CN100490983C - 三元复合材料内衬耐磨旋流器的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三元复合材料内衬耐磨旋流器的制备工艺，其制备工艺是：制作外层钢套(1)，编织、裁剪、叠合与酸洗纳米结构金属丝(3)、将镶嵌有陶瓷棒(4)的纳米结构金属丝网(3)，紧贴在外层钢套(1)的内壁，将聚氨酯(5)浇注在金属丝网(3)上，固化后制成耐磨旋流器。本发明的优点：具有陶瓷材料的高硬度、高耐磨性，金属材料的高强度、高韧性，有机弹性体材料的高弹性和抗腐蚀性。能够满足各行业复杂工况下物料分级、分离对水力旋流器的使用要求，使用寿命是其他旋流器的5倍以上，特别适用于分离、分级物料颗粒尺寸较大、外形较尖锐的场合。复合成型温度低、工艺可控性强，成品率高，生产质量稳定。
Description
技术领域
本发明涉及旋流装置的制备工艺，特别涉及一种复合材料内衬耐磨旋流器的制备工艺。
背景技术
旋流器是在回转流中利用离心力进行分级、分离的设备。旋流器运行时，固-液二相流做强烈的旋转运动，在二相流剧烈的冲刷下，旋流器内壁面极易磨损。这不仅会缩短旋流器的使用寿命，而且会由于关键部位尺寸改变而降低其分级、分离效率，改变溢流和底流量，从而恶化运行效果。因此旋流器对耐磨性要求较高，一般采用耐磨材料做内衬。通常制作旋流器内衬的材料有合金铸铁、陶瓷和聚氨酯材料。合金铸铁内衬旋流器耐磨性较差，其使用寿命较短，且重量重。陶瓷内衬旋流器重量轻，磨性也较好，但由于陶瓷是脆性材料，容易在运输、安装、使用过程中受冲击而发生碎裂报废，在运行过程中受到大尺寸物料冲击的情况下，陶瓷内衬将会碎裂而堵塞旋流器，另外陶瓷内衬需要经过高温烧结，生产工艺复杂、质量不稳定。聚氨酯旋流器由于重量轻，成形性好，耐腐性和耐磨性较高而在近年来有所应用，但使用中发现，聚氨酯旋流器在输送细小颗粒的物料时，使用效果较好，当物料中存在大颗粒尖锐棱角的颗粒时，由于旋流器内固-液二相流运动速度高，将受到高应力冲击，容易造成聚氨酯内衬变形，甚至成片撕裂，因而不但影响旋流器的分级、分离效果，而且严重时碎片还会堵塞旋流器，从而造成停产。综上所述，单一材料无法满足对强度、韧性、耐磨性、耐腐性、易加工性各方面的综合性能要求，必须开发出新型的复合材料来生产旋流器，才能满足各行业对旋流器的生产实际需要。
发明内容
本发明的目的在于是克服现有旋流器使用寿命短的缺点，提供一种能够满足各行业复杂工况下各种类型物料分级、分离对水力旋流器的使用要求的，具有高耐磨性、高抗水性、高减震性的三元复合材料内衬耐磨旋流器的制备工艺。
为了实现上述目的，本发明的技术解决方案是这样实现的：
制备三元复合材料内衬耐磨旋流器的工艺依下述步骤进行：
a.用常规方法加工制作外层钢套(1)和进料口(5)、沉砂咀(6)和溢流管(7)的外壳；
b.用编织机把纳米结构金属丝编织成网(3)；
c.按照旋流器的规格和形状将纳米结构金属丝编织成网(3)冲裁成形，根据耐磨内衬(2)的厚度，将金属丝网叠加成多层进行固定；
d.将纳米结构金属丝编织成网(3)经过酸洗或丙酮洗涤，进行表面除锈、除油、除污；
e.将陶瓷棒(4)紧密镶嵌到纳米结构金属丝编织成网(3)的网孔中，再卷制放置到外层钢套(1)的空腔内，使金属丝网(3)紧贴在外层钢套(1)的内壁；
