专利名称：一种新型耐磨材料及其在造纸磨浆机中的应用的制作方法
技术领域：
本申请涉及一种新型耐磨材料及表面制造工艺技术，并将该技术 应用于纸浆磨盘生产制造中。
背景技术：
造纸机械中最重要的机械就是磨浆机，而磨浆机中磨盘寿命的高 低又决定着整个造纸生产线运行状态、生产效率、企业利润和产品质 量。目前极低的磨盘寿命根本无法满足我国造纸工业蓬勃发展的需 求，成为造纸工业技术提高的瓶颈。当前国外使用的磨盘材料主要有 沉淀硬化不锈钢、高铬合金等。他们的磨盘使用寿命都远高于国产磨 盘使用寿命。
尽管多年来我国在耐磨材料研究领域取得很大进展，开发出 一 系 列新型耐磨材料，但至今没有一种材料适合磨浆机磨盘的特殊工作状 态。即使是采用与国外相同化学成分的材料，由于其铸造和后续热处 理技术不过关，根本无法达到进口磨盘的使用效果，目前的平均寿命
仅在60 - 70天，个别型号的磨盘甚至出现几天就需更换一套的现 象。过低的磨盘寿命极大的影响了纸浆生产线的运行。
由于纸浆磨盘独特的摩擦付(同样硬度的钢与钢摩擦)使其与其他 工况条件下磨损零件在选材、用材和制造技术上存在巨大差异。提高 磨浆机磨盘使用寿命的技术关键在于解决相同硬度摩擦付的材料硬 度选择和耐磨性能、材料强韧性能及抗腐蚀性能的最佳配合。由于高 合金耐磨材料价格昂贵，整体制造磨盘成本很高，且磨盘使用时真正 工作的部位只有磨齿， 一旦磨齿磨损完以后，整个磨盘就要报废，造 成极大浪费。但如果采用特种复合材料加工方法，在普通材料的母体
上熔覆一层耐磨性极佳的特殊合金，使磨盘基体保持良好的韧性，而 磨齿刃口获得高耐磨性，最终达到大幅度提高磨盘使用寿命的目的。 本发明的正是基于这样 一 个原因和思路，对高速旋压状态下的耐磨材 料新技术进行研究，开发出新型的耐磨材料及表面制造工艺技术，并 将该技术应用于纸浆磨盘生产制造中。
由于纸浆磨盘独特的摩擦付(同样硬度的钢与钢摩擦)使其与其他 工况条件下磨损零件在选材、用材和制造技术上存在巨大差异，提高 磨浆机磨盘使用寿命的技术关键在于解决相同硬度摩擦付的材料硬 度选择和耐磨性能、材料强韧性能及抗腐蚀性能的最佳配合。又由于 高合金耐磨材料价格昂贵，整体制造磨盘成本很高，且磨盘使用时真 正工作的部位只有磨齿， 一旦磨齿磨损完以后，整个磨盘就要报废， 造成极大浪费。所以只要采用特种复合材料加工方法，在普通材料的 母体上熔焊一层耐磨性极佳的特殊合金，通过这样的方法获得韧性良 好的基体和耐磨性高的刃口 ，就能达到提高磨盘使用寿命的目的。
在普通材料的母体上熔焊一层耐磨性极佳的特殊合金，目前所用
的方法主要有:等离子喷焊和喷涂法、氧乙炔火焰喷焊法、自蔓延燃 烧合成法、真空钎焊法和固态焊法。对以上各种方法综合考虑，虽然 优点各不相同，但是各种缺点却比较明显，比如热喷涂涂层与基体的 结合强度不高；热喷焊的高温可能对基体表面产生破坏；自蔓延技术在 生产过程中难以控制;钎焊的钎料在焊接过程中呈液态，容易溢流；固 态焊的加压在磨齿的焊接中难以实现等。至于传统的堆焊过程中基体 受热不均，温度场梯度大，容易引起较大焊接残余应力和变形，焊后 机加工量大;硬质合金镶块法工艺复杂，涂层使用寿命短等等。我们 需要的是焊料在焊接过程中不需要外加压力，本身不溢流，并且连接 强度好的工艺方法。因此，本发明使用了真空半固态熔覆法。这种方 法通过在真空环境中、高温条件下在磨齿一侧熔覆上一层处于半固态 状态的耐磨材料，使得这层耐磨材料与磨齿在工作中达到同时均匀的 磨损。这样，磨齿不但能避免因本身的硬度低和耐磨性不高而很快磨 损，还避免了工作中因常呈现的波浪式磨损而带来的磨盘寿命的降低，同时也大大降低了在高速旋压状态一下崩齿的机会。
