破碎壁与轧臼壁及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有耐磨涂层的复合破碎壁与复合轧白壁及其制备方法，尤其涉及一种具有耐磨碳化物涂层的复合破碎壁与复合轧白壁及其制备方法，具体涉及一种应用于高锰钢表面的耐磨碳化物涂层的复合破碎壁与复合轧白壁及其制备方法。
【背景技术】
[0002]圆锥破碎机是广泛应用于煤炭、矿山、冶金、建材、能源等工业行业中的中碎和细碎破碎设备。圆锥破碎机的主要磨损件是动锥破碎壁与静锥体轧白壁衬体。在圆锥破碎机工作状况下，两衬体同时承受物料的摩擦、冲击、挤压等强烈的、高周次的、反复交变应力的作用，其质量的好坏直接影响到设备的效率和使用寿命，也同时影响产品的产量和技术经济指标。目前，圆锥破碎机中使用的破碎壁和轧白壁耐磨衬体主要存在以下问题:
[0003](I)圆锥破碎机破碎壁与轧臼壁主要采用单一金属材料制成，比如高锰钢ZGMnl3和多元低高锰钢材质，而复合材质主要有粉末合金复合材料、硬质合金堆焊复合材料等。各种材质的特征为:高锰钢只有在高负荷和高冲击应力下实现奥氏体向马氏体的固态相变而加工硬化后，才能充分发挥其耐磨性。而在圆锥破碎机中，破碎腔中的物料对轧白壁冲击强度较小，加工硬化不明显。而多元低高锰钢宏观硬度比较低(HRC40左右)，不能抵抗物料的压入和划动，使用过程中表面产生大量的切削和塑变低周疲劳。可见，单一材质的破碎壁与轧臼壁耐磨性较差，使用寿命较短。粉末冶金方法制备复合材料的研宄尚不成熟，该方法制备的复合材料，其合金成分在基体中难以均匀分布、可控性差，由于添加了表面活性剂，使得材料组织中出现大量气孔等缺陷。采用堆焊方法制备的硬质合金颗粒复合耐磨衬体，难以保证硬质合金颗粒在金属基体的均匀分布，可控性差，且熔融金属在高温下产生大量的氧化物，这些氧化物杂志停留在金属基体中，从而影响了复合材料的耐磨性和韧性。
[0004](2)由于耐磨性差的原因，破碎壁与轧臼壁衬板磨损严重，在使用过程中往往达不到设计所要求的工况，造成圆锥破碎机性能下降，破碎产品粒度偏大，能耗增大，运行费用
[0005]然而仅仅提高破碎壁与轧白壁基体材料的硬度仍然不足以保证其服役的持久性，因此在其工作部位增加涂层是解决该问题既经济又有效的手段。现阶段使用较多的为碳化物材料的涂层，其具有硬度高、耐磨损性能优越的特点，以涂层方式覆盖在金属合金基体表面可以提高由基体材料制备的零部件的耐磨性与寿命。其中VCp是一种常见的涂层材料，其有如下特点特性:
[0006](I)具备密度低、强度高、弹性模量高、抗氧化、耐磨、耐腐蚀等优异的物理化学性會K ;
[0007](2)烧结过程中长大倾向小，颗粒一般呈圆形，是一种较为理想的增强材料；
[0008](3)钒资源丰富，容易获得，价格比较低廉，碳化钒在金属基复合材料中获得普遍应用；
[0009](4)具有很高的热稳定性和高硬度的面心立方结构，晶格常数和晶格类型与奥氏体非常接近，这便于更好地与钢铁基体结合；
[0010](5) VCp的标准生成焓Λ G C1值低，其合成反应易于进行；
[0011](6) VCp涂覆的钢铁基复合材料除了硬度高、耐磨性好外，可切削加工、锻造、焊接、热处理强化且变形小，而且具有普通熔炼钢的冷热加工性能。因此，VCp涂层材料被广泛地用作无肩冷热金属加工工具、切削刀具、各种模具、耐磨耐热耐蚀零件的耐磨表面。
[0012]目前制备碳化物涂层的方法有化学气相沉积法、物理气相沉积法、热喷涂方法、热渗镀方法等，但是这些方法，存在生产设备要求苛刻、生产效率低、涂层结合强度低等不足。
[0013]因此如何在破碎壁的外壁和轧臼壁的内壁获得VCp涂层，并且选择一种生产设备简单、工艺流程短的制备方法，获得与基体结合力好、不易脱落且力学性能、耐磨性能优异的涂层是亟待解决的问题。
【发明内容】
[0014]针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种破碎壁与轧臼壁，在其之间的破碎腔表面具有一种耐磨涂层，而破碎壁与轧白壁基体仍为高锰钢基体，该耐磨涂层为V2C致密陶瓷层，其化学稳定性和耐磨性好，具有低摩擦系数、高硬度、低表面能以及低传热性；并且进一步地，提供一种用于获得上述复合破碎壁与轧白壁的制备方法。该方法能够制备出寿命长，运行费用低的复合破碎壁与轧臼壁的系列产品，其在圆锥破碎机上是相互匹配的。
[0015]进一步地，本发明还提供一种破碎壁与轧臼壁，在其破碎壁与轧臼壁之间的破碎腔表面具有一种梯度复合涂层，其优选被涂覆于破碎壁的外表面与轧白壁的内表面，以提高其表面的耐磨性和断裂韧性，特别是高锰钢基体表面，并且提供一种用于获得上述涂层的制备方法。
[0016]所述破碎壁与轧白壁，在其之间的破碎腔表面具有耐磨涂层。本发明所涉及的破碎壁与轧臼壁型号如下:美卓(诺德伯格)GP系列破碎壁、乳臼壁:GP100、GP200、GP300、GP330C ;美卓(诺德伯格)HP系列破碎壁、乳白壁:HP200、HP300、HP400、HP500 ;山特维克圆锥破碎机系列破碎壁、乳臼壁:H3800、H4800、H6800、H8800 ;华扬S系列:S75B、S155B、S240B、S400B、S75D, S155D、S240D、S400D。在破碎壁的外壁与轧臼壁的内壁分别具有耐磨涂层，从而保证在破碎壁和轧白壁之间的破碎腔表面具有很高的硬度和很好的耐磨性，而其基体部分具有很好的韧性。
