械 零件的使用壽命。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界各類機(jī)械零部件每年因摩擦磨損造成的經(jīng)濟(jì)損失 高達(dá)數(shù)千億美元。由于摩擦磨損發(fā)生在材料表面，因此采用先進(jìn)的表面技術(shù)，在普通材料表 面優(yōu)化設(shè)計(jì)制備出所需的耐磨涂層是一種簡(jiǎn)便有效的方法。它不僅可顯著提高產(chǎn)品的可靠 性和使用壽命，減少產(chǎn)品的維修和更換，而且節(jié)約材料和能源，有利于環(huán)境保護(hù)，是材料科 學(xué)的發(fā)展方向之一。
[0003] 通過(guò)表面冶金強(qiáng)化使鋼材等材料表面獲得高耐磨能力的覆層是提高零件使用壽 命，節(jié)約鋼材和貴重合金材料的重要手段。因此，近些年來(lái)材料表面新技術(shù)特別是涂層技術(shù) 的發(fā)展愈來(lái)愈快。目前，研究主要集中于熱噴涂、等離子噴涂、爆炸噴涂或激光熔敷等技術(shù) 獲得的Ni基、Co基、Fe基等耐磨耐蝕涂層上，但是從工藝上都有其局限性，如熱噴焊涂層 工藝性差，涂層質(zhì)量低；激光熔敷所用設(shè)備昂貴，激光功率小；等離子噴涂、爆炸噴涂噪音 污染，設(shè)備復(fù)雜，工藝性不穩(wěn)定等，因而，在工程應(yīng)用中受到一定的限制。因此，采用一種新 的方法制備耐磨抗腐蝕涂層得到了人們的廣泛重視。
[0004] 超音速火焰噴涂，又稱為高速火焰噴涂[23 24]，它是利用特殊設(shè)計(jì)的噴槍，使噴涂的 粉末粒子以高的速度噴射到工件表面形成結(jié)合強(qiáng)度和致密度都高的涂層的一種熱噴涂技 術(shù)。超音速火焰噴涂的特點(diǎn)總結(jié)如下幾個(gè)方面： (1)粉末粒子的飛行速度高，可達(dá)兩倍音速以上，由于沖擊能量大，沉積涂層的結(jié)構(gòu) 比較致密、結(jié)合強(qiáng)度髙并且無(wú)分層現(xiàn)象出現(xiàn)； (2) 火焰溫度相對(duì)不高，粒子在火焰中停留時(shí)間相對(duì)較短，使得材料的相變、氧化和分 解得到有效抑制，因此特別適合噴涂如WC等在高溫下極易分解和退化的材料； (3) 噴涂距離可在不影響涂層質(zhì)量的前提下靈活調(diào)整； (4) 涂層的殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力且較小，因此涂層有較好的疲勞強(qiáng)度； (5) 綜合性能優(yōu)異：涂層孔隙率更低，硬度更高，耐磨性能更強(qiáng)，使用壽命顯著提高。
[0005] 超音速火焰噴涂的顯著優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備投資抵，沉積速度快，材料選擇范圍大。另外超 音速火焰噴涂具有優(yōu)異的低溫高速特性，這特別適合于噴涂耐磨性能良好的WC類材料。
[0006] 用于鐵礦石的破碎、研磨和選礦等使用的大型球磨機(jī)，其主要是以疲勞磨損破壞 而失效。這是因?yàn)榍蚰C(jī)內(nèi)的磨球和鐵礦石都非常質(zhì)密且堅(jiān)硬，其中物料莫氏硬度為 5. 5-6. 5,在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中給筒體內(nèi)部墊付的襯板帶來(lái)較大的沖擊和摩擦力，同時(shí)還會(huì)受到 作業(yè)環(huán)境的影響而被腐蝕失效，通常使用約4-5個(gè)月后就因磨損過(guò)度而失效，甚至因磨損 過(guò)度而斷裂。因此，球磨機(jī)襯板的使用壽命較短。為了使球磨機(jī)耐磨襯板能在這樣的苛刻 的工作環(huán)境下滿足高的使用要求，有較久的使用壽命，工業(yè)生產(chǎn)上使用最多的工藝方法是 選擇性能更高的材料來(lái)生產(chǎn)大型的球磨機(jī)襯板[14]。然而，重新設(shè)計(jì)基體材料的化學(xué)成分到 生產(chǎn)到實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐是一個(gè)比較漫長(zhǎng)的過(guò)程。
