本发明涉及耐磨材料技术领域，尤其涉及一种球磨机用镀层耐磨球及其制备方法。
背景技术：
球磨机是水泥、电力、选矿、建材等行业中广泛应用的粉磨设备，耐磨球作为球磨机中的粉碎介质，用于粉碎球磨机中的物料，其广泛用于水泥、电力、选矿、建材等行业。近年来，随着我国工业的迅速发展，耐磨球的消耗量很大。因此改善耐磨球性能，降低耐磨球磨耗，提高其使用寿命，将会产生很大的经济效益。
技术实现要素：
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种球磨机用镀层耐磨球及其制备方法，该耐磨球镀上两层熔覆层，具有强度高、硬度大、抗氧化性与耐腐蚀性好、磨耗低、使用寿命长等优点。
本发明提出了一种球磨机用镀层耐磨球，包括熔覆层与耐磨球基体，耐磨球基体其原料按质量分数包括以下成分：C：0.5～1.1％、Si：0.5～0.8％、Mn：1.2～1.6％、Cr：10.5～13％、Ni：0.65～0.95％、Cu：0.4～0.6％、Al：0.2～0.6％、Mg：0.1～0.3％、B：0.3～0.5％、Ti：0.2～0.45％、Zr：0.05～0.15％、Nb：0.02～0.045％、Mo：0.4～0.7％、V：0.05～0.15％、Sc：0.02～0.05％、P≤0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质。
本发明还提出了一种球磨机用镀层耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
S1、将废钢、锰铁合金置于中频感应炉中进行熔炼，再加入稀土合金、生铁、铬铁合金、钒铁合金和钨铁合金，经脱氧、扒渣、浇注，得到耐磨球坯体；
S2、将耐磨球坯体淬火处理，然后空冷至室温后进行低温回火得到耐磨球基体；
S3、将耐磨球基体经等离子熔覆、激光熔覆后得到初级耐磨球；
S4、将初级耐磨球经低温回火后得到所述球磨机用镀层耐磨球。
优选地，在S1中，具体步骤如下：将废钢、锰铁合金、铬铁合金和硼铁合金置于中频感应炉中进行熔炼，升温至1460～1490℃，保温20～35min，再加入稀土合金、生铁、钒铁合金和钨铁合金，升温至1520～1550℃，保温30～45min，经脱氧、扒渣、浇注，得到耐磨球坯体。
优选地，在S3中，具体步骤如下：将等离子熔覆粉末与粘结剂混合均匀后制成膏状，然后涂覆在经打磨清洗后的耐磨球基体表面，在150～180℃下烘干，放入等离子装置中进行等离子熔覆；所述等离子熔覆工艺参数具体如下：离子气体流量为2～3L/min，保护气体为氩气且氩气流量为6.5～7.5L/min，转移弧电压为30～35V，转移电流为80～100A，喷距为13～16mm，功率为1.3～1.6KW，扫描速度为5.5～7mm/s，等离子弧光斑直径为1.5～3mm，等离子熔覆层厚度为1.2～1.8mm；然后用激光熔覆技术将Ni基合金混合粉末熔覆在S3等离子熔覆后的耐磨球基体上，得到初级耐磨球；所述激光熔覆技术工艺参数为：同步送粉，单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为2.1～2.7mm，扫描速度为5.2～6mm/s，功率为1.22～1.32KW，激光熔覆层厚度为1.2～1.8mm。
优选地，在S3中，激光熔覆过程采用同步送粉法。
优选地，在S3中，等离子熔覆粉末的粒径为50～200nm，其按质量分数包括以下成分：Ni：10～13.5％、Cr：15.5～19.5％、Mn：2.2～5％、W：0.8～1.5％、Co：4～9％、B：1.2～2.5％，其余为Fe及不可避免的杂质。
优选地，在S3中，Ni基合金混合粉末由Ni基合金粉末与陶瓷粉末组成，其中，陶瓷粉末重量占Ni基合金混合粉末总重量的10.5～13％。
