旋流器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有耐磨涂层的复合旋流器及其制备方法，尤其涉及一种具有耐磨碳化物涂层的复合旋流器及其制备方法，具体涉及一种应用于不锈钢表面的耐磨碳化物涂层的复合旋流器及其制备方法。
【背景技术】
[0002]旋流器是在回转流中利用离心力进行分级、分离的设备，旋流器至少包括外层钢套、进料口、沉砂咀和溢流管。旋流器工作过程中，固-液二相流做强烈的旋转运动，在二相流剧烈的冲刷下，旋流器钢套的内壁面极易磨损，从而缩短了旋流器设备的使用寿命，并降低设备的分级、分离效果。因此，多种行业中对旋流器耐磨性能要求都很高。常用的旋流器主要有不锈钢旋流器，聚氨酯旋流器，传统工艺主要是利用铸造工艺制造而成。为了提高其耐磨性，传统方法还通常采用耐磨材料制作旋流器钢套的内衬，以提高旋流器的使用性能。
[0003]常用的内衬材料有高合金钢、铸铁、陶瓷和高分子聚合物等材料。合金钢内衬耐冲刷磨损性能差，使用寿命较短，且成本高。用自蔓延烧结的陶瓷内衬耐磨性好，但由于陶瓷为脆性材料，容易在运输、安装、使用过程中受冲击而发生脆性断裂，导致旋流器整体报废；另外陶瓷内衬高温烧结过程中，外层钢套受热变形较大，使材料内部产生很大应力而产生裂纹；自蔓延工艺条件要求严格，产品质量不稳定，且生产过程产生大量废气，不利于环保。高分子聚合物内衬旋流器，其内衬与钢套内壁结合性能差，内衬易发生剥离、脱落现象，使旋流器发生堵塞而严重影响设备正常工作，导致停工停产。
[0004]然而仅仅提高旋流器基体材料的硬度仍然不足以保证其服役的持久性，因此在其工作部位的表面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￥(；是一种常见的涂层材料，其有如下特点特性:
[0005](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 ;
[0006](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；
[0007](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；
[0008](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；
[0009](5) VCp的标准生成焓Λ G C1值低，其合成反应易于进行；
[0010](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。
[0011]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。
[0012]因此如何在旋流器内壁复合层工作表面获得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】
[0013]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旋流器，在其内壁具有一种耐磨涂层，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旋流器的制备方法。
[0014]进一步地，本发明还提供一种旋流器，在其内壁具有一种梯度复合涂层，其优选被涂覆于旋流器内壁，以提高其表面的耐磨性和断裂韧性，特别是不锈钢表面，并且提供一种用于获得上述旋流器的制备方法。
[0015]所述旋流器，在其内壁具有耐磨涂层，从而有利保证旋流器内壁具有很高的硬度和很好的耐磨性，而旋流器基体部分具有很好的韧性。
[0016]为实现本发明目的，本发明采用了如下技术方案:
[0017]一种内壁具有耐磨涂层的旋流器，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。
[0018]更优选地，沿V2C致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为7-25 μ m，优选为9_25 μπι，更优选为15-25 μπι ;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。
[0019]此外，本发明还提供一种内壁具有梯度复合涂层的旋流器，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、V 8C7与基体的融合层。
[0020]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。
[0021]更优选地，沿V2C致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为7-25 μ m，优选为9_25 μ m，更优选为15-25 μπι ;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。
[0022]进一步优选地，沿微米V8C7致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为15-90 μπι，优选为40-90 μ m，更优选为70-90 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。
[0023]更进一步优选地，沿V8C7与基体的融合层纵向剖面，其厚度为121 μπι-1101 μπι，优选300-1050 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。
[0024]优选地，梯度复合涂层总厚度为143-1216 μ m，优选在400-1200 μ m。
[0025]更优选地，旋流器基体组织根据热处理方式不同可分为珠光体、马氏体、铁素体、贝氏体、奥氏体和索氏体中的一种或几种；优选地，该梯度复合涂层被施加于不锈钢表面。
[0026]本发明提供一种内壁具有耐磨涂层的旋流器的制备方法，包括如下步骤:
[0027]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 ;优选地，所述I凡板先被加以表面处理；
[0028]2)按照旋流器内壁尺寸制作旋流器模具，模具厚度与旋流器壁厚一致，根据旋流器的工作受力状况，其主要磨损部位是旋流器内壁，据此将钒板固定在旋流器模具内壁表面，然后在钒板上固定外部碳源，使其与钒板紧密结合；优选地，用聚苯乙烯泡沫塑料制作旋流器模具；
[0029]3)按照旋流器尺寸制作砂型，并将旋流器模具、钒板和外部碳源一并置于砂型型腔中；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；
[0030]4)将不锈钢基材冶炼为钢液；优选地，温度控制在1500_1560°C ；
[0031]5)将上述钢液浇入上述放置有钒板和外部碳源的砂型内，待金属液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得旋流器基体为不锈钢，旋流器内壁复合层为不锈钢与钒板的复合体；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钒板和外部碳源的砂型内；优选地，浇注温度控制在1500-1560°C，浇注时间为5-60秒为宜；更优选地，一分钟后，在冒口补浇；优选地，室温冷却；
[0032]6)将浇铸完得到的旋流器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，从而在旋流器内壁形成耐磨涂层，而旋流器基体仍为不锈钢基体。
[0033]其中，耐磨涂层为V2C致密陶瓷层。
[0034]优选地，通过控制步骤6)中保温时间、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。
[0035]本发明还提供一种内壁具有梯度复合涂层的旋流器的制备方法，包括如下步骤:
[0036]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 ;优选地，所述I凡板先被加以表面处理；
[0037]2)按照旋流器内壁尺寸制作旋流器模具，模具厚度与旋流器壁厚一致，根据旋流器的工作受力状况，其主要磨损部位是旋流器内壁，据此将钒板固定在旋流器模具内壁表面，然后在钒板上固定外部碳源，使其与钒板紧密结合；优选地，用聚苯乙烯泡沫塑料制作旋流器模具；
[0038]3)按照旋流器尺寸制作砂型，并将旋流器模具、钒板和外部碳源一