复合耐磨件及其制备方法

摘要

本发明公开了一种复合耐磨件及其制备方法。该耐磨件由具有凹部的金属基体部、以及与所述基体部一体浇注成型且填充在所述凹部的工作层部构成，所述工作层部中嵌入有多个空心陶瓷柱，而且所述空心陶瓷柱通过在所述一体浇注时流入所述空心陶瓷柱的空心部和所述空心陶瓷柱的外周部的金属液的凝固而固定在所述工作层部；所述空心陶瓷柱垂直分布于所述工作层部中且分别套设于金属网孔中。该复合耐磨件是在金属耐磨件的工作层中镶铸空心陶瓷提高耐磨性能，延长了使用寿命，而且未使用粘结剂，同镶嵌式陶瓷柱相比，不易发生复合陶瓷大面积剥落的情况。

权利要求

1.一种复合耐磨件，由具有凹部的金属基体部、以及与所述基体部一体浇注成型且填充在所述凹部的工作层部构成，其特征在于，所述工作层部中嵌入有多个空心陶瓷柱，而且所述空心陶瓷柱通过在所述一体浇注时流入所述空心陶瓷柱的空心部和所述空心陶瓷柱的外周部的金属液的凝固而固定在所述工作层部；所述空心陶瓷柱垂直分布于所述工作层部中且分别套设于金属网孔中，所述空心陶瓷柱为圆柱外径台阶结构，所述金属网套设在所述空心陶瓷柱的台阶处，

所述金属网还设于所述空心陶瓷柱的上下端面。

2.根据权利要求1所述的复合耐磨件，其特征在于，所述空心陶瓷柱为氧化锆增韧三氧化二铝陶瓷柱。

3.根据权利要求1所述的复合耐磨件，其特征在于，所述空心陶瓷柱由第一圆柱体部和第二圆柱体部一体构成，所述第一圆柱体部的外径为24mm、所述第二圆柱体部的外径为28mm、所述第一圆柱体部和所述第二圆柱体部的内径均为14mm、所述陶瓷柱的总高为30mm；而且所述第二圆柱体部侧的端面朝向所述工作层部的上表面。

4.根据权利要求1所述的复合耐磨件，其特征在于，所述一体浇注时采用的金属液为高铬铸铁金属液。

5.根据权利要求1所述的复合耐磨件，其特征在于，所述复合耐磨件是磨煤机的衬板或者辊套。

6.根据权利要求1-5任一所述的复合耐磨件，其特征在于，所述金属网为钢网或/和铁网。

7.一种权利要求1-6任一所述的复合耐磨件的制备方法，其特征在于，包括如下工序：将空心陶瓷柱以垂直于工作层部的方向排列并通过金属网固定于复合耐磨件的砂型中与所述工作层部对应的位置；然后对所述空心陶瓷柱进行预热；之后向所述砂型中浇注金属液，所述空心陶瓷柱的空心部和外周部充满金属液，冷却后内部嵌入有空心陶瓷柱的工作层部与所述金属基体部凝固成一体，从而得到所述复合耐磨件。

8.根据权利要求7所述的复合耐磨件的制备方法，其特征在于，所述预热的温度为300～500℃，时间为30～50分钟。

9.根据权利要求7所述的复合耐磨件的制备方法，其特征在于，所述浇注的温度为1370～1380℃，速度为0.6～0.8m/s。

10.根据权利要求8所述的复合耐磨件的制备方法，其特征在于，所述砂型与所述陶瓷柱间留有一定空隙以便于金属液冲型。

11.根据权利要求8所述的复合耐磨件的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括对冷却得到的所述复合耐磨件依次进行高温淬火和回火的热处理工序。

说明书

复合耐磨件及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种耐磨件，特别涉及一种复合耐磨件及其制备方法，该复合耐磨件特别适用于磨煤机的衬板和辊套。

背景技术

[0002] 百年来金属耐磨材料从锰钢、镍硬铸铁到高铬铸铁、表面堆焊材料，在不同领域发挥着各自的作用，但随着耐磨材料硬度逐步提高，脆性也大大增加，带来断裂风险。随着工业技术进步，用户对耐磨材料的要求越来越高，不但要有更高的耐磨性，还要有足够的韧性。另外，影响耐磨件寿命的重要因素是磨损严重，特别是在火力发电厂中使用的磨煤机，由于国内电煤情况普遍低于设计煤种，导致耐磨件磨损严重，检修周期缩短，影响了正常电力生产。因此，提高耐磨件的使用寿命非常重要。