优选地，Ni基合金粉末粒径为120～200nm，其按质量分数包括以下成分：C：1.2～1.8％、Cr：15～18％、Mo：0.8～1.5％、Fe：5～9％、Y：0.08～0.15％、B：1.2～2.3％、Mn：3.5～5.2％、Si：0.3～1％、Sc：0.02～0.08％，其余为Ni及不可避免的杂质。
优选地，陶瓷粉末粒径为60～100nm，其按重量份包括以下组分：10～20份BN、10～20份TiN、25～35份WC、15～25份Cr3C2、10～20份B2O3、10-20份NiO、15～25份Al2O3。
优选地，在S4中，具体步骤如下：将初级耐磨球升温至150～180℃，保温20～30min，升温至210～250℃，保温30～45min，升温至290～340℃，保温40～60min，升温至380～420℃，保温60～90min，升温至450～500℃，保温120～200min，空冷至室温得到球磨机用镀层耐磨球。
本发明通过加入废钢、锰铁合金、铬铁合金和硼铁合金，为耐磨球具备良好的硬度、强度、韧性等力学性能奠定了基础，稀土合金、生铁、钒铁合金和钨铁合金配合，细化组织晶粒，对耐磨球应力集中具有缓冲作用，提高耐磨球冲击韧性、抗蠕变性及耐磨性能，在制备过程中，对耐磨球坯体进行热处理，然后在耐磨球基体表面进行等离子熔覆和激光熔覆，等离子熔覆层选用Fe基合金粉末作为过渡层，其中，Ni、Cr、Mn、W、Co、B配合，提高耐磨球基体表层的强度、硬度与冲击韧性，由于与耐磨球基体同是以Fe、Cr为主要元素，在等离子熔覆时两者进行冶金结合，具有良好的结合强度，通过合理选择等离子熔覆工艺参数，使等离子熔覆层中组织晶粒细化，与耐磨球基体达到良好的冶金结合，激光熔覆过程中选用Ni基合金混合粉末，包括Ni基合金粉末和陶瓷粉末，其中，Ni基合金粉末中的Ni、Sc、Si、Y配合，使激光熔覆层具有优异的耐腐蚀性与抗氧化性，Cr、W、B与C配合形成微小的碳化物，提高激光熔覆层的硬度、韧性与耐磨性，同时等离子熔覆层与Ni基合金混合粉末中的Ni基合金粉末生成Fe-B-Sc相、Fe-Co-Y相、Fe-Ni-Y相、Fe-Si-Sc相，提高两涂层之间的结合强度，Ni基合金混合粉末中的陶瓷粉末为纳米陶瓷粉末，陶瓷粉末中BN、TiN、WC、Cr3C2、B2O3、NiO、Al2O3彼此配合，消除了熔覆层中合金粉末本身的枝晶紊乱形态，整个熔覆层为致密细小的等轴晶结构，通过弥散强化、固溶强化以及激光快速加热快速冷却造成的晶粒细化等因素，使熔覆层的组织形态明显改变，显著提高耐磨球的硬度、耐高温性能、耐腐蚀性能、抗氧化性能等性能；通过合理选择等离子熔覆层粉末和激光熔覆层粉末的成分和含量，且合理设置等离子熔覆和激光熔覆的工艺参数，使熔覆层与耐磨球基体具有较高的结合强度与韧性，提高了耐磨球表面的平整度，同时使耐磨球的硬度与韧性得到同步提高；镀层后将初级耐磨球进行多步升温回火处理，消除其残余应力，有效防止出现变形和开裂等现象，使残留的奥氏体部分转变为马氏体、托氏体与索氏体，提高其耐磨性能及强度、硬度、冲击韧性等力学性能，同时具有稳定组织，细化晶粒的作用，提高初级耐磨球表面的平整度与结合强度；本发明通过合理设定温度和时间及各成分含量，实现成分设计所需达到的性能，使得熔覆层与耐磨球基体保持良好的冶金结合，没有出现裂纹、孔洞等现象，综合提高了耐磨球强度、硬度、韧性、抗冲击性等力学性能，同时使得耐磨球具有良好的抗腐蚀性能、抗氧化性、耐磨性能，降低了耐磨球的磨耗，大大增加了耐磨球的使用寿命。本发明提出的球磨机用镀层耐磨球，镀上两层熔覆层，具有强度高、硬度大、抗氧化性与耐腐蚀性好、磨耗低、使用寿命长等优点。
