本发明涉及衬板加工领域，具体而言，涉及一种衬板及其制备方法。
背景技术：
衬板主要的应用是用来保护筒体，使筒体免受研磨体和物料直接冲击和磨擦，同时也可利用不同形式的衬板来调整研磨体的运动状态，以增强研磨体对物料的粉碎作用，有助于提高磨机的粉磨效率，增加产量，降低金属消耗。可见衬板的应用非常广泛，可广泛用于各种机械设备上。
鉴于衬板的实际应用性，对衬板的物理性能要求也比较高，比如其耐磨性、韧性以及防腐性均是在实际使用过程中需要考察的重要指标，但是现在衬板普遍防腐性能不佳，应用时由于受到氧化物以及酸性气体的侵蚀，会缩短衬板的实际使用寿命，衬板的其他物理性能比如韧性、强度等指标也不是很理想，间接限制了其应用的价值，使用范围也会受到相应的限制。
有鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明的第一目的在于提供一种衬板，所述衬板通过在衬板基体的表层附有无拼接焊缝、一体成型的金属陶瓷层，防腐性能、韧性、强度等物理性能得到大幅度提升，稳定性好。
本发明的第二目的在于提供一种所述的衬板的制备方法，该制备方法具有方法简单，操作方便，制作过程中通过将3D技术结合使用金属陶瓷复合材料在衬板基体表面形成了具有梯度结构的金属陶瓷层，防腐性能佳。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明实施例提供了一种具有超强防腐耐磨性能的衬板，这种衬板包括衬板基体，衬板基体的表面覆有具有梯度结构的金属陶瓷层，其中金属陶瓷层主要由以下原料通过3D打印机喷涂形成：以质量份数计，铬10-30份，硅5-12份，铁30-40份，碳5-13份，镍30-40份，钼1-2份，钨1-2份，即在衬板基体的表面通过3D打印技术形成金属陶瓷层，而且这种金属陶瓷层并非普通的混合杂乱无章的复合材料，而是呈梯度排列的金属陶瓷材料，这种结构的金属陶瓷层防腐性能佳，耐磨性能优异，同时综合性能好稳定性佳，提高了衬板的使用寿命。这种梯度排列的技术陶瓷层实际由金属层、金属陶瓷复合层以及陶瓷层三层呈梯度排列组成，更优的三层的排列顺序为：沿所述衬板基体由内至外依次为金属层、金属陶瓷复合层、陶瓷层。由于这种结构的陶瓷金属材料微观结构沿某一个或某几个特定的方向呈连续变化，从而消除了由于金属和陶瓷物性参数的巨大差异而在材料内部产生的热应力界面，达到缓和热应力和耐热隔热的目的，因此，这种具有梯度结构的金属陶瓷功能材料具有十分强大的耐磨与防腐特性，本发明特意将3D技术应用到金属陶瓷复合材料上才能制备出具有特殊结构的金属陶瓷层，较以往的金属与陶瓷杂乱无章的进行混合的复合材料的耐磨性能以及防腐性能均较优，能够达到这样的效果与发明人选择了具有这种较优结构的金属陶瓷层作为耐磨保护层覆于衬板基体表面是分不开的。其中金属层位于最内层能够更好的起到防腐效果，不易被腐蚀。
现有技术中，衬板的应用非常广泛，不仅可以使筒体免受研磨体和物料直接冲击和磨擦，同时也可利用不同形式的衬板来调整研磨体的运动状态，以增强研磨体对物料的粉碎作用，有助于提高磨机的粉磨效率，增加产量，降低金属消耗，但是实际运用过程中衬板的各方面物理性能不佳，制约了其实际应用价值。本发明为了解决以上出现的技术问题，提供了一种防腐耐磨的衬板，这种衬板具有优异的性能。
