专利名称：一种微冶金制备耐高温复合衬板的方法
技术领域：
本发明属于机械加工工艺领域，具体说是涉及一种微冶金制备耐高温复合衬板的方法。
背景技术：
随着现代工业的发展，工作温度大于800°，小于1200°的高温生产环境越来越多，冶金高炉系统、烧结系统，焦化生产中的焦炉系统，石化中的炼化系统等，对工作在这种工况条件下的衬板提出了更高要求。高温环境下工作衬板的选用直接影响到企业生产的安全运行和生产成本。目前国内主要的钢铁企业、焦化企业、石化企业中，工作温度大于800°，小于1200°的耐高温衬板需求量很大，这些衬板选用的材料均为单质材料，主要有ZG35Cr24Ni7、lCrl8Ni9Ti、耐热不锈钢20X23H18等。整体不锈钢材质的衬板成本高，高温硬度低，特别是耐高温磨损性能·差，导致衬板的使用寿命低，增加了更换次数，影响企业连续生产，提高了企业成本。近年来，针对高温环境下工作的高温衬板寿命低、成本高的问题，国内外开展了很多研究工作，但主要集中于单一材质的研究方面。由于单一材质在强度、硬度、耐高温、抗磨损及抗氧化性等方面性能不可能兼顾，无法满足现场工况条件下长时间连续生产的要求。综合现有材料进行研究，发现满足上述要求的高温衬板仅仅选择单一材质材料很难实现。本发明提供一种采用微冶金技术制备耐高温复合衬板，很好地满足了现场高温生产环境对衬板的长寿命、低成本要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种微冶金制备高温复合衬板的方法。采用高温复合衬板，完全能够满足高温磨损工况，并且具有良好的抗氧化性能、耐激冷激热性能、易于加工性能等，且价格低廉。为实现上述目的，本发明的一种微冶金制备高温复合衬板的方法，其方法步骤包括
1、对金属基材表面进行锈蚀、油污、氧化皮杂质清除预处理；
2、根据金属基材和工况要求，配制金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末，其中各合金粉末成分的质量百分比为=C O. 35-0. 45%, Cr 1-2%, Ni 1-5%, Al 5_15%，余量为Fe进行混合;
3、将混合后的合金粉末与乳白胶按重量比为151混合搅拌，搅拌混合后的合金粉末具有一定粘度且无结块，然后将混合后的合金粉末均匀涂刷在金属基材的表面，预涂层厚度为O. 3^0. 45_，干燥后将合金粉末层涂墨汁，再进行干燥；
4、利用半导体激光器输出的高能量密度光束，使得涂刷混合后的合金粉末与金属基材表面发生快速微冶金反应，利用半导体激光光束的移动，在金属基材表面获得O. 2^0. 35mm厚度的耐高温金属陶瓷层，其工艺参数为半导体激光器功率P = 10(T900W，矩形光斑2X8mm,搭接率5%,扫描速度V = 60 90mm/min。
在本发明中，所述合金粉末的粒度为5(Γ80目。在本发明中，合金粉末采用行星式球磨混粉器混合研磨均匀。在本发明中，金属基材可以是铸钢、冷热轧钢板，要求金属基材耐热工作温度达到800°以上。本发明的所涉及的微冶金化设备为半导体激光器。本发明在半导体激光器输出的矩形高能量光束作用下，预涂的合金粉末与金属基材表面金属在2X8mm区域内局部发生快速微冶金反应，在周围常温金属基材冷却作用下，获得了晶粒细小、组织致密的带有金属陶瓷颗粒增强相的冶金结合层；并且，随着半导体激光光束的移动，在金属基材表面获得了均匀一致的金属陶瓷层。最终，通过微冶金工艺在金属基材表面制备了耐高温金属陶瓷层，获得了耐高温的复合衬板。该复合衬板具有了优秀 的高硬度、抗氧化、耐高温、耐磨损等特性，同时以铸钢和冷热轧钢板为复合衬板基材，保证了复合衬板具有良好的高温抗冲击能力，能最大限度地发挥材料性能潜力。另外，金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末采用行星式球磨混粉器混合研磨均匀。由于所用金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末的熔点高，通过传统工艺手段难以将它与其他金属材料形成冶金结合，通过微冶金技术，利用半导体激光光束集中高能量，使得金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末与基材表面金属发生微冶金反应，制得复合衬板。