对所述球磨机用镀层耐磨球进行性能测试，测试结果如下：硬度值达68～72HRC，抗压强度为550～600MPa，屈服强度为330～360MPa，冲击韧性≥12.5J/cm2，平均球耗为40～50g/t,破碎率为0.035～0.05％，寿命约为普通耐磨球的8～9倍，具有十分显著的经济效益。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出了一种球磨机用镀层耐磨球，包括熔覆层与耐磨球基体，耐磨球基体其原料按质量分数包括以下成分：C：0.5％、Si：0.8％、Mn：1.2％、Cr：13％、Ni：0.65％、Cu：0.6％、Al：0.2％、Mg：0.3％、B：0.3％、Ti：0.45％、Zr：0.05％、Nb：0.045％、Mo：0.4％、V：0.15％、Sc：0.02％、P≤0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质。
本发明还提出了一种球磨机用镀层耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
S1、将废钢、锰铁合金置于中频感应炉中进行熔炼，再加入稀土合金、生铁、铬铁合金、钒铁合金和钨铁合金，经脱氧、扒渣、浇注，得到耐磨球坯体；
S2、将耐磨球坯体淬火处理，然后空冷至室温后进行低温回火得到耐磨球基体；
S3、将耐磨球基体经等离子熔覆、激光熔覆后得到初级耐磨球；
S4、将初级耐磨球经低温回火后得到所述球磨机用镀层耐磨球。
实施例2
本发明提出了一种球磨机用镀层耐磨球，包括熔覆层与耐磨球基体，耐磨球基体其原料按质量分数包括以下成分：C：1.1％、Si：0.5％、Mn：1.6％、Cr：10.5％、Ni：0.95％、Cu：0.4％、Al：0.6％、Mg：0.1％、B：0.5％、Ti：0.2％、Zr：0.15％、Nb：0.02％、Mo：0.7％、V：0.05％、Sc：0.05％、P≤0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质。
本发明还提出了一种球磨机用镀层耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
S1、将废钢、锰铁合金置于中频感应炉中进行熔炼，再加入稀土合金、生铁、铬铁合金、钒铁合金和钨铁合金，经脱氧、扒渣、浇注，得到耐磨球坯体；
S2、将耐磨球坯体淬火处理，然后空冷至室温后进行低温回火得到耐磨球基体；
S3、将耐磨球基体经等离子熔覆、激光熔覆后得到初级耐磨球；
S4、将初级耐磨球经低温回火后得到所述球磨机用镀层耐磨球。
实施例3
本发明提出了一种球磨机用镀层耐磨球，包括熔覆层与耐磨球基体，耐磨球基体其原料按质量分数包括以下成分：C：0.85％、Si：0.65％、Mn：1.35％、Cr：11.8％、Ni：0.82％、Cu：0.51％、Al：0.42％、Mg：0.22％、B：0.41％、Ti：0.32％、Zr：0.11％、Nb：0.032％、Mo：0.55％、V：0.11％、Sc：0.035％、P≤0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质。
本发明还提出了一种球磨机用镀层耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
S1、将废钢、锰铁合金、铬铁合金和硼铁合金置于中频感应炉中进行熔炼，升温至1475℃，保温28min，再加入稀土合金、生铁、钒铁合金和钨铁合金，升温至1535℃，保温38min，经脱氧、扒渣、浇注，得到耐磨球坯体；
S2、将耐磨球坯体淬火处理，然后空冷至室温后进行低温回火得到耐磨球基体；
