一种大尺寸双金属耐磨耐蚀复合板的制造方法与流程

本发明涉及板材，特别是一种大尺寸双金属耐磨耐蚀复合板的制造方法。

背景技术：

大尺寸耐磨耐蚀复合板是煤矿、石油、化工、冶金等行业生产中常用的板材，所述的大尺寸是指1000mm≤长≤3000mm、500mm≤宽≤2500mm、板厚≥20mm的复合板，目前由于大尺寸复合板在结构上、材料上以及制备方法上存在的问题，在使用中明显存在以下技术问题：

（1）磨损和腐蚀是金属材料失效的主要原因，不仅会严重影响机械设备的正常运转，还会造成金属材料资源的巨大浪费，其解决方法是提高金属材料的性能。由于我国技术水平受限，高性能、高质量的金属板材大多依赖于国外进口，而且价格昂贵，因此采用表面改性技术来增加金属板材表面的使用性能是一种切实可靠、经济实惠的解决途径。

（2）通过一定的技术手段对金属板材表面进行改性处理，使其具有耐磨防腐等特异性能。耐磨耐蚀复合板目前常采用的方法是采用电镀、喷涂、堆焊等方法制得，但电镀、喷涂由于其技术缺陷：涂层与基材结合力弱、致密性差等问题无法满足在煤矿、冶金等行业工况的使用；而采用堆焊技术常采用焊丝/焊条、等离子堆焊等方法制备的复合板由于堆焊工艺热输入量大，对基材热影响区大，会造成耐磨耐蚀复合板因受热影响变形大，功能熔覆层出现裂纹的概率增大，严重影响耐磨耐蚀复合板的使用，甚至造成复合板质量因不能满足工况技术要求而报废。

（3）激光熔覆技术是近年新型的一种表面改性技术，它是利用高能激光束作为热源，将基材和满足特定需求的熔覆材料同时熔化，形成特殊性能的表面熔覆层，该技术具有能量集中、热输入小，熔深浅，工件变形小等优点。

（4）目前，关于利用激光熔覆技术制备复合板的专利和相关报告很多，例如：

①公开号为CN102453909的发明专利《一种具有双金属的复合板材的制造方法》，其特点是在基材表面采用激光熔覆成型的方法制造所需功能层，并通过在工装下部加冷却水槽来防止变形，其工艺步骤为： 1）按照设计图要求制备工装，通过普通的机械加工对以选定的基体材料加工；2）对选定基体材料探伤和清理；3）激光熔覆成型；4）通过机械加工对熔覆层表面进行处理；5）检验，不允许有裂纹、气孔、夹杂。

②公开号为CN103192162的发明专利《一种耐腐蚀耐磨复合板》和公开号为CN103192161的发明专利《一种适用于高温工况的耐腐蚀耐磨复合板》两个发明专利为相同的发明人，其方法均是以低碳钢板或者低合金钢板作为基板，采用专用的耐腐蚀耐磨堆焊药芯焊丝在基板表面堆焊复合层，获得耐腐蚀耐磨复合金属板坯料，再用制备的专用封缝剂对校平的复合金属板坯料表面的裂纹进行封缝处理，制得耐腐蚀耐磨复合金属板。

现有技术给出的上述技术方案虽能利用激光熔覆技术制备耐磨耐蚀复合板，但是对于采用激光熔覆技术连续制备大尺寸(1000mm≤长≤3000mm, 500mm≤宽≤2500mm)且无变形、无裂纹的耐磨耐蚀复合板仍有一定的技术难度。由上述可以看出，现有方法制备的复合板存在生产效率低、成本率低，主要体现在：

复合板制备成功低，不能连续制备大尺寸(1000mm≤长≤3000mm, 500mm≤宽≤2500mm)的耐磨耐蚀复合板；

耐磨耐蚀复合板有变形，严重影响工件的正常使用；

功能熔覆层表面有裂纹缺陷，工件因受热变形存在应力，若不消除工件内部的应力就会在熔覆层表面形成裂纹，严重影响熔覆层的质量，给工件的使用带来安全隐患。

鉴于上述现有技术存在的问题，急需研制如何解决大尺寸的复合板耐磨、耐腐蚀，生产效率高，成品率高，且表面平整、无裂纹的复合板新技术势在必行。

技术实现要素：

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种大尺寸双金属耐磨耐蚀复合板的制造方法，可有效解决生产大尺寸复合板耐磨、耐腐蚀，生产效率高，成品率高，且表面平整、无裂纹的问题。