其中，制备金属陶瓷层的原材料中，因为铬和碳的熔点较高，在3D打印喷涂的过程中，铬和碳形成硬质相碳化铬，成为该金属陶瓷层主要的耐磨成分，从而提高了衬板本身的耐磨性能，铁、镍的熔点相对较低，在3D打印喷涂的过程中通过液相烧结，能够加快金属陶瓷层的成型，而且在成形的过程中，铁、镍的内部原子颗粒会进行重新整合排列，晶粒尺寸也会得到控制，进而优化铁、镍以及生成的化合物的显微结构和性能，提高金属陶瓷层的工艺加工性能，同时，在成形的过程中，能够填补大的颗粒物质之间的空隙，避免成形的金属陶瓷层出现缺陷，并且与衬板基体之间形成少量化合物，提高与衬板基体之间的结合力。非金属材料成分硅可以提高材料成分的浸润性能和扩散速度，通过3D打印喷涂，使金属陶瓷材料与衬板基体形成冶金反应，有很高的结合强度，可以在衬板基体表面形成致密的金属陶瓷层，不易从衬板基体表面上脱落，减少了因涂层脱落造成的衬板的提前报废。而且因为硅具有良好的导热性能，能够提高金属陶瓷层的导热性能，使得金属陶瓷层在较高的工作温度下不易开裂，提高了其使用寿命。而过渡金属钼能够全面提高金属陶瓷层的耐磨性能和耐腐蚀性能，钨尤其能够提高金属陶瓷层的稳定性，使其在高温环境中使用也不会轻易被氧化或者被腐蚀。可见这些原料组分的效果的发挥也有赖于3D技术的结合应用。
另外，原料中每个组分的加量均是有具体的限制要求的，因为在化学反应领域中，均知晓化合物之间会因为加入量的不同会生成不同的产物，当铬和碳的加入量过大时，金属陶瓷层的耐磨性能虽高，但是在使用中，由于长时间的摩擦产生的热量较多，容易产生崩裂。如果加入量过少，其耐磨性能就会欠缺。而铁和镍的加入量过多时，在高温下其晶粒容易过大，进而造成金属陶瓷层的脆性较大，容易断裂。而加入量过少时，金属陶瓷层在成形过程中，容易产生空隙缺陷。而硅能够提高金属陶瓷层的导热性，但是，加入过多时会减弱金属陶瓷层的稳定性能，其与空气中的氧化物容易发生反应，而加入量过少时会导致导热性能变差。可见原料中每一个组分的选取以及组分的用量多少对于本发明的产品而言均是特定的，缺少任何一种原料或者其中某一原料用量过大或过小均会影响到金属陶瓷层的性能，从而影响衬板的使用寿命以及实际应用价值，因此只有以本发明的特定原料以及配合3D打印技术制备出的金属陶瓷层才具有良好的性能。
经测定本发明所形成的金属陶瓷层的洛氏硬度标准C(HRC)达到80-95之间，而42CrMo一般在HRC50以下，现有技术中常用的镍基耐磨合金如Ni-Cr合金、Ni-Cr-Mo合金、Ni-Cr-Fe合金、Ni-Cu合金、Ni-P和Ni-Cr-P合金、Ni-Cr-Mo-Fe合金等，一般在HRC60以下，可见本发明采用3D技术形成的金属陶瓷层切实提高了衬板的耐磨性能。
为了提高原料使用的准确率，进而提高产品的品质，形成金属陶瓷层的各原料的使用量优选为：以质量份数计，铬15-25份，硅7-10份，铁32-38份，碳6-10份，镍30-37份，钼1.2-1.8份，钨1.2-1.8份。
更优化地，以质量份数计，各原料的用量为：铬20份，硅7份，铁31份，碳7份，镍35份，钼1.6份，钨1.6份。
本发明实施例除了提供一种衬板，还提供了该衬板的制备方法，包括如下步骤：
(A)将制成所述金属陶瓷层的所有原料混合搅拌均匀制成混合粉末；
(B)采用3D打印机产生的高能粒子束对所述混合粉末激光熔化后，再采用3D打印机喷涂于所述衬板基体表面，即可。