S3、将等离子熔覆粉末与粘结剂混合均匀后制成膏状，然后涂覆在经打磨清洗后的耐磨球基体表面，在165℃下烘干，放入等离子装置中进行等离子熔覆；所述等离子熔覆工艺参数具体如下：离子气体流量为2.5L/min，保护气体为氩气且氩气流量为7L/min，转移弧电压为32V，转移电流为90A，喷距为14.5mm，功率为1.45KW，扫描速度为6.2mm/s，等离子弧光斑直径为2.4mm，等离子熔覆层厚度为1.5mm；然后用激光熔覆技术将Ni基合金混合粉末熔覆在S3等离子熔覆后的耐磨球基体上，得到初级耐磨球；所述激光熔覆技术工艺参数为：同步送粉，单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为2.4mm，扫描速度为5.6mm/s，功率为1.27KW，激光熔覆层厚度为1.5mm；
S4、将初级耐磨球升温至165℃，保温25min，升温至230℃，保温38min，升温至320℃，保温50min，升温至400℃，保温75min，升温至475℃，保温160min，空冷至室温得到球磨机用镀层耐磨球。
其中，在S3中，激光熔覆过程采用同步送粉法；
在S3中，等离子熔覆粉末的粒径为120nm，其按质量分数包括以下成分：Ni：11.5％、Cr：17.5％、Mn：3.6％、W：1.15％、Co：6.5％、B：1.85％，其余为Fe及不可避免的杂质；
在S3中，Ni基合金混合粉末由Ni基合金粉末与陶瓷粉末组成，其中，陶瓷粉末重量占Ni基合金混合粉末总重量的11.6％；
Ni基合金粉末粒径为160nm，其按质量分数包括以下成分：C：1.5％、Cr：16.5％、Mo：1.22％、Fe：7.2％、Y：0.125％、B：1.73％、Mn：4.3％、Si：0.65％、Sc：0.055％，其余为Ni及不可避免的杂质；
陶瓷粉末粒径为80nm，其按重量份包括以下组分：15份BN、15份TiN、230份WC、20份Cr3C2、15份B2O3、15份NiO、20份Al2O3。
实施例4
本发明提出了一种球磨机用镀层耐磨球，包括熔覆层与耐磨球基体，耐磨球基体其原料按质量分数包括以下成分：C：0.75％、Si：0.72％、Mn：1.25％、Cr：12.5％、Ni：0.74％、Cu：0.46％、Al：0.56％、Mg：0.15％、B：0.45％、Ti：0.25％、Zr：0.11％、Nb：0.025％、Mo：0.62％、V：0.08％、Sc：0.045％、P≤0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质。
本发明还提出了一种球磨机用镀层耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
S1、将废钢、锰铁合金、铬铁合金和硼铁合金置于中频感应炉中进行熔炼，升温至1460℃，保温35min，再加入稀土合金、生铁、钒铁合金和钨铁合金，升温至1520℃，保温45min，经脱氧、扒渣、浇注，得到耐磨球坯体；
S2、将耐磨球坯体淬火处理，然后空冷至室温后进行低温回火得到耐磨球基体；
S3、将等离子熔覆粉末与粘结剂混合均匀后制成膏状，然后涂覆在经打磨清洗后的耐磨球基体表面，在150℃下烘干，放入等离子装置中进行等离子熔覆；所述等离子熔覆工艺参数具体如下：离子气体流量为2L/min，保护气体为氩气且氩气流量为6.5L/min，转移弧电压为30V，转移电流为80A，喷距为13mm，功率为1.3KW，扫描速度为5.5mm/s，等离子弧光斑直径为1.5mm，等离子熔覆层厚度为1.2mm；然后用激光熔覆技术将Ni基合金混合粉末熔覆在S3等离子熔覆后的耐磨球基体上，得到初级耐磨球；所述激光熔覆技术工艺参数为：同步送粉，单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为2.1mm，扫描速度为5.2mm/s，功率为1.22KW，激光熔覆层厚度为1.2mm；
S4、将初级耐磨球升温至150℃，保温30min，升温至210℃，保温45min，升温至290℃，保温60min，升温至380℃，保温90min，升温至450℃，保温200min，空冷至室温得到球磨机用镀层耐磨球。