这种复合衬板具有优良的性能，表面的颗粒增强型陶瓷层熔点高，可以在1400°C以下的高温环境下工作，并且具有优良的高温耐磨损性能和抗氧化性能，其硬度为50HRC，适合于800°以上高温磨损恶劣工况。此外，通过微冶金技术在金属基材表面制备的冶金结合层中弥散分布着大量氧化物和碳化物陶瓷硬质相，具有理想的抗高温磨粒磨损及硬面磨损性能；同时，金属陶瓷层的抗氧化性能优秀，金属基陶瓷层在高温下容易形成钝化膜，不但保护了金属陶瓷层，还保护了基材金属。由于金属陶瓷层的绝热性好，可以起到热障层作用，性能稳定。复合衬板的加工性能良好，可以满足不同尺寸和形状要求。而且，微冶金制备复合衬板技术还具有再制造的能力，将在高温工况下使用磨损后的复合衬板回收，对表面进行预处理后，可以微冶金技术再次实现强化，实现了复合衬板再制造，明显降低了企业成本。本发明因采用微冶金技术工艺在铸钢、冷热轧钢板表面制备O. 3 O. 4_金属陶瓷层，由此制得的复合衬板比较传统的lCrl8Ni9Ti不锈钢衬板、ZG35Cr24Ni7SiN具有更好的耐高温磨损、抗氧化性能，成本低，并具有良好的加工性能。
具体实施例方式下面将结合实施实例对本发明进一步说明。实施例I
首先采用喷砂方法清除热轧钢板lCrl3金属基材表面的锈蚀、油污、氧化皮杂质，根据金属基材的特点和工况要求，配制金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末，其中各合金粉末成分的质量百分比为C O. 35%, Cr 1.5%，Ni 4%，Al 6%，余量为Fe，粒度为60目，采用行星式球磨混粉器混合2小时，得到研磨均匀的混合合金粉末，将混合后的合金粉末与乳白胶混合，然后将混合后的合金粉末均匀涂刷在待微冶金处理基材的表面，预涂层厚度为O. 45mm,自然干燥后用黑墨汁将预涂层涂黑，再进行干燥处理，利用半导体激光光束高密度能量，完成合金粉末与基材表面金属的快速微冶金反应，在金属基材表面获得与基材呈冶金结合的O. 35mm厚度的耐高温金属陶瓷层，半导体激光功率P = 500W，矩形光斑2 X 8mm，搭接率5%，扫描速度V = 75mm/min。所制备的耐高温复合衬板，表面陶瓷层光滑、无裂纹。实施例2
首先采用喷砂方法清除热轧钢板2Crl3金属基材表面的锈蚀、油污、氧化皮杂质，根据金属基材的特点和工况要求，配制金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末，其中各合金粉末成分的质量百分比为=C O. 4%,Cr 2%,Ni 4%,Al 6%，余量为Fe，粒度为80目，采用行星式球磨混粉器混合I. 5小时，得到研磨均匀的混合合金粉末，将混合后的合金粉末与乳白胶混合，然后将混合后的合金粉末均匀涂刷在待微冶金处理基材的表面，预涂层厚度为O. 4mm,自然干燥后用黑墨汁将预涂层涂黑，再进行干燥，利用半导体激光光束高密度能量，完成合金粉末与基材表面金属的快速微冶金反应，在金属基材表面获得与基材呈冶金结合的O. 3mm厚度的耐高温金属陶瓷层，半导体激光功率P = 700W，矩形光斑2X8mm，搭接率5%，扫描速度V=85mm/min。所制备的耐高温复合衬板，表面陶瓷层光滑、无裂纹。 实施例3
首先采用喷砂方法清除热轧钢板2Crl3金属基材表面的锈蚀、油污、氧化皮杂质，根据金属基材的特点和工况要求，配制金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末，其中各合金粉末成分的质量百分比为C O. 35%, Cr 1%, Ni 1%，Al 5%，余量为Fe，粒度为80目，采用行星式球磨混粉器混合I. 5小时，得到研磨均匀的混合合金粉末，将混合后的合金粉末与乳白胶混合，然后将混合后的合金粉末均匀涂刷在待微冶金处理基材的表面，预涂层厚度为O. 3mm,自然干燥后用黑墨汁将预涂层涂黑，再进行干燥，利用半导体激光光束高密度能量，完成合金粉末与基材表面金属实的快速微冶金反应，在金属基材表面获得与基材呈冶金结合的O. 2mm厚度的耐高温金属陶瓷层，半导体激光功率P = 100W,矩形光斑2 X 8mm,搭接率5%，扫描速度V = 60mm/min。所制备的耐高温复合衬板，表面陶瓷层光滑、无裂纹。实施例4
