一种球磨机衬板耐磨涂层的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于工程机械再制造技术领域，更具体地说，涉及一种球磨机衬板耐磨涂 层的制备方法。
【背景技术】
[0002] 材料是人类生存和发展的物质基础之一。当今社会已经把降低材料的损耗作为一 个非常重要的问题。机械零件的失效大多数是从表面开始，材料的表面强度直接影响机械 零件的使用寿命。据不完全统计，全世界各类机械零部件每年因摩擦磨损造成的经济损失 高达数千亿美元。由于摩擦磨损发生在材料表面，因此采用先进的表面技术，在普通材料表 面优化设计制备出所需的耐磨涂层是一种简便有效的方法。它不仅可显著提高产品的可靠 性和使用寿命，减少产品的维修和更换，而且节约材料和能源，有利于环境保护，是材料科 学的发展方向之一。
[0003] 通过表面冶金强化使钢材等材料表面获得高耐磨能力的覆层是提高零件使用寿 命，节约钢材和贵重合金材料的重要手段。因此，近些年来材料表面新技术特别是涂层技术 的发展愈来愈快。目前，研究主要集中于热喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂或激光熔敷等技术 获得的Ni基、Co基、Fe基等耐磨耐蚀涂层上，但是从工艺上都有其局限性，如热喷焊涂层 工艺性差，涂层质量低；激光熔敷所用设备昂贵，激光功率小；等离子喷涂、爆炸喷涂噪音 污染，设备复杂，工艺性不稳定等，因而，在工程应用中受到一定的限制。因此，采用一种新 的方法制备耐磨抗腐蚀涂层得到了人们的广泛重视。
[0004] 超音速火焰喷涂，又称为高速火焰喷涂[23 24]，它是利用特殊设计的喷枪，使喷涂的 粉末粒子以高的速度喷射到工件表面形成结合强度和致密度都高的涂层的一种热喷涂技 术。超音速火焰喷涂的特点总结如下几个方面： (1)粉末粒子的飞行速度高，可达两倍音速以上，由于冲击能量大，沉积涂层的结构 比较致密、结合强度髙并且无分层现象出现； (2) 火焰温度相对不高，粒子在火焰中停留时间相对较短，使得材料的相变、氧化和分 解得到有效抑制，因此特别适合喷涂如WC等在高温下极易分解和退化的材料； (3) 喷涂距离可在不影响涂层质量的前提下灵活调整； (4) 涂层的残余应力为压应力且较小，因此涂层有较好的疲劳强度； (5) 综合性能优异：涂层孔隙率更低，硬度更高，耐磨性能更强，使用寿命显著提高。
[0005] 超音速火焰喷涂的显著优点是设备投资抵，沉积速度快，材料选择范围大。另外超 音速火焰喷涂具有优异的低温高速特性，这特别适合于喷涂耐磨性能良好的WC类材料。
[0006] 用于铁矿石的破碎、研磨和选矿等使用的大型球磨机，其主要是以疲劳磨损破坏 而失效。这是因为球磨机内的磨球和铁矿石都非常质密且坚硬，其中物料莫氏硬度为 5. 5-6. 5,在运转过程中给筒体内部垫付的衬板带来较大的冲击和摩擦力，同时还会受到 作业环境的影响而被腐蚀失效，通常使用约4-5个月后就因磨损过度而失效，甚至因磨损 过度而断裂。因此，球磨机衬板的使用寿命较短。为了使球磨机耐磨衬板能在这样的苛刻 的工作环境下满足高的使用要求，有较久的使用寿命，工业生产上使用最多的工艺方法是 选择性能更高的材料来生产大型的球磨机衬板[14]。然而，重新设计基体材料的化学成分到 生产到实际生产实践是一个比较漫长的过程。
[0007] 本发明提供了一种球磨机衬板耐磨涂层的制备方法。首先采用金属材料PANDAT 热力学软件进行模拟确定基体材料；其次，从再制造技术工艺 [56]方面考虑，运用超音速火 焰喷涂技术在基体材料表面制备WC-10C〇-xCr(x=2, 3, 4, 5)陶瓷涂层，从而赋予零件耐磨、 耐蚀等特殊性能，提高零件的可靠性和延长零件的使用寿命，尤其是球磨机耐磨衬板工作 面的耐磨性，具有广泛的应用前景。
【发明内容】
[0008] 要解决的问题 针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种球磨机衬板耐磨涂层的制备方法， 以中碳合金耐磨钢（ZG42SiMnCr2MoRe钢)为基体材料，以WC-Co基陶瓷材料为喷涂材料，采 用超音速火焰喷涂技术制备WC-Co基陶瓷涂层，系统研究并提供了一种高硬度，耐磨损，耐 腐蚀球磨机衬板再制造表面涂覆件。