[0007] 本發(fā)明提供了一種球磨機(jī)襯板耐磨涂層的制備方法。首先采用金屬材料PANDAT 熱力學(xué)軟件進(jìn)行模擬確定基體材料；其次，從再制造技術(shù)工藝 [56]方面考慮，運(yùn)用超音速火 焰噴涂技術(shù)在基體材料表面制備WC-10C〇-xCr(x=2, 3, 4, 5)陶瓷涂層，從而賦予零件耐磨、 耐蝕等特殊性能，提高零件的可靠性和延長(zhǎng)零件的使用壽命，尤其是球磨機(jī)耐磨襯板工作 面的耐磨性，具有廣泛的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 要解決的問(wèn)題 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種球磨機(jī)襯板耐磨涂層的制備方法， 以中碳合金耐磨鋼（ZG42SiMnCr2MoRe鋼)為基體材料，以WC-Co基陶瓷材料為噴涂材料，采 用超音速火焰噴涂技術(shù)制備WC-Co基陶瓷涂層，系統(tǒng)研究并提供了一種高硬度，耐磨損，耐 腐蝕球磨機(jī)襯板再制造表面涂覆件。
[0009] 技術(shù)方案 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下： 一種球磨機(jī)襯板耐磨涂層的制備方法，其特征在于，其步驟如下： a、 表面準(zhǔn)備：首先要對(duì)基底材料進(jìn)行表面用酒精或丙酮清洗去除油污，然后對(duì)待噴涂 基底表面進(jìn)行噴砂粗化處理； b、 預(yù)熱處理：在噴涂之前對(duì)基底表面進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱溫度為200~300°C，時(shí)間為 60S ； c、 噴涂打底層：利用超音速火焰噴涂技術(shù)將混合好的并在200°C下干燥2小時(shí)后的涂 覆層粉末對(duì)基底表面噴涂一層厚度為80um的打底層； d、 噴涂工作層：利用超音速火焰噴涂技術(shù)將混合好的并在200°C下干燥2小時(shí)后的涂 覆層粉末對(duì)所述步驟c中所得零件表面噴涂厚為250 y m~300 y m，優(yōu)選為300um的陶瓷工 作涂層； e、 干燥處理：將步驟d中經(jīng)噴涂工作層后涂覆好的零件置于干燥箱中與100°C下干燥1 小時(shí)； f、 封閉處理：使用封閉劑對(duì)涂覆層的孔隙進(jìn)行封閉處理； g、 高溫?cái)U(kuò)散處理：將步驟f?中經(jīng)封閉處理后的涂覆好的零件置于連續(xù)氫氣燒結(jié)爐中于 500-800°C燒結(jié)40-60 min，冷卻后出爐得到具有涂覆層的球磨機(jī)襯板。 進(jìn)一步地，所述基底成分的質(zhì)量百分比為C0. 30~0. 44wt%、Si 1. 50~2. Owt%、 MnO. 8 ~1. 40wt%、Cr2. 0 ~2. 8wt%、Mo f 0? 3wt%、Ni f 0? 3wt%、Re0.0 2wt%、P 和 S 共 0. 04wt%，其余為Fe ;所述涂覆層粉末含有體積分?jǐn)?shù)為95~98%的WC-Co粉末和2~5% 的Cr，所述Cr/Co的重量比為0. 2~0. 5,優(yōu)選為0. 3~0. 4 ;所述WC-Co粉末均勻離散分 布在涂層中。
[0010] 進(jìn)一步地，所述WC-Co粉末為WC-10CO粉末，金屬Co包覆著WC粒子，表面粗糙 多孔，所述WC-lOCo粉末為粒徑為300目的球形或近球形合金粉末。
