專利名稱:一種新型耐磨材料及其在造紙磨漿機(jī)中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本申請(qǐng)涉及一種新型耐磨材料及表面制造工藝技術(shù),并將該技術(shù) 應(yīng)用于紙漿磨盤生產(chǎn)制造中。
背景技術(shù):
造紙機(jī)械中最重要的機(jī)械就是磨漿機(jī),而磨漿機(jī)中磨盤壽命的高 低又決定著整個(gè)造紙生產(chǎn)線運(yùn)行狀態(tài)、生產(chǎn)效率、企業(yè)利潤(rùn)和產(chǎn)品質(zhì) 量。目前極低的磨盤壽命根本無法滿足我國(guó)造紙工業(yè)蓬勃發(fā)展的需 求,成為造紙工業(yè)技術(shù)提高的瓶頸。當(dāng)前國(guó)外使用的磨盤材料主要有 沉淀硬化不銹鋼、高鉻合金等。他們的磨盤使用壽命都遠(yuǎn)高于國(guó)產(chǎn)磨 盤使用壽命。
盡管多年來我國(guó)在耐磨材料研究領(lǐng)域取得很大進(jìn)展,開發(fā)出 一 系 列新型耐磨材料,但至今沒有一種材料適合磨漿機(jī)磨盤的特殊工作狀 態(tài)。即使是采用與國(guó)外相同化學(xué)成分的材料,由于其鑄造和后續(xù)熱處 理技術(shù)不過關(guān),根本無法達(dá)到進(jìn)口磨盤的使用效果,目前的平均壽命
僅在60 - 70天,個(gè)別型號(hào)的磨盤甚至出現(xiàn)幾天就需更換一套的現(xiàn) 象。過低的磨盤壽命極大的影響了紙漿生產(chǎn)線的運(yùn)行。
由于紙漿磨盤獨(dú)特的摩擦付(同樣硬度的鋼與鋼摩擦)使其與其他 工況條件下磨損零件在選材、用材和制造技術(shù)上存在巨大差異。提高 磨漿機(jī)磨盤使用壽命的技術(shù)關(guān)鍵在于解決相同硬度摩擦付的材料硬 度選擇和耐磨性能、材料強(qiáng)韌性能及抗腐蝕性能的最佳配合。由于高 合金耐磨材料價(jià)格昂貴,整體制造磨盤成本很高,且磨盤使用時(shí)真正 工作的部位只有磨齒, 一旦磨齒磨損完以后,整個(gè)磨盤就要報(bào)廢,造 成極大浪費(fèi)。但如果采用特種復(fù)合材料加工方法,在普通材料的母體
上熔覆一層耐磨性極佳的特殊合金,使磨盤基體保持良好的韌性,而 磨齒刃口獲得高耐磨性,最終達(dá)到大幅度提高磨盤使用壽命的目的。 本發(fā)明的正是基于這樣 一 個(gè)原因和思路,對(duì)高速旋壓狀態(tài)下的耐磨材 料新技術(shù)進(jìn)行研究,開發(fā)出新型的耐磨材料及表面制造工藝技術(shù),并 將該技術(shù)應(yīng)用于紙漿磨盤生產(chǎn)制造中。
由于紙漿磨盤獨(dú)特的摩擦付(同樣硬度的鋼與鋼摩擦)使其與其他 工況條件下磨損零件在選材、用材和制造技術(shù)上存在巨大差異,提高 磨漿機(jī)磨盤使用壽命的技術(shù)關(guān)鍵在于解決相同硬度摩擦付的材料硬 度選擇和耐磨性能、材料強(qiáng)韌性能及抗腐蝕性能的最佳配合。又由于 高合金耐磨材料價(jià)格昂貴,整體制造磨盤成本很高,且磨盤使用時(shí)真 正工作的部位只有磨齒, 一旦磨齒磨損完以后,整個(gè)磨盤就要報(bào)廢, 造成極大浪費(fèi)。所以只要采用特種復(fù)合材料加工方法,在普通材料的 母體上熔焊一層耐磨性極佳的特殊合金,通過這樣的方法獲得韌性良 好的基體和耐磨性高的刃口 ,就能達(dá)到提高磨盤使用壽命的目的。
在普通材料的母體上熔焊一層耐磨性極佳的特殊合金,目前所用
的方法主要有:等離子噴焊和噴涂法、氧乙炔火焰噴焊法、自蔓延燃 燒合成法、真空釬焊法和固態(tài)焊法。對(duì)以上各種方法綜合考慮,雖然 優(yōu)點(diǎn)各不相同,但是各種缺點(diǎn)卻比較明顯,比如熱噴涂涂層與基體的 結(jié)合強(qiáng)度不高;熱噴焊的高溫可能對(duì)基體表面產(chǎn)生破壞;自蔓延技術(shù)在 生產(chǎn)過程中難以控制;釬焊的釬料在焊接過程中呈液態(tài),容易溢流;固 態(tài)焊的加壓在磨齒的焊接中難以實(shí)現(xiàn)等。至于傳統(tǒng)的堆焊過程中基體 受熱不均,溫度場(chǎng)梯度大,容易引起較大焊接殘余應(yīng)力和變形,焊后 機(jī)加工量大;硬質(zhì)合金鑲塊法工藝復(fù)雜,涂層使用壽命短等等。