f.将温度在90～100℃溶融状态下的聚氨酯(5)浇注在金属丝网(3)上，经过18～25分钟固化后，形成纳米结构金属丝网(3)、陶瓷棒(4)和聚氨酯(5)复合的内衬层(2)；即制成内衬层(2)与外层钢套(1)紧密复合为一体的耐磨旋流器。
在上述技术方案中，陶瓷棒(4)采用氧化铝、碳化钨或碳化硅陶瓷材料制作。
纳米结构金属丝网(3)紧密叠加，其叠层形状由使用工况确定，厚度为5～50mm。编织纳米结构金属丝网(3)的金属丝直径为0.1～2.5mm；该金属丝网(3)的网孔尺寸为0.2～10mm。
镶嵌在纳米结构金属丝网(3)中的陶瓷棒(4)与纳米结构金属丝网(3)的网孔紧密配合，陶瓷棒(4)直径为0.2～10mm，其长度可以由纳米结构金属丝网(3)叠层的总厚度确定。
纳米结构金属丝网(3)选用纳米结构的低碳钢、中碳钢、高碳钢金属丝，或者纳米结构的低、中、高碳合金钢金属丝，或者纳米结构锰钢亚稳材料的金属丝编织而成。
聚氨酯(4)采用系列聚氨酯，或者采用超高分子量聚乙烯、聚丙烯、尼龙及其它橡胶和塑料。
本发明具有以下优点：
1、采用小直径的高硬度陶瓷棒镶嵌在纳米结构金属丝网中，构成抗磨硬质点，能够阻止磨料颗粒在旋流器内表面的压入和划动，从而使旋流器具有很高的耐磨性。
2、纳米结构金属丝网既有高强度，又有高韧性，其本身是一种优良的抗磨材料。
3、采用系列聚氨酯弹性体作为复合料，不仅起到成型、粘结作用，同时还具有高耐磨性、高抗水性、高减震性。纳米结构金属丝网复合在聚氨酯弹性体内部，可避免实际使用工况条件下的外部介质腐蚀。
4、陶瓷棒和纳米结构金属丝网可共同防止磨料颗粒对聚氨酯弹性体的划伤、撕扯，使聚氨酯弹性体保持稳定的形态。
5、本发明兼有了陶瓷材料的高硬度、高耐磨性；金属材料的高强度、高韧性；有机弹性体材料的高弹性和抗腐蚀性。又避免了大块陶瓷材料在冲击工况下的脆性、单一金属材料抗腐蚀性差、纯弹性体材料的抗撕裂性差的缺点。本发明能够满足各行业复杂工况下各种类型物料分级、分离对水力旋流器的使用要求，其使用寿命是其他各种旋流器的5倍以上，特别在分离、分级物料颗粒尺寸较大、外形较尖锐的场合，更显示出其优越性。
6、本发明的复合成型温度低，工艺可控性强，成品率高，生产质量稳定，不需要经过热处理等工艺即可获得很高的使用性能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明并不限于该实施例：
图1是本发明主视剖视图；
图2是图1A-A剖视图
图3是图1中I部放大图；
图4是图1中II部放大图；
图5是本发明工艺流程图。
具体实施方式
一种三元复合材料内衬耐磨旋流器，参见图1、图2、图3和图4。它由外层钢套1、内衬层2、进料口8、沉砂咀6和溢流管7组成。外层钢套1采作普通钢套，内衬层2是由纳米结构金属丝网3、陶瓷棒4和聚氨酯5复合而成。
陶瓷棒4采用直径为0.2～10mm氧化铝材料制作，也可选用碳化钨或碳化硅，或其它陶瓷材料制作，其长度根据使用工况确定，小于或等于纳米结构金属丝网3叠层厚度。纳米结构金属丝网3选用直径为0.1～2.5mm中碳钢纳米结构金属丝编织，采用Adiprene-1型聚氨酯。
陶瓷棒4镶嵌在紧密叠层的纳米结构金属丝网3的网孔中，纳米结构金属丝网3紧贴在外层钢套1的内壁，将溶融的聚氨酯5浇注在金属丝网3上，固化后制成纳米结构金属丝网3、陶瓷棒4、聚氨酯5与外层钢套1复合为一体的三元复合材料内衬耐磨旋流器。
制备三元复合材料内衬耐磨旋流器的工艺流程，参照图5。