首先采用喷砂方法清除热轧钢板lCrl3金属基材表面的锈蚀、油污、氧化皮等质，根据金属基材的特点和工况要求，配制金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末，其中各合金粉末成分的质量百分比为=C O. 45%, Cr 2%,Ni 5%，A115%，余量为Fe，粒度为50目，采用行星式球磨混粉器混合3小时，得到研磨均匀的混合合金粉末，将混合后的合金粉末与乳白胶混合，然后将混合后的合金粉末均匀涂刷在待微冶金处理基材的表面，预涂层厚度为O. 45mm,自然干燥后用黑墨汁将预涂层涂黑，再进行干燥，利用半导体激光光束高密度能量，完成合金粉末与基材表面金属实的快速微冶金反应，在金属基材表面获得与基材呈冶金结合的O. 35mm厚度的耐高温金属陶瓷层，半导体激光功率P = 800W,矩形光斑2 X 8mm,搭接率5%，扫描速度V = 90mm/min。所制备的耐高温复合衬板，表面陶瓷层光滑、无裂纹。实施例5
首先采用喷丸方法清除ZGlCrl3金属基材表面的锈蚀、氧化皮杂质，根据金属基材的特点和工况要求，配制金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末，其中各合金粉末成分的质量百分比为C 0.4%，Cr 2%, Ni 5%，Al 7%，余量为Fe，粒度为60目，采用行星式球磨混粉器混合2小时，得到研磨均匀的混合合金粉末，将混合后的合金粉末与乳白胶混合，然后将混合后的合金粉末均匀涂刷在待微冶金处理基材的表面，预涂层厚度为O. 45mm,自然干燥后用黑墨汁将预涂层涂黑，再进行干燥，利用半导体激光光束高密度能量，完成金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末与基材表面金属实的快速微冶金反应，在金属基材表面获得与基材呈冶金结合的O. 35mm厚度的耐高温金属陶瓷层，半导体激光功率P = 500W，矩形光斑2 X 8mm，搭接率5%，扫描速度V = 75mm/min。所制备的耐高温复合衬板，表面陶瓷层光滑、无裂纹。实施例6
首先采用喷丸方法清除ZG2Crl3金属基材表面的锈蚀、油污、氧化皮杂质，根据金属基材的特点和工况要求，配制金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末，中各合金粉末成分的质量百分比为C 0.4%，Cr 2%，Ni 4%，Al 6%，余量为Fe，粒度为80目，采用行星式球磨混粉器混合I. 5小时，得到研磨均匀的混合合金粉末，将混合后的合金粉末与乳白胶混合，然后将混合后的合金粉末均匀涂刷在待微冶金处理基材的表面，预涂层厚度为O. 4mm,自然干燥后用黑墨汁将预涂层涂黑，再进行干燥，利用半导体激光光束高密度能量，完成金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末与基材表面金属实的快速微冶金反应，在金属基材表面获得与基材呈冶金结合的O. 3mm厚度的耐高温金属陶瓷层，半导体激光功率P = 400W，矩形光斑2 X 8mm，搭接率5%，扫描速度V = 65mm/min。所制备的耐高温复合衬板，表面陶瓷层光滑、无裂纹。 实施例7
首先采用喷砂方法清除钢板lCrl8Ni9Ti金属基材表面的锈蚀、油污、氧化皮杂质，根据金属基材的特点和工况要求，配制金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末，其中各合金粉末成分的质量百分比为C O. 35%, Cr 1%, Ni 1%，Al 5%，余量为Fe，粒度为80目，采用行星式球磨混粉器混合I. 5小时，得到研磨均匀的混合合金粉末，将混合后的合金粉末与乳白胶混合，然后将混合后的合金粉末均匀涂刷在待微冶金处理基材的表面，预涂层厚度为O. 4mm,自然干燥后用黑墨汁将预涂层涂黑，再进行干燥，利用半导体激光光束高密度能量，完成金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末与基材表面金属实的快速微冶金反应，在金属基材表面获得与基材呈冶金结合的O. 3mm厚度的耐高温金属陶瓷层，半导体激光功率P = 800W，矩形光斑2父8_，搭接率5%，扫描速度￥ = 90mm/min。所制备的耐高温复合衬板，表面陶瓷层光滑、无裂纹。实施例8