我們 需要的是焊料在焊接過程中不需要外加壓力,本身不溢流,并且連接 強(qiáng)度好的工藝方法。因此,本發(fā)明使用了真空半固態(tài)熔覆法。這種方 法通過在真空環(huán)境中、高溫條件下在磨齒一側(cè)熔覆上一層處于半固態(tài) 狀態(tài)的耐磨材料,使得這層耐磨材料與磨齒在工作中達(dá)到同時(shí)均勻的 磨損。這樣,磨齒不但能避免因本身的硬度低和耐磨性不高而很快磨 損,還避免了工作中因常呈現(xiàn)的波浪式磨損而帶來的磨盤壽命的降低,同時(shí)也大大降低了在高速旋壓狀態(tài)一下崩齒的機(jī)會(huì)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)在于找到滿足需要的合適的熔覆材料。而解決的 主要問題就是熔覆工藝的確定。找到一個(gè)合適的溫度、升溫速率、保 溫時(shí)間等。在這個(gè)工藝條件下熔覆材料能在焊接過程中保持半固態(tài)狀 態(tài)。因?yàn)楦鶕?jù)磨盤自身的條件,熔覆材料焊接前必須制成一個(gè)與磨齒 截面形狀相似的"金屬布"粘在磨齒一側(cè),在高溫時(shí),為防止熔覆料
在重力作用下及流動(dòng)性的原因溢流現(xiàn)象嚴(yán)重,熔覆料除了與磨齒材料 之間潤(rùn)濕性好,有較強(qiáng)的吸附力外,必須保持半固態(tài)狀態(tài)。另外,熱 處理工藝在本研究中有很重要的地位。因?yàn)閱慰咳鄹矊恿己玫哪湍バ?還不能大幅度的提高磨漿機(jī)的磨齒壽命,磨齒本身也要通過熱處理工
藝改善它的組織結(jié)構(gòu)從而提高它的韌性和耐磨性;還有最重要的原 因,受膨脹率的影響,熱處理過程中的淬火工藝會(huì)帶來熔覆層的開 裂,所以選用的熔覆材料連接溫度必須要滿足后續(xù)熱處理工藝能夠順 利進(jìn)行。
熔覆層成分設(shè)計(jì)
為實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)的發(fā)明目的,首先要做工作是確定熔覆層材料的化 學(xué)成分。
熔覆層必須滿足的特性.如下:(l)良好的耐磨性、耐腐蝕性,(2)焊 層與基體良好的潤(rùn)濕性,(3)焊層與基體相似的物理性能(主要指膨脹 率)。
本試驗(yàn)的熔覆層材料將以鎳基合金為主。
具體制備方法NiX熔覆用自熔合金(60wt。/。),普通WC (碳化鎢) 粉末(40wt。/。),均為北京礦冶總院產(chǎn)品;另加入Nb、 Co和V粉末,使 得最終混合物中各自含量為Nb: 0. Ol—O. lwt%, Co: 0. Ol—O. 8wt%, V: 0. 01—0. 05wt%。
基體選用沉淀石更4匕不銹鋼,加工成IO mmX10mmX15mm。
試驗(yàn)工藝流程 l.清洗對(duì)基體表面進(jìn)行少許打磨,然后用乙醇進(jìn)行超聲波清洗,
使得表面無污物和氧化物存在;
2J己料把實(shí)驗(yàn)所用的粉末用大分子易揮發(fā)粘性有機(jī)物混合在一 起,制成具有良好韌性的金屬條,貼附于基體表面。
3. 烘干放在干燥爐中把有機(jī)物揮發(fā)若干。
4. 熔覆把試樣放入真空爐中進(jìn)行熔覆。
其中,最重要的步驟就是真空熔覆。它涉及到了熔覆溫度、保溫 時(shí)間、升降溫速率、真空度等因素。只有在各個(gè)影響因素均達(dá)到最佳 值,才能保證熔覆層與基體連接處達(dá)到較高的連接強(qiáng)度,同時(shí)能最大 量的減少熔覆過程中發(fā)生的流溢。
根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果,確定熔覆工藝參數(shù)如下1100-1300 °C左 右保持0.5-1.5個(gè)小時(shí),目的為完全消除有機(jī)物殘留物的影響;溫度升 到1300-1500。C左右,保溫一段時(shí)間使試樣受熱均勻;降溫時(shí),在 800-1000。C前,采用自控緩慢降溫,細(xì)化熔覆材料顆粒,之后隨爐冷 卻。
具體實(shí)施例
下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn) 一 步的說明。 (一)熔覆工藝
1. 清洗對(duì)基體表面進(jìn)行少許打磨,然后用乙醇進(jìn)行超聲波清洗, 使得表面無污物和氧化物存在,基體選用沉淀硬化不銹鋼。