发明内容
本发明的发明点在于找到满足需要的合适的熔覆材料。而解决的 主要问题就是熔覆工艺的确定。找到一个合适的温度、升温速率、保 温时间等。在这个工艺条件下熔覆材料能在焊接过程中保持半固态状 态。因为根据磨盘自身的条件，熔覆材料焊接前必须制成一个与磨齿 截面形状相似的"金属布"粘在磨齿一侧，在高温时，为防止熔覆料
在重力作用下及流动性的原因溢流现象严重，熔覆料除了与磨齿材料 之间润湿性好，有较强的吸附力外，必须保持半固态状态。另外，热 处理工艺在本研究中有很重要的地位。因为单靠熔覆层良好的耐磨性 还不能大幅度的提高磨浆机的磨齿寿命，磨齿本身也要通过热处理工
艺改善它的组织结构从而提高它的韧性和耐磨性；还有最重要的原 因，受膨胀率的影响，热处理过程中的淬火工艺会带来熔覆层的开 裂，所以选用的熔覆材料连接温度必须要满足后续热处理工艺能够顺 利进行。
熔覆层成分设计
为实现本申请的发明目的，首先要做工作是确定熔覆层材料的化 学成分。
熔覆层必须满足的特性.如下:(l)良好的耐磨性、耐腐蚀性，(2)焊 层与基体良好的润湿性，(3)焊层与基体相似的物理性能(主要指膨胀 率)。
本试验的熔覆层材料将以镍基合金为主。
具体制备方法NiX熔覆用自熔合金(60wt。/。)，普通WC (碳化钨) 粉末(40wt。/。)，均为北京矿冶总院产品；另加入Nb、 Co和V粉末，使 得最终混合物中各自含量为Nb: 0. Ol—O. lwt%， Co: 0. Ol—O. 8wt%， V: 0. 01—0. 05wt%。
基体选用沉淀石更4匕不锈钢，加工成IO mmX10mmX15mm。
试验工艺流程 l.清洗对基体表面进行少许打磨，然后用乙醇进行超声波清洗，
使得表面无污物和氧化物存在；
2J己料把实验所用的粉末用大分子易挥发粘性有机物混合在一 起，制成具有良好韧性的金属条，贴附于基体表面。
3. 烘干放在干燥炉中把有机物挥发若干。
4. 熔覆把试样放入真空炉中进行熔覆。
其中，最重要的步骤就是真空熔覆。它涉及到了熔覆温度、保温 时间、升降温速率、真空度等因素。只有在各个影响因素均达到最佳 值，才能保证熔覆层与基体连接处达到较高的连接强度，同时能最大 量的减少熔覆过程中发生的流溢。
根据正交实验分析结果，确定熔覆工艺参数如下1100-1300 °C左 右保持0.5-1.5个小时，目的为完全消除有机物残留物的影响;温度升 到1300-1500。C左右，保温一段时间使试样受热均匀；降溫时，在 800-1000。C前，采用自控緩慢降温，细化熔覆材料颗粒,之后随炉冷 却。
具体实施例
下面通过具体实施例对本发明作进 一 步的说明。 (一)熔覆工艺
1. 清洗对基体表面进行少许打磨，然后用乙醇进行超声波清洗， 使得表面无污物和氧化物存在，基体选用沉淀硬化不锈钢。