[0009] 技术方案 为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下： 一种球磨机衬板耐磨涂层的制备方法，其特征在于，其步骤如下： a、 表面准备：首先要对基底材料进行表面用酒精或丙酮清洗去除油污，然后对待喷涂 基底表面进行喷砂粗化处理； b、 预热处理：在喷涂之前对基底表面进行预热处理，预热温度为200~300°C，时间为 60S ； c、 喷涂打底层：利用超音速火焰喷涂技术将混合好的并在200°C下干燥2小时后的涂 覆层粉末对基底表面喷涂一层厚度为80um的打底层； d、 喷涂工作层：利用超音速火焰喷涂技术将混合好的并在200°C下干燥2小时后的涂 覆层粉末对所述步骤c中所得零件表面喷涂厚为250 y m~300 y m，优选为300um的陶瓷工 作涂层； e、 干燥处理：将步骤d中经喷涂工作层后涂覆好的零件置于干燥箱中与100°C下干燥1 小时； f、 封闭处理：使用封闭剂对涂覆层的孔隙进行封闭处理； g、 高温扩散处理：将步骤f?中经封闭处理后的涂覆好的零件置于连续氢气烧结炉中于 500-800°C烧结40-60 min，冷却后出炉得到具有涂覆层的球磨机衬板。 进一步地，所述基底成分的质量百分比为C0. 30~0. 44wt%、Si 1. 50~2. Owt%、 MnO. 8 ~1. 40wt%、Cr2. 0 ~2. 8wt%、Mo f 0? 3wt%、Ni f 0? 3wt%、Re0.0 2wt%、P 和 S 共 0. 04wt%，其余为Fe ;所述涂覆层粉末含有体积分数为95~98%的WC-Co粉末和2~5% 的Cr，所述Cr/Co的重量比为0. 2~0. 5,优选为0. 3~0. 4 ;所述WC-Co粉末均匀离散分 布在涂层中。
[0010] 进一步地，所述WC-Co粉末为WC-10CO粉末，金属Co包覆着WC粒子，表面粗糙 多孔，所述WC-lOCo粉末为粒径为300目的球形或近球形合金粉末。
[0011] 进一步地，所述涂覆层中Cr/Co的重量比为0? 3~0? 4。
[0012] 进一步地，所述涂覆层组织均匀、致密，其孔隙率为1~5%，其平均显微硬度为 61. 4 ~70HRC。
[0013] 进一步地，所述涂覆件涂覆层的结合强度均高于70MPa。
[0014] 进一步地，所述基底在3. 5wt%的NaCl溶液中的自腐蚀电位为-0. 618V，自腐 蚀电流密度为4. 247X 10 4AXcm 2 ;所述涂覆层在3. 5wt%的NaCl溶液中的自腐蚀电位 为-0? 550~-0? 460V之间，自腐蚀电流密度在3. 548X 10 4~1. 703X 10 4AXcm 2之间。
[0015] 进一步地，步骤d中利用超音速火焰喷涂技术喷涂厚300 ym的陶瓷工作涂层。
[0016] 更进一步地，所述的超音速火焰热喷涂技术：喷涂前预热，利用丙烷的碳氢系为 燃气，氧气压力为1.15 Mpa，丙烷气压力为0.45Mpa，送粉气体流量为4L/min，喷嘴直径为 1mm，喷涂距离为200mm，喷后用压缩空气冷却。
[0017] 有益效果 相比于现有技术，本发明的有益效果为： (1) 本发明采用超音速火焰喷涂技术来制备WC-Co基陶瓷涂层，其设备投资抵，沉积速 度快，材料选择范围大，涂层与基体的结合强度很高； (2) 本发明的采用中碳合金耐磨钢衬板为基底材料，其组织为马氏体+共晶碳化物+二 次弥散碳化物+少量残留奥氏体；硬度高于55HRC，韧性高于42J/cm2 (夏氏无缺口试样）； (3) 本发明制备的WC-lOCo-xCr (x=2, 4, 5)陶瓷复合材料颗粒粒度分布均匀，粉末呈球 形，且颗粒球形度高，球形表面多孔，易于形成高质量致密涂层，且其涂层组织均匀、致密， 基本上没有较大的孔隙，也没有出现裂纹，而且涂层与基体材料主要以机械啮合的方式结 合； (4) 本发明通过热喷涂制备的WC-lOCo-xCr (x=2, 3, 4, 5)涂层孔隙率较低， WC-10C〇-3Cr涂层的孔隙率为1. 0%; (5) 本发明WC-10C〇-2Cr涂层平均显微硬度为61. 4~70HRC，四种涂层显微硬度均高 于基体材料的显微硬度55. 7HRC; (6) 本发明四种喷涂材料制备的涂覆件结合强度都较高，都高于粘结胶的结合强度，结 合强度均达到了 70MPa; (7) 本发明WC-10C〇-xCr (x=2, 3, 4, 5)涂层具有优异的耐腐蚀性能，涂层在整体上体现 了陶瓷涂层的特性和低的孔隙率。其中，WC-10C〇-3Cr涂层比其他三种涂层有更好的耐腐 蚀性能，其自腐蚀电位最大，约为-〇. 460V，自腐蚀电流密度最小，约为1. 703 X 10 4AX cm 2。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明中碳合金耐磨钢的显微组织图，其中a为中碳合金耐磨钢的金相显 微组织（X 500)，b为中碳合金耐磨钢的扫描电镜显微组织（X 10 y m); 图2为本发明的WC-10C〇-2Cr涂层的截面图，其中a为WC-10C〇-2Cr涂层在放大2000 倍下的涂层截面图，b为WC-10C〇-2Cr涂层在放大5000倍下的涂层截面图； 图3为本发明的WC-10C〇-3Cr涂层的截面图，其中a为WC-10C〇-3Cr涂层在放大20