一种内置全金属骨架陶瓷叶轮的制作方法与流程

本发明涉及一种内置全金属骨架陶瓷叶轮的制作方法，属于离心泵技术领域。

背景技术：

碳化硅陶瓷是一种硬度极高、耐化学腐蚀性能极强的非金属复合材料，通常应用于金属材质无法解决的高腐蚀性和高磨蚀性工位。

叶轮是离心泵的一个核心部件，主要用于输送介质。叶轮主要包括前盖板、叶片、后盖板和轮毂四个部分。

传统的陶瓷叶轮在生产和应用过程中，存在以下问题：

①传统的陶瓷叶轮，如图1所示，内置的金属骨架仅包括后盖板和轮毂两部分，前盖板和叶片内部不含有骨架，成型后的陶瓷叶轮强度低，抗冲击性能弱，容易出现破裂或剥落现象；

②由于碳化硅陶瓷不能被挤压，金属骨架轮毂端面始终会浸泡在介质中，容易受到介质的腐蚀，造成叶轮骨架失效；

③传统的生产工艺中，复合材料与金属骨架的成型过程容易掺杂空气，造成陶瓷叶轮内部出现较多的孔隙和疏松，降低陶瓷叶轮的强度和耐磨性能。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决传统陶瓷叶轮存在的上述问题，而提出的一种内置全金属骨架陶瓷叶轮的制作方法。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明的一种内置全金属骨架陶瓷叶轮的制作方法，具体制作步骤如下：

1)加工全金属骨架，所述全金属骨架包括前盖板支撑部、后盖板支撑部、同时连接所述前盖板支撑部和后盖板支撑部的叶片支撑部，以及设置在后盖板支撑部中部的轮毂支撑部；所述前盖板支撑部、后盖板支撑部和叶片支撑部上开有包覆层吸附孔；

2)采用抛丸喷砂工艺对全金属骨架除轮毂支撑部内孔的所有表面进行表面粗糙处理，并清除存在的毛刺和尖角，使处理后的表面粗糙度一般要求达到sa2.5或sa3级；

3)对全金属骨架除轮毂支撑部内孔的所有表面再次进行油渍处理和防锈处理；

4)将全金属骨架定位在浇铸模具中，随模具一起在抽真空环境下加热至100-120℃，并进行保温，直至全金属骨架上的水份烘干；

5)在抽真空环境下，加热并搅拌碳化硅陶瓷材料，使碳化硅陶瓷材料中的酚醛树脂熔化；

6)将加热并搅拌后的碳化硅陶瓷材料加压注入浇铸模具中，使所述前盖板支撑部、后盖板支撑部和叶片支撑部的内侧及外侧表面均包覆有碳化硅陶瓷包覆层，所述轮毂支撑部的外侧面包覆有碳化硅陶瓷包覆层；

7)浇铸完成后，自然冷却至室温，并对陶瓷叶轮的冒口部分进行打磨清除，得到陶瓷叶轮。

所述轮毂支撑部的外侧面加工有环形定位凹槽，且所述环形定位凹槽的内侧宽度大于外侧宽度，这样设计可以提高碳化硅陶瓷包覆层与所述轮毂支撑部的轴向结合能力。

所述轮毂支撑部两个轴向端部的外沿均包覆有碳化硅陶瓷包覆层，在陶瓷叶轮与泵轴装配时，可以将所述轮毂支撑部两个轴向端部分别被叶轮封盖和机封短套遮挡，并通过密封圈密封，确保所述轮毂支撑部不会接触到介质，提高陶瓷叶轮的耐腐蚀和耐磨损性能。

所述轮毂支撑部的外侧面的碳化硅陶瓷包覆层为向后收敛的锥面，该锥面角度为10-20°；这样设计的好处是：①提高了碳化硅陶瓷在成型过程中的流动性，同时有利于成型后的脱模；②避免了介质中的固体颗粒在轮毂处出现堆积，提高了陶瓷叶轮后端机械密封的使用寿命。

所述包覆层吸附孔在所述前盖板支撑部、后盖板支撑部和叶片支撑部上呈均匀分布，所述包覆层吸附孔的直径为50-80mm，且所述包覆层吸附孔的间距为孔径的1-2倍，过小的尺寸会减弱复合材料在成型过程中的流动性，过大的尺寸会减弱金属骨架的强度。

所述全金属骨架上的各支撑部的结合处均采用为圆角过渡，圆角过渡的设计是为了消除碳化硅陶瓷在成型过程中的应力集中，避免在内部出现开裂、缩松等缺陷。其中所述叶片支撑部与前盖板支撑部、后盖板支撑部的结合处的圆角为r15-r30。