[0011] 進(jìn)一步地，所述涂覆層中Cr/Co的重量比為0? 3~0? 4。
[0012] 進(jìn)一步地，所述涂覆層組織均勻、致密，其孔隙率為1~5%，其平均顯微硬度為 61. 4 ~70HRC。
[0013] 進(jìn)一步地，所述涂覆件涂覆層的結(jié)合強(qiáng)度均高于70MPa。
[0014] 進(jìn)一步地，所述基底在3. 5wt%的NaCl溶液中的自腐蝕電位為-0. 618V，自腐 蝕電流密度為4. 247X 10 4AXcm 2 ;所述涂覆層在3. 5wt%的NaCl溶液中的自腐蝕電位 為-0? 550~-0? 460V之間，自腐蝕電流密度在3. 548X 10 4~1. 703X 10 4AXcm 2之間。
[0015] 進(jìn)一步地，步驟d中利用超音速火焰噴涂技術(shù)噴涂厚300 ym的陶瓷工作涂層。
[0016] 更進(jìn)一步地，所述的超音速火焰熱噴涂技術(shù)：噴涂前預(yù)熱，利用丙烷的碳?xì)湎禐?燃?xì)?，氧氣壓力?.15 Mpa，丙烷氣壓力為0.45Mpa，送粉氣體流量為4L/min，噴嘴直徑為 1mm，噴涂距離為200mm，噴后用壓縮空氣冷卻。
[0017] 有益效果 相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為： (1) 本發(fā)明采用超音速火焰噴涂技術(shù)來(lái)制備WC-Co基陶瓷涂層，其設(shè)備投資抵，沉積速 度快，材料選擇范圍大，涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度很高； (2) 本發(fā)明的采用中碳合金耐磨鋼襯板為基底材料，其組織為馬氏體+共晶碳化物+二 次彌散碳化物+少量殘留奧氏體；硬度高于55HRC，韌性高于42J/cm2 (夏氏無(wú)缺口試樣）； (3) 本發(fā)明制備的WC-lOCo-xCr (x=2, 4, 5)陶瓷復(fù)合材料顆粒粒度分布均勻，粉末呈球 形，且顆粒球形度高，球形表面多孔，易于形成高質(zhì)量致密涂層，且其涂層組織均勻、致密， 基本上沒(méi)有較大的孔隙，也沒(méi)有出現(xiàn)裂紋，而且涂層與基體材料主要以機(jī)械嚙合的方式結(jié) 合； (4) 本發(fā)明通過(guò)熱噴涂制備的WC-lOCo-xCr (x=2, 3, 4, 5)涂層孔隙率較低， WC-10C〇-3Cr涂層的孔隙率為1. 0%; (5) 本發(fā)明WC-10C〇-2Cr涂層平均顯微硬度為61. 4~70HRC，四種涂層顯微硬度均高 于基體材料的顯微硬度55. 7HRC; (6) 本發(fā)明四種噴涂材料制備的涂覆件結(jié)合強(qiáng)度都較高，都高于粘結(jié)膠的結(jié)合強(qiáng)度，結(jié) 合強(qiáng)度均達(dá)到了 70MPa; (7) 本發(fā)明WC-10C〇-xCr (x=2, 3, 4, 5)涂層具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，涂層在整體上體現(xiàn) 了陶瓷涂層的特性和低的孔隙率。其中，WC-10C〇-3Cr涂層比其他三種涂層有更好的耐腐 蝕性能，其自腐蝕電位最大，約為-〇. 460V，自腐蝕電流密度最小，約為1. 703 X 10 4AX cm 2。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為本發(fā)明中碳合金耐磨鋼的顯微組織圖，其中a為中碳合金耐磨鋼的金相顯 微組織（X 500)，b為中碳合金耐磨鋼的掃描電鏡顯微組織（X 10 y m); 圖2為本發(fā)明的WC-10C〇-2Cr涂層的截面圖，其中a為WC-10C〇-2Cr涂層在放大2000 倍下的涂層截面圖，b為WC-10C〇-2Cr涂層在放大5000倍下的涂層截面圖； 圖3為本發(fā)明的WC-10C〇-3Cr涂層的截面圖，其中a為WC-10C〇-3Cr涂層在放大20