本发明解决的技术方案是，一种大尺寸双金属耐磨耐蚀复合板的制造方法，利用激光熔覆技术在金属板材表面制备所需的耐磨耐蚀性能的双金属功能熔覆层，在基体板材激光熔覆前，对基体金属板材工件进行预反变形处理，工件下部加带有“蛇形”隔板冷却循环水槽，以及激光熔覆后对工件缓冷或机械振动消除应力，可以制得熔覆质量高、表面平整且无裂纹的耐磨耐蚀复合板，包括以下步骤：

（1）、建造“蛇形”隔板冷却循环水槽，该水槽包括水槽体、蛇形水槽隔板，水槽体内均布有相间开的蛇形水槽隔板，水槽体底部斜对角分别有进水口、出水口，水槽体内装有水位线低于水槽体上口的水；

（2）、对工件的金属基体板材进行抛丸处理，清除基体板材表面的凹坑；

（3）、对工件预先进行反变形，即对工件的金属基体板材进行压力反变形，变形量为5-10mm（金属基体板材是指复合板功能层的对面，变形量根据板厚大小确定）；

（4）、对金属基体板材预变形凸起面进行激光熔覆，将金属基体板材平放于工作台上，带有“蛇形”隔板的冷却循环水槽中注水浸没至金属基体板材厚度的3/4，保持冷却水循环，出水口与进水口水流量相同，水槽上设置有多道蛇形水槽隔板，以增加水槽中的水流量，带走更多复合板上的热量，提高熔覆的效率和质量，当熔覆层厚度达1.0～3.5mm时，停止激光熔覆，即成激光熔覆的耐磨耐腐蚀复合板材；

激光熔覆时，半导体激光器输出功率为4～10kw，矩形光斑，熔覆速度400～700mm/min，合金粉末的送粉量40～50g/min；

激光熔覆用的合金粉末是由质量百分比计的：C:0.5～1.0%，Si:1.0～2.5%，Cr:18～25%，Ni:1.8～2.2%，Mn:0.3～0.8%，Mo:3.0～4.5%，余量Fe制成，合金粉末粒度为45～180μm；

（5）、对复合板材振动消除应力，防止出现裂纹，通过缓冷或振动时效设备对复合板进行应力消除处理，防止基体板材熔覆后因受热冷却而出现裂纹；

（6）、对消除应力后的复合板材进行机械加工处理，使表面无裂纹、无气孔、无夹杂，并对表面硬度、尺寸、平整度进行质检，合格后即为成品。

本发明方法简单，易操作，生产效率高，产品质量好，是大尺寸双金属耐磨耐腐蚀复合板生产上的创新，经济效率巨大。

附图说明

图1为本发明的“蛇形”隔板冷却循环水槽剖面结构主视图。

图2为本发明的“蛇形”隔板冷却循环水槽俯视图。

具体实施方式

以下结合实施例和具体情况对本发明的具体实施方式作详细说明。

本发明在具体实施中，可由以下实施例给出。

实施例1

本发明在具体实施中，一种大尺寸双金属耐磨耐蚀复合板的制造方法，包括以下步骤：

（1）、建造“蛇形”隔板冷却循环水槽，该水槽包括水槽体、蛇形水槽隔板，水槽体1内均布有相间开的蛇形水槽隔板3，水槽体1底部斜对角分别有进水口5、出水口6，水槽体1内装有水位线4低于水槽体上口的水；

（2）、对工件2的金属基体板材进行抛丸处理，清除基体板材表面的凹坑；

（3）、对工件2预先进行反变形，即对工件2的金属基体板材进行压力反变形，变形量为5-10mm（金属基体板材是指复合板功能层的对面，变形量根据板厚大小确定）；

（4）、对金属基体板材预变形凸起面进行激光熔覆，将金属基体板材平放于工作台上，带有“蛇形”隔板的冷却循环水槽中注水浸没至金属基体板材厚度的3/4，保持冷却水循环，出水口与进水口水流量相同，水槽上设置有多道蛇形水槽隔板，以增加水槽中的水流量，带走更多复合板上的热量，提高熔覆的效率和质量，当熔覆层厚度达1.0～3.5mm时，停止激光熔覆，即成激光熔覆的耐磨耐腐蚀复合板材；

激光熔覆时，半导体激光器输出功率为4～10kw，矩形光斑，熔覆速度400～700mm/min，合金粉末的送粉量40～50g/min；

激光熔覆用的合金粉末是由质量百分比计的：C:0.5～1.0%，Si:1.0～2.5%，Cr:18～25%，Ni:1.8～2.2%，Mn:0.3～0.8%，Mo:3.0～4.5%，余量Fe制成，合金粉末粒度为45～180μm；