2. 配料把实验所用的粉末用甘油混合在一起，制成具有良好韧性 的金属条，贴附于基体表面。具体配方NiX熔覆用自熔合金 (60wt%)，普通WC (碳化钨)粉末M0wt。/。)，均为北京矿冶总院产品； 另加入Nb、 Co和V粉末，使得最终混合物中各自含量为Nb: 0.01— 0. lwt%, Co: 0. Ol—O. 8wt%, V: 0. 01—0. 05wt%。
3. 烘干放在干燥炉中挥发甘油。
4. 熔覆把试样放入真空炉中进行熔覆。具体熔覆工艺参数如 下1200。C左右保持1个小时，致完全消除有机物残留物;温度升到
120(TC左右，保温一段时间使试样受热均匀；降温时，在900。C前， 采用自控緩慢降温，细化熔覆材料颗粒，之后随炉冷却。
(二)熔覆层耐磨性能的评估
熔覆后，在常温干磨损试验机上进行干磨损，对磨环选用调制处 理过的45#钢;在同样条件下，添加10%弱酸介质进行腐蚀磨损试验， 其结果见下表。对比材料选自进口高铬合金。(1Crl8Ni9Ti太钢集团 高铬18系)_
进口高铬合金本发明使用的合金
干磨损量(mg)12.846.81
腐蚀磨损量(mg)18.59.3
硬度(HRC)6364
评估结论本发明使用的合金在耐磨性能上显著优于进口高铬合金。
在本发明中一些特定的实施方案已经被描述和阐明，本领域普通技术 人员可以理解的是在本发明的精神和范围之内可进行对试验的各种改 变、变化、修饰、取乂氏、去除或添加。因此，这意p未着本发明可以以下列 的权利要求来定义和这些权利要求以尽可能宽的合理解释。
权利要求
1一种具有高耐磨性的熔覆涂层材料，其特征为在由NiX熔覆用自熔合金(60wt％)，普通碳化钨粉末(40wt％)组成的混合粉末基础上另加入Nb、Co和V粉末，使得最终混合物中各自含量为Nb0.01-0.1wt％，Co0.01-0.8wt％，V0.01-0.05wt％。
2 —种在不锈钢表面熔覆如权利要求1所述材一+的方法，其包含以 下步骤(1) 清洗:对基体表面进行少许打磨，然后用乙醇进行超声波清 洗，使得表面无污物和氧化物存在，基体选用沉淀硬化不锈钢；(2) 配料:把实验所用的粉末用甘油混合在一起，制成具有良好韧 性的金属条，贴附于基体表面;粉末具体组分和比例为在由NiX熔 覆用自熔合金(60wt。/。)，普通碳化钨粉末(40wt。/。)组成的混合粉末基础 上另加入Nb、 Co和V粉末，使得最终混合物中各自含量为Nb: 0. 01—0. lwt%, Co: 0. 01—0. 8wt%， V: 0. 01—0. 05wt%;C3)烘千:放在干燥炉中挥发甘油；(4)熔覆把试样放入真空炉中进行熔覆，具体熔覆工艺参数如 下1200。C左右保持1个小时，致完全消除有机物残留物;温度升到 1200。C左右，保温一段时间使试样受热均匀；降温时，在900。C前，采 用自控緩慢降温，细化熔覆材料颗粒，之后随炉冷却。3如权利要求1所述的合金在在造纸磨浆机中的应用。
全文摘要
本申请公开了一种新型耐磨材料及表面制造工艺技术，并将该技术应用于纸浆磨盘生产制造中。
文档编号C23C24/00GK101168845SQ20071019523
公开日2008年4月30日 申请日期2007年12月5日 优先权日2007年12月5日
发明者王淼辉, 田立志, 褚作明 申请人:山东晨钟机械股份有限公司;机械科学研究总院先进制造技术研究中心