a.用常规方法加工制作外层钢套1和进料口8、沉砂咀6和溢流管7的外壳；
制作复合内衬层2的步骤如下：
b.用编织机把纳米结构金属丝编织成网3，网孔尺寸为0.2～10mm；
c.按照旋流器的规格和形状将纳米结构金属丝编织成网3裁剪成形，根据耐磨内衬2的厚度，将金属丝网叠加成多层进行固定，耐磨内衬2厚度根据工况确定，一般为5～50mm；
d.将纳米结构金属丝编织成网3经过酸洗，或丙酮洗涤，进行表面除锈、除油、除污；
e.将陶瓷棒4紧密镶嵌到纳米结构金属丝编织成网3的网孔中，再卷制放置到外层钢套1的空腔内，使金属丝网3紧贴在外层钢套1的内壁；
f.将温度在90～100℃溶融状态下的聚氨酯5浇注在金属丝网3上，经过18～25分钟固化后，形成纳米结构金属丝网3、陶瓷棒4和聚氨酯5复合的内衬层2；
g.加工安装；沉砂咀6、溢流管7和进料口8内衬层采用与外层钢套1内衬层2相同的工艺制作。将复合有内衬层的沉砂咀6、溢流管7和进料口8与外层钢套1按常规方法焊接或法兰连接，制成有三元复合材料内衬的本发明旋流器产品。
Claims (7)
1、三元复合材料内衬耐磨旋流器的制备工艺，其特征在于：该制备工艺依下述步骤进行：
a.用常规方法加工制作外层钢套(1)和进料口(5)、沉砂咀(6)和溢流管(7)的外壳；
b.用编织机把纳米结构金属丝编织成网(3)；
c.按照旋流器的规格和形状将纳米结构金属丝网(3)冲裁成形，根据耐磨内衬(2)的厚度，将金属丝网叠加成多层进行固定；
d.将纳米结构金属丝编织成网(3)经过酸洗或丙酮洗涤，进行表面除锈、除油、除污；
e.将陶瓷棒(4)紧密镶嵌到纳米结构金属丝编织成网(3)的网孔中，再卷制放置到外层钢套(1)的空腔内，使金属丝网(3)紧贴在外层钢套(1)的内壁；
f.将温度在90～100℃熔融状态下的聚氨酯(5)浇注在金属丝网(3)上，经过18～25分钟固化后，形成纳米结构金属丝网(3)、陶瓷棒(4)和聚氨酯(5)复合的内衬层(2)；即制成内衬层(2)与外层钢套(1)紧密复合为一体的耐磨旋流器。
2、根据权利要求1所述的三元复合材料内衬耐磨旋流器的制备工艺，其特征在于：陶瓷棒(4)采用氧化铝、碳化钨或碳化硅陶瓷材料制作。
3、根据权利要求1所述的三元复合材料内衬耐磨旋流器的制备工艺，其特征在于：纳米结构金属丝网(3)紧密叠加，其叠层形状由使用工况确定，厚度为5～50mm。
4、根据权利要求1所述的三元复合材料内衬耐磨旋流器的制备工艺，其特征在于：镶嵌在纳米结构金属丝网(3)中的陶瓷棒(4)与纳米结构金属丝网(3)的网孔紧密配合，陶瓷棒(4)直径为0.2～10mm，其长度可以由纳米结构金属丝网(3)叠层的总厚度确定。
5、根据权利要求1所述的三元复合材料内衬耐磨旋流器的制备工艺，其特征在于：编织纳米结构金属丝网(3)的金属丝直径为0.1～2.5mm；该金属丝网(3)的网孔尺寸为0.2～10mm。
6、根据权利要求1所述的三元复合材料内衬耐磨旋流器的制备工艺，其特征在于：纳米结构金属丝网(3)选用纳米结构的低碳钢、中碳钢、高碳钢金属丝，或者纳米结构的低、中、高碳合金钢金属丝，或者纳米结构锰钢亚稳材料的金属丝编织而成。
7、根据权利要求1所述的三元复合材料内衬耐磨旋流器的制备工艺，其特征在于：聚氨酯(4)采用系列聚氨酯，或者采用超高分子量聚乙烯、聚丙烯、尼龙及其它橡胶和塑料。
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