首先采用喷砂方法清除钢板316L金属基材表面的锈蚀、油污、氧化皮杂质，根据金属基材的特点和工况要求，配制的金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末，其中各合金粉末成分的质量百分比为=C O. 4%, Cr I. 5%,Ni 3%, Al 6%，余量为Fe，粒度为70目，采用行星式球磨混粉器混合2. 5小时，得到研磨均匀的混合合金粉末，将混合后的合金粉末与乳白胶混合，然后将混合后的合金粉末均匀地涂刷在待微冶金处理基材的表面，预涂层厚度为O. 45mm,自然干燥后用黑墨汁将预涂层涂黑，再进行干燥，利用半导体激光光束高密度能量，完成金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末与基材表面金属实的快速微冶金反应，在金属基材表面获得与基材呈冶金结合的O. 35mm厚度的耐高温金属陶瓷层，半导体激光功率P = 900W，矩形光斑2父8_，搭接率5%，扫描速度￥ = 85mm/min。所制备的耐高温复合衬板，表面陶瓷层光滑、无裂纹。
权利要求
1.一种微冶金制备耐高温复合衬板的方法，其方法步骤包括 (1)对金属基材表面进行锈蚀、油污、氧化皮杂质清除预处理； (2)根据金属基材和工况要求，配制金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末，其中各合金粉末成分的质量百分比为=C O. 35-0. 45%，Cr 1-2%, Ni 1-5%, Al 5_15%，余量为Fe进行混合； (3)将混合后的合金粉末与乳白胶按重量比为151混合搅拌，搅拌混合后的合金粉末具有一定粘度且无结块，然后将混合后的合金粉末均匀涂刷在金属基材的表面，预涂层厚度为O. 3^0. 45_，干燥后将合金粉末层涂墨汁，再进行干燥； (4)利用半导体激光器输出的高能量密度光束，使得涂刷混合后的合金粉末与金属基材表面发生快速微冶金反应，利用半导体激光光束的移动，在金属基材表面获得O.2^0. 35mm厚度的耐高温金属陶瓷层，其工艺参数为半导体激光器功率P = 10(T900W，矩形光斑2X8mm,搭接率5%,扫描速度V = 60 90mm/min。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述合金粉末的粒度为5(Γ80目。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，合金粉末采用行星式球磨混粉器混合研磨均匀。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，金属基材可以是铸钢、冷热轧钢板，要求金属基材耐热工作温度达到800°以上。
全文摘要
本发明公开了一种微冶金制备耐高温复合衬板的方法，其方法步骤包括清除金属基材表面的锈蚀、油污、氧化皮杂质，根据金属基材和工况要求，配制金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末进行混合，将混合后的合金粉末与乳白胶混合，然后将混合好的合金粉末均匀涂刷在金属基材的表面，干燥后用黑墨汁将合金粉末层涂黑，再干燥，通过半导体激光光束高密度能量，使得金属基陶瓷颗粒增强型合金粉末与基材表面金属实现了快速微冶金反应，在金属基材表面获得与基材呈冶金结合的0.2～0.35mm厚度的耐高温金属陶瓷层。本发明的耐高温复合衬板，具有成本低，质量稳定，适合大规模生产，可满足现场高温磨损特殊工况的需要，有效提高了衬板使用寿命。
文档编号C23C24/10GK102909380SQ20121038923
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月15日 优先权日2012年10月15日
发明者赵明鹰 申请人:秦皇岛格瑞得节能技术服务有限公司