（5）、对复合板材振动消除应力，防止出现裂纹，通过缓冷或振动时效设备对复合板进行应力消除处理，防止基体板材熔覆后因受热冷却而出现裂纹；

（6）、对消除应力后的复合板材进行机械加工处理，使表面无裂纹、无气孔、无夹杂，并对表面硬度、尺寸、平整度进行质检，合格后即为成品。

实施例2

本发明在具体实施中，包括以下步骤：

（1）、建造“蛇形”隔板冷却循环水槽，该水槽包括水槽体、蛇形水槽隔板，水槽体1内均布有相间开的蛇形水槽隔板3，水槽体1底部斜对角分别有进水口5、出水口6，水槽体1内装有水位线4低于水槽体上口的水；

（2）、对工件2的金属基体板材的Q235钢板进行抛丸处理，钢板长1100mm、宽600mm、厚35mm，清除表面的凹坑；

（3）、对工件2的金属基体板材Q235钢板进行压力反变形，变形量为9mm；

（4）、对金属基体板材Q235钢板预变形凸起面进行激光熔覆，将Q235钢板平放于工作台上，带有“蛇形”隔板的冷却循环水槽中注水浸没至Q235钢板厚度的3/4，保持冷却水循环，出水口与进水口水流量相同，水槽上设置有多道蛇形水槽隔板，以增加水槽中的水流量，带走更多复合板上的热量，提高熔覆的效率和质量，当熔覆层厚度达2.8mm时，停止激光熔覆，即成激光熔覆的耐磨耐腐蚀复合板材；

激光熔覆时，半导体激光器输出功率为10kw，矩形光斑24×3mm，熔覆速度500mm/min，合金粉末的送粉量45g/min；

激光熔覆用的合金粉末是由质量百分比计的：C: 1.0%，Si:1.0%，Cr:18.6%，Ni:2.1%，Mn:0.35%，Mo:3.2%，余量Fe制成，合金粉末粒度为45～180μm，使用前需烘干处理；

（5）、对复合板材振动消除应力，防止出现裂纹，通过缓冷或振动时效设备对复合板进行应力消除处理，防止基体板材熔覆后因受热冷却而出现裂纹；

（6）、对消除应力后的复合板材进行机械加工处理，使表面无裂纹、无气孔、无夹杂，并对表面硬度、尺寸、平整度进行质检，合格后即为成品。

实施例3

本发明在具体实施中，一种大尺寸双金属耐磨耐蚀复合板的制造方法，所述的激光熔覆用的合金粉末是由质量百分比计的：C:0.8%，Si:2.0%，Cr:22%，Ni:2.0%，Mn:0.6%，Mo:3.8%，余量Fe制成。

实施例4

本发明在具体实施中，一种大尺寸双金属耐磨耐蚀复合板的制造方法，所述的激光熔覆用的合金粉末是由质量百分比计的：C:0.6%，Si:2.4%，Cr:19%，Ni:2.1%，Mn:0.4%，Mo:4.4%，余量Fe制成。

实施例5

本发明在具体实施中，一种大尺寸双金属耐磨耐蚀复合板的制造方法，所述的激光熔覆用的合金粉末是由质量百分比计的：C:0.9%，Si:1.1%，Cr:24%，Ni:1.85%，Mn:0.7%，Mo:3.1%，余量Fe制成。

本发明经实地测试和应用，效果非常好，采用本发明给出的合金粉末激光熔覆成的复合层耐磨耐磨蚀性能比普通钢板提高3倍以上，而且复合板无应力效应，无裂纹，生产效率和成品率都有非常大的提高，与现有技术相比，具有以下优异的技术效果：

1）可以连续制备大尺寸(1000mm≤长≤3000mm, 500mm≤宽≤2500mm，板厚≥20mm)耐磨耐蚀复合板；

2）提高耐磨耐蚀复合板制备成功率，成功率达98%以上，提高整体生产效率，生产效率≥1.0h/m²；

3）采取熔覆前对板材预变形处理、加冷却水槽和熔覆后振动消除应力，能够有效保证耐磨耐蚀复合板平整无变形、无裂纹；

4）经济效益和社会效益显著：以普通钢板作为基体，通过表面改性处理，耐磨性能、耐腐蚀性能相对普通板材得到大大提高，达到甚至超过进口高性能板材，使用寿命延长3倍以上，节约资源和节省资金50%以上，其效果之好是未曾料到的，是耐磨耐腐蚀钢板生产上的创新，具有很强的实际应用价值，市场前景广阔，经济和社会效益巨大。