μ m，更优选为15-25 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 μm，优选为30-50 μπι。
4.一种旋流器，在其内壁具有梯度复合涂层，其特征在于: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O
5.如权利要求4所述的旋流器，其特征在于: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。
6.如权利要求4或5所述的旋流器，其特征在于: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 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 μm，优选为30-50 μπι。
7.如权利要求4-6之一所述的旋流器，其特征在于:沿微米V8C7致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为15-90 μ m，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 μ m，优选为6-15 μ m，更优选为8-15 μm0
8.如权利要求4-7之一所述的旋流器，其特征在于:沿V8C7与基体的融合层纵向剖面，其厚度为121 μ m-1101 μ m，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 μm，优选为10-20 μπι。
9.如权利要求4-8之一所述的旋流器，其特征在于:梯度复合涂层总厚度为143-1216 μ m，优选在 400-1200 μ m。
10.如权利要求4-9之一所述的旋流器，其特征在于:基体组织根据热处理不同为珠光体、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。
11.一种如权利要求1-3之一所述旋流器的制备方法，其特征在于，旋流器内壁具有耐磨涂层，包括如下步骤: 1)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|凡板先被加以表面处理； 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丰吴具； 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； 4)将不锈钢基材冶炼为钢液；优选地，温度控制在1500-1560°C； 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； 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； 其中，耐磨涂层为V2C致密陶瓷层。
12.如权利要求11所述的旋流器的制备方法，其特征在于: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；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。
13.—种如权利要求4-10之一所述旋流器的制备方法，其特征在于，旋流器内壁具有梯度复合涂层，包括如下步骤: 1)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|凡板先被加以表面处理； 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丰吴具； 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； 4)将不锈钢基材冶炼为钢液；优选地，温度控制在1500-1560°C； 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； 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梯度复合涂层，而旋流器基体仍为不锈钢基体； 7)所得的内壁具有梯度复合涂层的旋流器，被进一步热处理以获得更合适的基体组织。
14.如权利要求13所述的旋流器的制备方法，其特征在于:通过控制步骤6)中保温时间、保温温度获得该梯度复合涂层即碳化物涂层，所述碳化物涂层包括依次呈梯度分布的准单晶相V2C致密陶瓷层、微米V8C7致密陶瓷层、V 8C7与基体的融合层。
15.如权利要求14所述的旋流器的制备方法，其特征在于:在步骤6)中保温温度、保温时间以及最终能够获得的梯度复合涂层的总厚度符合如下公式，L = kTlogt1/2+b0 其中: L一一梯度复合涂层的总厚度(μ m)， k 是常数，取值为0_1，k ^ O, T--保温温度(K)， t 保温时间(s)， b0一一初始厚度(ym)，即钢液浇注后与钒板之间形成的复合层的厚度。
16.如权利要求13-15之一所述的旋流器的制备方法，其特征在于:所述步骤I)中，表面处理的步骤如下: 第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸或60ml/L的磷酸或120ml/L的双氧水，后流水冲洗； 第二步酸洗，选用300ml/L的氢氟酸或200ml/L的硫酸或240ml/L的双氧水，后流水冲洗； 第三步表面打磨，选用800-1200目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。
17.如权利要求13-16之一所述的旋流器的制备方法，其特征在于:所述步骤2)中的外部碳源为石墨纸或石墨粉；优选地，所述石墨纸为三级以上，纯度为85-99%，厚度为0.1-0.35mm ;优选地，所述石墨粉选择粒度在600-1000目，纯度为85-99 %。
18.如权利要求13-17之一所述的旋流器的制备方法，其特征在于:所述步骤6)中，升温至1000-1160°C，升温速度控制在7°C /min，保温时间为6_12h，优选8_10h。
19.如权利要求13-18之一所述的旋流器的制备方法，其特征在于:所选不锈钢基体为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢或奥氏体不锈钢。
20.如权利要求13-19之一所述的旋流器的制备方法，其特征在于:所述保护气为氩气或氮气，气体流量为5-8ml/min。
21.如权利要求13-20之一所述的旋流器的制备方法，其特征在于，所述步骤7)中的热处理工序为:马氏体型不锈钢采用调质处理，获得回火索氏体；用淬火以及低温回火，获得回火马氏体；奥氏体型不锈钢采用固溶处理，固溶处理温度一般是1050-1150°C ;铁素体型不锈钢经退火处理后空冷或水冷，在退火软化状态下使用。
【专利摘要】本发明提供一种旋流器，其工作部位的表面具有一种碳化物涂层，并且提供一种用于获得上述旋流器的制备方法。所述旋流器，在其齿前端工作部位具有碳化物涂层。所述碳化物涂层，包括准单晶V2C致密陶瓷层，还可进一步包括微米V8C7致密陶瓷层及V8C7与基体的融合层。所述准单晶V2C致密陶瓷层、微米V8C7致密陶瓷层及V8C7与基体的融合层依次呈梯度分布。可被施加于不锈钢表面。所述涂层与基体之间为冶金结合，结合力很强，克服了现有硬质颗粒与金属基体间非冶金结合，结合力很弱，颗粒容易脱落的问题，大幅度提高了旋流器内壁复合层工作表面的耐磨性能。
【IPC分类】B23P15-00, C21D9-00, B22D18-06, B22D19-00, C23C8-64, B22C9-04
【公开号】CN104525862
【申请号】CN201410659432
【发明人】许云华, 叶芳霞, 燕映霖, 钟黎声, 梁淑华, 赵娜娜, 任冰, 邹军涛, 肖鹏
【申请人】西安理工大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年11月18日