在该工艺方法中，采用3D打印机产生的高能粒子束将混合粉末熔化，熔化后采用3D打印机喷涂于所述衬板基体表面，最终制成成品，这种高能粒子束本身熔化效率高，光束质量好，工作稳定。该工艺方法简单，产品质量好，为制作防腐耐磨衬板降低了制作成本。同时因为还具有很好地工艺加工性能，并且成形后的稳定性高，在实际应用中，比现有的衬板的使用寿命长5倍以上。据测试，该衬板连续使用，至少能够使用10年以上。而现有技术中使用的衬板在不连续使用的前提下，基本上使用2年之后就必须更换，使用成本高。所以，和现有的衬板相比，性能更加优良，使用寿命长，而且工艺制作成本低，有利于大规模生产以及大范围使用。
通过利用3D打印技术喷涂的金属陶瓷层除了具有梯度形状的优良结构，使得金属陶瓷层贴附性能更强，不易脱落，更加牢固，而且是一体成型，无任何拼接缝隙，这样在日后使用过程中稳定性能更好，不易被侵蚀，这种优势是现有技术中任何一种喷涂技术无法比拟的，是发明人结合本发明的实际情况特意选用的一种技术。只有采用本发明的制备方法配合特殊的金属陶瓷配方才能达到这样的效果。
提高衬板性能的同时，为了提高衬板的使用效率并控制使用成本，在衬板基体表面的金属陶瓷层的厚度控制为1.5-1.8mm即可，优选地，可以控制在1.6-1.7mm之间。
为了提高高能粒子束熔化过程的稳定性，高能粒子束的能量密度最好控制在90-120J/mm2之间，激光熔化的时间控制在2-3min，而且在熔化过程中要保证分布的均匀性，激光熔化的时间不能过长也不能过短，过长会使得金属陶瓷层形成过多地杂质物质，而且一些生成的化合物的晶粒在高温长时间高能量熔融状态下会快速长大，进而导致金属陶瓷层易脆断，进而影响金属陶瓷层的品质。而熔化时间过短时，原料不能充分地完全反应完毕，最终产品为不合格产品。因此更优选地，激光熔化的时间最好2min左右。
为了提高金属陶瓷层的致密性，混合粉末的目粒度最好控制在200目以上，优选200-300目。
为了提高金属陶瓷层的均一性，所有原料混合搅拌的搅拌速率控制在100-300rad/min，优选200rad/min。搅拌速率不能太快，会破坏原料中各个成分的有效成分，影响实际应用效果，搅拌速率也不能过慢达不到混合搅拌均匀的目的。
和现有技术中的衬板相比，本发明提供的防腐耐磨衬板，不仅耐磨性能好，而且综合性能稳定，连续使用的前提下，其使用寿命至少为10年以上，提高了衬板的工作效率，同时也降低了成本。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供了一种衬板，该衬板在衬板基体的表层附有无拼接焊缝、一体成型的金属陶瓷层，防腐性能、韧性、强度等物理性能得到大幅度提升，且这种金属陶瓷层具有独特的梯形结构，消除了由于金属和陶瓷物性参数的巨大差异而在材料内部产生的热应力界面，达到缓和热应力和耐热隔热的目的，稳定性提高；
(2)本发明通过将3D技术应用到金属陶瓷材料领域，通过在3D打印喷涂的过程中，能够使得金属陶瓷原料的各组分充分发挥作用，从而提升金属陶瓷的性能，最终提升衬板的应用价值，这种技术值得大范围的推广应用；
(3)本发明的衬板的制备方法采用3D打印机产生的高能粒子束将混合粉末熔化，熔化后采用3D打印机喷涂于所述衬板基体表面，最终制成成品，这种高能粒子束本身熔化效率高，光束质量好，工作稳定；
(4)本发明的衬板的制备方法创造性的采用了3D打印技术结合金属陶瓷复合材料制备技术，这种结合在衬板加工领域尚属首创，大大延长了衬板的使用寿命，使得衬板的性能得到了大幅度的提升，本发明制备出的衬板连续使用，至少能够使用10年以上，而现有技术中使用的衬板在不连续使用的前提下，基本上使用2年之后就必须更换，使用成本高，本发明的技术充分降低了使用成本，扩大了衬板的应用范围，创造了一定的经济效益。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