[0003] 普遍使用的三氧化二铝陶瓷有着极高的硬度和耐磨性，但韧性较低，而金属基耐磨陶瓷可以有效解决材料在耐磨性和冲击韧性上的矛盾。目前已知的镶嵌式陶瓷柱复合耐磨材料，采用三氧化二铝陶瓷韧性低，而氧化锆陶瓷成本高，实心柱状陶瓷柱结构壁厚大，导热率低，易产生爆裂或块状脱落现象，同时采用的粘结剂易造成环境污染。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种复合耐磨件。该复合耐磨件的耐磨性可达到相应的金属耐磨件的2倍以上，而且未使用粘结剂降低了环境污染；另外，本发明的复合耐磨件较现有的镶嵌式陶瓷柱复合耐磨材料而言，陶瓷柱结合的更加牢固，不易脱落。

[0005] 本发明的另一目的在于提供一种上述复合耐磨件的制备方法。

[0006] 本发明提供的复合耐磨件，由具有凹部的金属基体部、以及与所述基体部一体浇注成型且填充在所述凹部的工作层部构成，所述工作层部中嵌入有多个空心陶瓷柱，而且所述空心陶瓷柱通过在所述一体浇注时流入所述空心陶瓷柱的空心部和所述空心陶瓷柱的外周部的金属液的凝固而固定在所述工作层部；所述空心陶瓷柱垂直分布于所述工作层部中且分别套设于金属网孔中。

[0007] 优选地，所述空心陶瓷柱为氧化锆增韧三氧化二铝陶瓷柱。

[0008] 优选地，所述空心陶瓷柱为圆柱外径台阶结构。更优选地，所述空心陶瓷柱由第一圆柱体部和第二圆柱体部一体构成，所述第一圆柱体部的外径为24mm、所述第二圆柱体部的外径为28mm、所述第一圆柱体部和所述第二圆柱体部的内径均为14mm、所述陶瓷柱的总高为30mm；而且所述第二圆柱体部侧的端面朝向所述工作层部的上表面。

[0009] 优选地，所述一体浇注时采用的金属液为高铬铸铁金属液。

[0010] 优选地，所述复合耐磨件是磨煤机的衬板或者辊套。

[0011] 优选地，所述金属网还设于所述空心陶瓷柱的上下端面。所述金属网可以是钢网或/和铁网。

[0012] 本发明提供的上述复合耐磨件的制备方法，包括如下操作：将空心陶瓷柱以垂直于工作层部的方向排列并通过金属网固定于复合耐磨件的砂型中与所述工作层部对应的位置；然后对所述空心陶瓷柱进行预热；之后向所述砂型中浇注金属液，所述空心陶瓷柱的空心部和外周部充满金属液，冷却后内部嵌入有空心陶瓷柱的工作层部与所述金属基体部凝固成一体，从而得到所述复合耐磨件。

[0013] 优选地，所述预热的温度为300~500℃，时间为30~50分钟。

[0014] 优选地，所述浇注的温度为1370~1380℃，速度为0.6~0.8m/s。

[0015] 优选地，所述砂型与所述陶瓷柱间留有一定空隙以便于金属液冲型。

[0016] 本发明的有益效果：此种复合耐磨件是在金属耐磨件的工作层中镶铸空心陶瓷提高耐磨性能，延长了使用寿命。属于空心陶瓷与耐磨金属基体铸态结合，在不用粘结剂的情况下，将空心陶瓷柱用铁网和钢网固定在砂型中，直接浇注而成，这样空心陶瓷柱被牢固镶铸在金属耐磨件的工作层中，同镶嵌式陶瓷柱相比，在使用过程中不易发生复合陶瓷大面积剥落的情况。本发明的空心陶瓷柱为氧化锆增韧三氧化二铝陶瓷克服了纯三氧化二铝陶瓷高硬度低韧性的不足，此陶瓷与金属基体高强度、高韧性的特点得到有机结合，复合件的整体耐磨性可达到相应金属耐磨件的2倍以上，使得磨煤机能够更好地适应节本增效和降低环境污染的要求，产品更加符合用户需要。

附图说明

[0017] 图1是本发明复合耐磨陶瓷衬板；

[0018] 图2是本发明复合耐磨陶瓷辊套；

[0019] 图3是空心陶瓷柱的结构示意图。

[0020] 其中，附图标记说明如下：1：空心陶瓷柱；2：高铬铸铁金属基体部具体实施方式

[0021] 下面结合具体实施方式对本发明进行说明，但本发明并不限于此。

[0022] 本发明提供的复合耐磨件由具有凹部的金属基体部、以及与所述基体部一体浇注成型且填充在所述凹部的工作层部构成，所述工作层部中嵌入有多个空心的陶瓷柱，而且所述陶瓷柱通过在所述一体浇注时流入所述陶瓷柱空心部和所述陶瓷柱外周部的金属液的凝固而固定在所述工作层部；所述陶瓷柱垂直分布于所述工作层部中且分别套设于金属网孔中。