[0017]为实现本发明目的，本发明采用了如下技术方案:
[0018]一种破碎壁与轧臼壁，在其之间的破碎腔表面具有耐磨涂层，该耐磨涂层为V2C致密陶瓷层；优选地，V2C致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。
[0019]更优选地，沿V2C致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为9-23 μ m，优选为12_20μπι，更优选为15-20 μ m ;优选地，其中V2C的体积分数大于80%，优选大于90% ;优选地，V2C晶粒尺寸为 20-50 μ m，优选为 30-50 μ m。
[0020]此外，本发明还提供一种破碎壁与轧白壁，在其之间的破碎腔表面具有梯度复合涂层，所述梯度复合涂层为碳化物涂层，包括依次呈梯度分布的V2C致密陶瓷层、微米V8C7致密陶瓷层、V8C7与基体的融合层。
[0021]优选地，V2C致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。
[0022]更优选地，沿V2C致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为9-23 μ m，优选为12-20 μ m，更优选为15-20 μ m ;优选地，其中V2C的体积分数大于80%，优选大于90% ;优选地，V2C晶粒尺寸为 20-50 μ m，优选为 30-50 μ m。
[0023]进一步优选地，沿微米V8C7致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为17-88 μπι，优选为40-80 μ m，更优选为60-80 μ m ;优选地，V8C7的体积分数大于70%，优选大于75% ;优选地，V8C7的晶粒尺寸为5-15 μm，优选为6-15 μm，更优选为8-15 μπι。
[0024]更进一步优选地，沿V8C7与基体的融合层纵向剖面，其厚度为122 μ m-1069 μ m，优选300-1060 μ m ;优选地，其中V8C7的体积分数为20% -85%，优选为50% -85% ;优选地，V8C7的晶粒尺寸为5-20 μ m，优选为10-20 μ m。
[0025]优选地，梯度复合涂层总厚度为148-1180 μm，优选在400-1180 μπι。
[0026]更优选地，破碎壁与轧白壁基体经水韧处理后获得单一的奥氏体组织；优选地，该梯度复合涂层被施加于高锰钢表面。
[0027]本发明提供一种破碎腔表面具有耐磨涂层的破碎壁与轧臼壁的制备方法，包括如下步骤:
[0028]I)先准备一钒板，优选的，其中钒的纯度应控制在99.7-99.9%;更优选地，所述钒板的厚度控制在0.2-3mm ;优选的，所述钒板先被加以表面处理；
[0029]2)按照破碎壁与轧白壁的尺寸，分别制作破碎壁模具和轧白壁模具，在破碎壁模具的外壁和轧臼壁模具的内壁分别设定凹槽，在凹槽内分别固定外部碳源，然后将钒板分别卷绕在破碎壁模具外壁和轧白壁模具内壁的凹槽内，使其与外部碳源紧密结合；优选地，用聚苯乙烯泡沫塑料分别制作破碎壁模具和轧白壁模具；
[0030]3)按照破碎壁与轧臼壁尺寸制作砂型，并将破碎壁模具和轧臼壁模具分别置于砂型型腔中；优选地，用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬树脂砂或潮模砂制作砂型；
[0031]4)将高锰钢基材冶炼为钢液；优选地，温度控制在1500_1560°C ；
[0032]5)，将上述钢液浇入上述放置有碎壁模具和轧白壁模具、钒板和外部碳源的砂型内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，使得破碎壁外壁与轧白壁内壁分别为与钒板的复合体；优选地，采用消失模真空吸铸工艺将上述钢液浇入上述放置有破碎壁模具和轧臼壁模具、钒板和外部碳源的砂型内；优选地，浇铸温度控制在1500-15600C，浇铸时间为20-60秒为宜；更优选地，钢液室温冷却。
[0033]优选地，破碎壁外壁复合部位的宽度尺寸与破碎壁的破碎腔长度尺寸基本相同，优选地，复合部位的宽度一般为破碎腔壁锥体的1/2-4/5 ;更优选地，破碎壁外壁的复合部位为等深度；进一步优选地，深度尺寸为破碎壁壁厚的1/5-4/5。轧白壁内壁复合部位的宽度与深度形状和尺寸与同一规格的另一破碎壁的复合部位的宽度与深度形状和尺寸相同。优选地，破碎壁外壁复合部位和轧白壁内壁复合部位均为圆环形；
[0034]6)将浇铸完得到的破碎壁与轧臼壁复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，最后随炉冷却至室温，从而在破碎壁与轧白壁之间的破碎腔表面形成耐磨涂层，而破碎壁与轧臼壁基体仍为高锰钢基体。
[0035]其中，耐磨涂层为V2C致密陶瓷层。
[0036]优选地，通过控制保温时间、保温温度获得该V2C致密陶瓷层；优选地，V2C致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。
[0037]本发明还提供一种破碎腔表面具有梯度复合涂层的破碎壁与轧白壁的的制备方法，包括如下步骤:
[0038]I)先准备一钒板，优选的，其中钒的纯度应控制在99.7-99.9%;更优选地，所述钒板的