衬板的制备方法如下：
将铬10g，硅5g，铁30g，碳5g，镍30g，钼1g，钨1g混合搅拌均匀制成目粒度为200目以上的金属陶瓷混合粉末，利用3D打印机产生高能粒子束实现对金属陶瓷混合粉末熔化，其中高能粒子束的能量密度为90J/mm2，激光熔化的时间为2min，熔化完毕后将金属陶瓷采用3D打印机喷涂到衬板基体的钢材表面上，形成致密的金属陶瓷层，一体成型，无拼接缝隙，稳定性更强。
实施例2
衬板的制备方法如下：
将铬30g，硅12g，铁40g，碳13g，镍40g，钼2g，钨2g混合搅拌均匀制成目粒度为300目的金属陶瓷混合粉末，混合速率控制在300rad/min，利用3D打印机产生高能粒子束实现对金属陶瓷混合粉末熔化，其中高能粒子束的能量密度为100J/mm2，激光熔化的时间为3min，熔化完毕后将金属陶瓷采用3D打印机喷涂到衬板基体的钢材表面上，形成致密的金属陶瓷层，金属陶瓷层的厚度为1.6mm，沿所述衬板基体由内至外依次为金属层、金属陶瓷复合层、陶瓷层三层组成，一体成型，无拼接缝隙，稳定性更强。
实施例3
衬板的制备方法如下：
将铬15g，硅7g，铁32g，碳6g，镍30g，钼1.2g，钨1.2g混合搅拌均匀制成目粒度为200目的金属陶瓷混合粉末，混合速率控制在100rad/min，利用3D打印机产生高能粒子束实现对金属陶瓷混合粉末熔化，其中高能粒子束的能量密度为120J/mm2，激光熔化的时间为2.5min，熔化完毕后将金属陶瓷采用3D打印机喷涂到衬板基体的钢材表面上，形成致密的金属陶瓷层，金属陶瓷层的厚度为1.7mm，沿所述衬板基体由内至外依次为陶瓷层、金属陶瓷复合层、金属层三层组成，一体成型，无拼接缝隙，稳定性更强。
实施例4
衬板的制备方法如下：
将铬25g，硅10g，铁38g，碳10g，镍37g，钼1.8g，钨1.8g混合搅拌均匀制成目粒度为250目的金属陶瓷混合粉末，混合速率控制在300rad/min，利用3D打印机产生高能粒子束实现对金属陶瓷混合粉末熔化，其中高能粒子束的能量密度为110J/mm2，激光熔化的时间为3min，熔化完毕后将金属陶瓷采用3D打印机喷涂到衬板基体的钢材表面上，形成致密的金属陶瓷层，金属陶瓷层的厚度为1.8mm，沿所述衬板基体由内至外依次为陶瓷层、金属陶瓷复合层、金属层三层组成，一体成型，无拼接缝隙，稳定性更强。
实施例5
衬板的制备方法如下：
将铬20g，硅7g，铁31g，碳7g，镍35g，钼1.6g，钨1.6g混合搅拌均匀制成目粒度为200目的金属陶瓷混合粉末，混合速率控制在250rad/min，利用3D打印机产生高能粒子束实现对金属陶瓷混合粉末熔化，其中高能粒子束的能量密度为100J/mm2，激光熔化的时间为3min，熔化完毕后将金属陶瓷采用3D打印机喷涂到衬板基体的钢材表面上，形成致密的金属陶瓷层，金属陶瓷层的厚度为1.5mm，沿所述衬板基体由内至外依次为金属层、金属陶瓷复合层、陶瓷层三层组成，一体成型，无拼接缝隙，稳定性更强。
实验例1
将市售普通的衬板与通过本发明的实施例2-3的制备方法制备出的衬板的性能进行比较，具体结果见下表1。
表1性能参数比较
从表1中可以看出，本发明制备出的衬板避免了以往同类产品容易受环境中的酸性气体以及氧化物质腐蚀，防腐性能以及强度均得到了大幅度的提升，稳定性能好。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。