所述前盖板支撑部和后盖板支撑部的外沿直径尺寸相同，用以提高金属骨架的整体强度。

所述后盖板支撑部的外沿为均匀分布的波浪形结构，用于增加碳化硅陶瓷包覆层与全金属骨架的结合面积，提高陶瓷叶轮的整体强度，并避免陶瓷叶轮在高速转动时碳化硅陶瓷包覆层与全金属骨架之间出现相对滑移。

所述全金属骨架选用球墨铸铁材料、不锈钢材料或碳钢材料加工而成的铸造件。

所述碳化硅陶瓷包覆层的厚度为6-20mm。

有益效果

本发明的制作方法可靠性高，确保了碳化硅陶瓷包覆层的有效应用，保证了叶轮的耐腐蚀和耐磨损性能，提高了叶轮的使用寿命。解决了传统陶瓷叶轮存在的内部缺陷多、与金属骨架结合能力差、整体强度低、抗冲击性能弱等问题。采用该成型工艺生产的陶瓷叶轮无需二次加工，降低了制造成本，提高了生产效率。

附图说明

图1为传统陶瓷叶轮的结构示意图；

图2为本发明制作方法得到陶瓷叶轮的结构示意图；

图3为本发明制作方法得到陶瓷叶轮的轮毂装配结构图；

图4为本发明制作方法中全金属骨架的结构图；

其中：1-碳化硅陶瓷包覆层；2-全金属骨架；21-环形定位凹槽；3-叶轮封盖；4-机封短套。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的内容作进一步的说明：

实施例

本发明的一种内置全金属骨架2陶瓷叶轮的制作方法，具体制作步骤如下：

1)加工全金属骨架2，所述全金属骨架2包括前盖板支撑部、后盖板支撑部、同时连接所述前盖板支撑部和后盖板支撑部的叶片支撑部，以及设置在后盖板支撑部中部的轮毂支撑部；所述前盖板支撑部、后盖板支撑部和叶片支撑部上开有包覆层吸附孔；图4为全金属骨架的结构图；

2)采用抛丸喷砂工艺对全金属骨架2除轮毂支撑部内孔的所有表面进行表面粗糙处理，并清除存在的毛刺和尖角，使处理后的表面粗糙度一般要求达到sa2.5或sa3级；喷砂采用粒度为0.5-1.5mm的石英砂，金属骨架表面上的油渍和锈迹可以被完全清理，但有一定的粗糙度可以提高内衬层的附着力；

3)对全金属骨架2除轮毂支撑部内孔的所有表面再次进行油渍处理和防锈处理；

4)将全金属骨架2定位在浇铸模具中，随模具一起在抽真空环境下加热至110℃，并进行保温，直至全金属骨架2上的水份烘干；

5)在抽真空环境下，加热并搅拌碳化硅陶瓷材料，使碳化硅陶瓷材料中的酚醛树脂熔化；

6)将加热并搅拌后的碳化硅陶瓷材料加压注入浇铸模具中，使所述前盖板支撑部、后盖板支撑部和叶片支撑部的内侧及外侧表面均包覆有碳化硅陶瓷包覆层1，所述轮毂支撑部的外侧面包覆有碳化硅陶瓷包覆层1；

7)浇铸完成后，自然冷却至室温，并对陶瓷叶轮的冒口部分进行打磨清除，得到陶瓷叶轮，如图2所示。

所述轮毂支撑部的外侧面加工有环形定位凹槽21，且所述环形定位凹槽21的内侧宽度大于外侧宽度，这样设计可以提高碳化硅陶瓷包覆层1与所述轮毂支撑部的轴向结合能力。

所述轮毂支撑部两个轴向端部的外沿均包覆有碳化硅陶瓷包覆层1，在陶瓷叶轮与泵轴装配时，可以将所述轮毂支撑部两个轴向端部分别被叶轮封盖3和机封短套4遮挡，并通过密封圈密封，确保所述轮毂支撑部不会接触到介质，提高陶瓷叶轮的耐腐蚀和耐磨损性能，图3为本发明陶瓷叶轮中轮毂装配结构图。

所述轮毂支撑部的外侧面的碳化硅陶瓷包覆层1为向后收敛的锥面，该锥面角度为15°；

所述包覆层吸附孔在所述前盖板支撑部、后盖板支撑部和叶片支撑部上呈均匀分布，所述包覆层吸附孔的直径为60mm，且所述包覆层吸附孔的间距为60mm。

所述全金属骨架2上的各支撑部的结合处均采用为圆角过渡，其中所述叶片支撑部与前盖板支撑部、后盖板支撑部的结合处的圆角为r20。

所述前盖板支撑部和后盖板支撑部的外沿直径尺寸相同。

所述后盖板支撑部的外沿为均匀分布的波浪形结构。

所述全金属骨架2选用球墨铸铁材料加工而成的铸造件。

所述碳化硅陶瓷包覆层1的厚度为10mm。