[0023] 作为一种优选实施方式，本发明所述的陶瓷柱可以是氧化锆增韧三氧化二铝陶瓷柱，其可以克服纯三氧化二铝陶瓷韧性不足的缺点，从而改善复合耐磨件的耐磨性能。优选氧化锆增韧三氧化二铝陶瓷柱中二氧化锆含量为46~60（重量）%，三氧化二铝的含量为40~54（重量）%。可以根据耐磨铸件使用工况选用陶瓷柱的具体成分配比，由于所述陶瓷柱为空心陶瓷柱，在降低成本的同时可以使其嵌入复合耐磨件工作层部的牢固程度更强，同时导热率高，不易产生爆裂或块状脱落现象。

[0024] 作为另一种优选实施方式，本发明所述的陶瓷柱为圆柱外径台阶结构，即由直径不同的多段陶瓷柱构成而且多段陶瓷柱是一体成型的，可以根据耐磨铸件使用工况选用具体尺寸的陶瓷柱，比如本发明的实施例中使用的陶瓷柱由第一圆柱体部和第二圆柱体部构成，具体尺寸为：所述第一圆柱体部的外径为24mm、所述第二圆柱体部的外径为28mm、所述第一圆柱体部和所述第二圆柱体部的内径均为14mm、所述陶瓷柱的总高为30mm，见图3，该结构的陶瓷柱以第二圆柱体部侧的端面朝向所述工作层部的上表面的方式设置，更有利于套设于陶瓷柱上的金属网固定该陶瓷柱，也就是说，将金属网的网孔设计成与第一圆柱体部的外径相符的网格，这样金属网可以卡在台阶结构处即第一圆柱体部和第二圆柱体部的结合处，从而牢固的固定陶瓷柱，见图1和图2，采用网格为25mm×25mm的铁网对上述实施例中的陶瓷柱进行了固定。另外，为了进一步固定陶瓷柱还可以在空心陶瓷柱的上下端面上设有金属网比如铁网或钢网，其网格的尺寸小于第一、二圆柱体部外径，比如上下端面分别布置网格为8mm×8mm钢网。所述金属网可以选用钢网或/和铁网，铁网和钢网的外形尺寸按照陶瓷柱形状进行选定，钢网的融合性按照浇注温度及速度进行选定。比如在1370~1380℃的浇注温度和0.6~0.8m/s的浇注速度下，钢网可以保证铁水在充型时不至于迅速融化导致陶瓷柱大量漂移。

[0025] 作为另一种优选实施方式，复合耐磨件在一体浇注成型时采用的金属液为高铬铸铁金属液。复合耐磨件是磨煤机的衬板或者辊套。

[0026] 以上复合耐磨件的优选方式可以自由组合。

[0027] 本发明提供的上述复合耐磨件的制备方法，包括如下操作：将空心陶瓷柱以垂直于工作层部的方向排列并通过金属网固定于耐磨件的砂型中与所述工作层部对应的位置；然后对所述空心陶瓷柱进行预热；之后向整个砂型中浇注金属液，所述空心陶瓷柱的空心部和外周部充满金属液，冷却后内部嵌入有空心陶瓷柱的工作层部与所述金属基体部凝固成一体，从而得到所述复合耐磨件。

[0028] 优选地，浇注复合耐磨件用的砂型与所述陶瓷柱间留有一定空隙以便于金属液冲型。所述预热的温度优选为300~500℃，时间优选为30~50分钟。所述浇注的温度优选为3 3 3 3
1370~1380℃，速度优选为0.6~0.8m/s（相当于1.2×10cm/s-2.0×10cm/s的流量）。

[0029] 下面列举几个实施例。

[0030] 实施例1复合耐磨陶瓷衬板的制备方法

[0031] 本实施例制备用于ZGM中速磨煤机的复合耐磨陶瓷衬板：见图1，陶瓷柱的材质选用氧化锆增韧三氧化二铝（其中，氧化锆的含量为46~60（重量）%，三氧化二铝的含量为40~54（重量）%；空心陶瓷柱的结构为圆柱外径台阶结构，见图3，由第一圆柱体部和第二圆柱体部构成，具体尺寸为：所述第一圆柱体部的外径为24mm、所述第二圆柱体部的外径为28mm、所述第一圆柱体部和所述第二圆柱体部的内径均为14mm、所述陶瓷柱的总高为
30mm，台阶部即第一圆柱体部与第二圆柱体部的结合处的圆弧半径R1为1mm，该陶瓷柱以第二圆柱体部的端面朝向所述工作层部的上表面的方式设置；根据空心陶瓷柱的结构与材质选择铁网和钢网的外形尺寸与融合性，其中铁网网格为25mm×25mm，与空心陶瓷的台阶部配合，钢网网格为8mm×8mm，两个钢网分别与外径Φ24mm的端面和外径Φ28mm的端面配合；复合耐磨件一体浇注时采用的金属液为高铬铸铁金属液。制备方法：