其中，在S3中，等离子熔覆粉末的粒径为50nm，其按质量分数包括以下成分：Ni：10％、Cr：19.5％、Mn：2.2％、W：1.5％、Co：4％、B：2.5％，其余为Fe及不可避免的杂质；
Ni基合金混合粉末由Ni基合金粉末与陶瓷粉末组成，其中，陶瓷粉末重量占Ni基合金混合粉末总重量的10.5％；
Ni基合金粉末粒径为120nm，其按质量分数包括以下成分：C：1.2％、Cr：18％、Mo：0.8％、Fe：9％、Y：0.08％、B：2.3％、Mn：3.5％、Si：1％、Sc：0.02％，其余为Ni及不可避免的杂质；
陶瓷粉末粒径为80nm，其按重量份包括以下组分：10份BN、20份TiN、25份WC、25份Cr3C2、10份B2O3、20份NiO、15份Al2O3。
实施例5
本发明提出了一种球磨机用镀层耐磨球，包括熔覆层与耐磨球基体，耐磨球基体其原料按质量分数包括以下成分：C：0.96％、Si：0.55％、Mn：1.52％、Cr：11.5％、Ni：0.85％、Cu：0.44％、Al：0.56％、Mg：0.15％、B：0.45％、Ti：0.24％、Zr：0.12％、Nb：0.025％、Mo：0.67％、V：0.08％、Sc：0.045％、P≤0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质。
本发明还提出了一种球磨机用镀层耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
S1、将废钢、锰铁合金、铬铁合金和硼铁合金置于中频感应炉中进行熔炼，升温至1490℃，保温20min，再加入稀土合金、生铁、钒铁合金和钨铁合金，升温至1550℃，保温30min，经脱氧、扒渣、浇注，得到耐磨球坯体；
S2、将耐磨球坯体淬火处理，然后空冷至室温后进行低温回火得到耐磨球基体；
S3、将等离子熔覆粉末与粘结剂混合均匀后制成膏状，然后涂覆在经打磨清洗后的耐磨球基体表面，在180℃下烘干，放入等离子装置中进行等离子熔覆；所述等离子熔覆工艺参数具体如下：离子气体流量为3L/min，保护气体为氩气且氩气流量为7.5L/min，转移弧电压为35V，转移电流为100A，喷距为16mm，功率为1.6KW，扫描速度为7mm/s，等离子弧光斑直径为3mm，等离子熔覆层厚度为1.8mm；然后用激光熔覆技术将Ni基合金混合粉末熔覆在S3等离子熔覆后的耐磨球基体上，得到初级耐磨球；所述激光熔覆技术工艺参数为：同步送粉，单道扫描，氩气保护激光池，光斑直径为2.7mm，扫描速度为6mm/s，功率为1.32KW，激光熔覆层厚度为1.8mm；
S4、将初级耐磨球升温至180℃，保温20min，升温至250℃，保温30min，升温至340℃，保温40min，升温至420℃，保温60min，升温至500℃，保温120min，空冷至室温得到球磨机用镀层耐磨球。
其中，在S3中，等离子熔覆粉末的粒径为200nm，其按质量分数包括以下成分：Ni：13.5％、Cr：15.5％、Mn：5％、W：0.8％、Co：9％、B：1.2％，其余为Fe及不可避免的杂质；
Ni基合金混合粉末由Ni基合金粉末与陶瓷粉末组成，其中，陶瓷粉末重量占Ni基合金混合粉末总重量的13％；
Ni基合金粉末粒径为200nm，其按质量分数包括以下成分：C：1.8％、Cr：15％、Mo：1.5％、Fe：5％、Y：0.15％、B：1.2％、Mn：5.2％、Si：0.3％、Sc：0.08％，其余为Ni及不可避免的杂质；
陶瓷粉末粒径为100nm，其按重量份包括以下组分：20份BN、10份TiN、35份WC、15份Cr3C2、20份B2O3、10份NiO、25份Al2O3。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。