2. 配料把實(shí)驗(yàn)所用的粉末用甘油混合在一起,制成具有良好韌性 的金屬條,貼附于基體表面。具體配方NiX熔覆用自熔合金 (60wt%),普通WC (碳化鎢)粉末M0wt。/。),均為北京礦冶總院產(chǎn)品; 另加入Nb、 Co和V粉末,使得最終混合物中各自含量為Nb: 0.01— 0. lwt%, Co: 0. Ol—O. 8wt%, V: 0. 01—0. 05wt%。
3. 烘干放在干燥爐中揮發(fā)甘油。
4. 熔覆把試樣放入真空爐中進(jìn)行熔覆。具體熔覆工藝參數(shù)如 下1200。C左右保持1個(gè)小時(shí),致完全消除有機(jī)物殘留物;溫度升到
120(TC左右,保溫一段時(shí)間使試樣受熱均勻;降溫時(shí),在900。C前, 采用自控緩慢降溫,細(xì)化熔覆材料顆粒,之后隨爐冷卻。
(二)熔覆層耐磨性能的評(píng)估
熔覆后,在常溫干磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行干磨損,對(duì)磨環(huán)選用調(diào)制處 理過的45#鋼;在同樣條件下,添加10%弱酸介質(zhì)進(jìn)行腐蝕磨損試驗(yàn), 其結(jié)果見下表。對(duì)比材料選自進(jìn)口高鉻合金。(1Crl8Ni9Ti太鋼集團(tuán) 高鉻18系)_
進(jìn)口高鉻合金本發(fā)明使用的合金
干磨損量(mg)12.846.81
腐蝕磨損量(mg)18.59.3
硬度(HRC)6364
評(píng)估結(jié)論本發(fā)明使用的合金在耐磨性能上顯著優(yōu)于進(jìn)口高鉻合金。
在本發(fā)明中一些特定的實(shí)施方案已經(jīng)被描述和闡明,本領(lǐng)域普通技術(shù) 人員可以理解的是在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)可進(jìn)行對(duì)試驗(yàn)的各種改 變、變化、修飾、取乂氏、去除或添加。因此,這意p未著本發(fā)明可以以下列 的權(quán)利要求來定義和這些權(quán)利要求以盡可能寬的合理解釋。
權(quán)利要求
1一種具有高耐磨性的熔覆涂層材料,其特征為在由NiX熔覆用自熔合金(60wt%),普通碳化鎢粉末(40wt%)組成的混合粉末基礎(chǔ)上另加入Nb、Co和V粉末,使得最終混合物中各自含量為Nb0.01-0.1wt%,Co0.01-0.8wt%,V0.01-0.05wt%。
2 —種在不銹鋼表面熔覆如權(quán)利要求1所述材一+的方法,其包含以 下步驟(1) 清洗:對(duì)基體表面進(jìn)行少許打磨,然后用乙醇進(jìn)行超聲波清 洗,使得表面無污物和氧化物存在,基體選用沉淀硬化不銹鋼;(2) 配料:把實(shí)驗(yàn)所用的粉末用甘油混合在一起,制成具有良好韌 性的金屬條,貼附于基體表面;粉末具體組分和比例為在由NiX熔 覆用自熔合金(60wt。/。),普通碳化鎢粉末(40wt。/。)組成的混合粉末基礎(chǔ) 上另加入Nb、 Co和V粉末,使得最終混合物中各自含量為Nb: 0. 01—0. lwt%, Co: 0. 01—0. 8wt%, V: 0. 01—0. 05wt%;C3)烘千:放在干燥爐中揮發(fā)甘油;(4)熔覆把試樣放入真空爐中進(jìn)行熔覆,具體熔覆工藝參數(shù)如 下1200。C左右保持1個(gè)小時(shí),致完全消除有機(jī)物殘留物;溫度升到 1200。C左右,保溫一段時(shí)間使試樣受熱均勻;降溫時(shí),在900。C前,采 用自控緩慢降溫,細(xì)化熔覆材料顆粒,之后隨爐冷卻。3如權(quán)利要求1所述的合金在在造紙磨漿機(jī)中的應(yīng)用。
全文摘要
本申請(qǐng)公開了一種新型耐磨材料及表面制造工藝技術(shù),并將該技術(shù)應(yīng)用于紙漿磨盤生產(chǎn)制造中。
文檔編號(hào)C23C24/00GK101168845SQ20071019523
公開日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2007年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月5日
發(fā)明者王淼輝, 田立志, 褚作明 申請(qǐng)人:山東晨鐘機(jī)械股份有限公司;機(jī)械科學(xué)研究總院先進(jìn)制造技術(shù)研究中心