[0032] 步骤一，按照ZGM中速磨煤机衬板的铸造工艺进行造型，如图1所示；

[0033] 步骤二，按照铸造工艺在型腔内刷锆银粉涂料（该锆银粉涂料是市场上普遍有售的涂料产品），将上述空心陶瓷柱以垂直于工作层的方向均匀排列成一排并通过上述铁网和钢网按上述方式将其固定于复合耐磨陶瓷衬板的砂型中与所述工作层部对应的位置；

[0034] 步骤三，对固定于砂型中的空心陶瓷柱进行预热，温度为300~320℃，时间为30分钟；

[0035] 步骤四，将砂箱合住，向整个砂型中浇注高铬铸铁金属液，浇注的温度为3 3 3 3
1370~1380℃，速度为0.6~0.8m/s（相当于1.2×10cm/s-2.0×10cm/s的流量）；

[0036] 步骤五，冷却后去掉砂箱（即打箱落砂）对其清磨、热处理，从而得到复合耐磨陶瓷衬板，该热处理是指高温淬火（即1020℃保温10小时后风冷至室温）后回火（即400℃保温6小时后空冷）。

[0037] 将该实施例的衬板用于ZGM中速磨煤机，使用寿命为18000~20000小时，是现有高铬铸铁衬板的2倍以上，而且期间空心陶瓷柱无脱落。

[0038] 实施例2复合耐磨陶瓷辊套的制备方法

[0039] 复合耐磨陶瓷衬板：见图2，陶瓷柱的材质选用氧化锆增韧三氧化二铝（其中，氧化锆的含量为46~60（重量）%，三氧化二铝的含量为40~54（重量）%；空心陶瓷柱的结构为圆柱外径台阶结构，见图3，由第一圆柱体部和第二圆柱体部构成，具体尺寸为：所述第一圆柱体部的外径为24mm、所述第二圆柱体部的外径为28mm、所述第一圆柱体部和所述第二圆柱体部的内径均为14mm、所述陶瓷柱的总高为30mm，台阶部即第一圆柱体部与第二圆柱体部的结合处的圆弧半径R1为1mm，该陶瓷柱以第二圆柱体部的端面朝向所述工作层部的上表面的方式设置；根据空心陶瓷柱的结构与材质选择铁网和钢网的外形尺寸与融合性，其中铁网网格为25mm×25mm，与空心陶瓷的台阶部配合，钢网网格为8mm×8mm，两个钢网分别与外径Φ24mm的端面和外径Φ28mm的端面配合；金属耐磨材料为高铬铸铁材料，金属液为高铬铸铁金属液。复合耐磨件一体浇注时采用的金属液为高铬铸铁金属液。

[0040] 制备方法：

[0041] 步骤一，按照ZGM中速磨煤机辊套的铸造工艺进行造型，如图2所示；

[0042] 步骤二，按照铸造工艺在型腔内刷锆银粉涂料（该锆银粉涂料是市场上普遍有售的涂料产品），将空心陶瓷柱以垂直于工作层部的方向均匀排列成一排并通过上述铁网和钢网按上述方式将其固定于复合耐磨陶瓷辊套的砂型中与所述工作层部对应的位置；

[0043] 步骤三，对固定于砂型中的空心陶瓷柱进行预热，预热温度为480~500℃，时间为40分钟；

[0044] 步骤四，将砂箱合住，向整个砂型中浇注高铬铸铁金属液，浇注的温度为3 3 3 3
1370~1380℃，速度为0.6~0.8m/s（相当于1.2×10cm/s-2.0×10cm/s的流量）；

[0045] 步骤五，冷却后去掉砂箱（即打箱落砂）对其清磨、热处理，从而得到复合耐磨陶瓷辊套，该热处理是指高温淬火（即1020℃保温10小时后风冷至室温）后回火（即400℃保温6小时后空冷）。

[0046] 将该实施例的辊套用于ZGM中速磨煤机，使用寿命为16000~20000小时，是现有高铬铸铁辊套的2倍以上，而且期间空心陶瓷柱无脱落。