CN102218615A

CN102218615A - 一种制备加厚耐磨层复合板的方法

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Publication number: CN102218615A
Application number: CN2011101387978A
Authority: CN
Inventors: 孙俊生; 宋宇
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2031-05-26
Also published as: CN102218615B

Abstract

本发明公开了一种制备加厚耐磨层复合板的方法，是选用适合加热炉炉膛大小的低碳钢板或低合金钢板作为基板，在清理面上均匀散布去膜剂和合金粉末与造渣剂粉末，水平放入加热炉内，加热升温制得。利用本发明方法可以生产基板厚度小、耐磨层厚度较大的耐磨复合板，提高了材料的利用率。本发明方法生产的耐磨复合板，作为工作层的耐磨合金不仅表面平整、美观，而且可以直接用于要求表面平整的工况，如挡板等。

Description

一种制备加厚耐磨层复合板的方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料，尤其涉及一种制备加厚耐磨层复合板的方法。

背景技术

在工业生产领域中，金属磨损是造成机械零件失效的主要原因之一，如冶金、煤炭、电力、航道疏浚等行业的物料输送系统，部件磨损非常严重。磨损不仅造成材料的巨大损失，而且检修往往会造成停产，影响生产线的正常运行。因此研究和开发高性能的耐磨材料一直受到材料工作者的重视。

整体铸造的抗磨合金为传统的耐磨材料，如高锰钢、白口铸铁、铬系抗磨铸铁等，用这类材料能使机件的抗磨损性能得到大幅度提高。但这些材料还存在某些不足，如白口铸铁和铬系抗磨铸铁脆性较大，不耐冲击，在有冲击的工况条件下易发生断裂或剥落，高锰钢抗磨粒磨损性能较差，同时大部分耐磨铸件结构较笨重，不利于降低结构自重，用焊接方法与其它部件的连接比较困难。

针对传统耐磨材料存在的不足，人们开发了耐磨复合钢板。这种耐磨复合钢板是采用堆焊技术制成的，现已得到广泛应用，在节能降耗、提高生产效率方面发挥了重要作用。其生产工艺是，采用药芯焊丝、焊条、合金粉块等耐磨焊接材料，有时也向焊接区添加合金粉末，应用焊接方法，将耐磨焊接材料熔敷到低碳钢基体上，再通过校平工艺，制成耐磨复合板。耐磨复合钢板的主要优点是，耐磨复合层可以根据工件工况条件调整合金体系，充分发挥合金的效能，同时也有益于节省贵重合金；复合钢板可以在冲击较大的工况条件下使用；由于基板采用低碳钢制造，与其它工件的焊接比较容易，因此可用复合钢板拼焊机件，这种加工方法之方便是其它耐磨材料所不及的。如申请号为201010583490.4的发明专利“用于溜槽的高耐磨复合板”、申请号为201020125565.X的实用新型专利“一种金属机件耐磨复合板”等是用药芯焊丝等焊接材料，在普通碳钢表面堆焊耐磨合金，制成耐磨复合板的。

目前耐磨复合板所采用的堆焊生产工艺，生产效率非常低。即使采用自动堆焊技术，每班(按8小时计算)也只能堆焊耐磨层厚度为3～4mm的耐磨钢板1平方米左右，手工堆焊的生产效率更低。这种低效率的耐磨复合板生产工艺难以大规模生产，存在生产成本高、产量低、不能生产市场急需的基板薄、耐磨层厚等特殊规格。

随着机械零部件使用工况的日益苛刻，对耐磨复合板的数量和质量提出了更高的要求，低成本、大批量、特殊规格复合耐磨板生产技术的开发也变得更加迫切。

发明内容

针对现有耐磨复合板采用堆焊技术生产，生产效率低、难以大批量生产、堆焊变形严重、校平困难、无法生产基板薄耐磨层厚等特殊规格的弊端，本发明提供了一种制备加厚耐磨层复合板的方法。

本发明的技术构思是：以低碳钢板或者低合金钢板作为基板，首先将基板表面的铁锈、油污等杂质采用机械方法或者化学方法清除干净，然后水平放置基板，在基板表面上均匀散布去膜剂，再在去膜剂上面均匀散布上合金粉末，合金粉末的熔点低于基板的熔点。在合金粉末的表面散布上造渣剂粉末，造渣剂的熔点低于合金粉末的熔点，加热时形成液态熔渣隔绝空气对合金粉末的氧化。将散布上去膜剂、合金粉末与造渣剂粉末的基板水平放置到加热炉内，加热炉根据其容积可以一次放置多块，将炉温加热到合金粉末的熔点以上、基板的熔点以下，保温一定时间，合金粉末熔化形成液体，在该温度下，去膜剂与基板表面的氧化膜反应形成熔渣去除氧化膜，熔渣浮到熔化合金的上面，使熔化的合金能够很好地润湿基体，作为去膜剂反应产物的熔渣和造渣剂形成的熔渣起到隔绝空气的保护作用。保温一定时间，熔化合金与基板通过扩散实现冶金结合。最后，出炉冷却，得到加厚耐磨层复合板。

本发明所述制备加厚耐磨层复合板的方法，步骤包括：

(1)选用适合加热炉炉膛大小的低碳钢板或低合金钢板作为基板，采用机械方法或化学方法清理基板的任意一表面的油污、铁锈；

上述基板表面的油污、铁锈采用机械方法去除时，可以选用常用的金属丝轮或者砂轮打磨清理，或者采用常用的喷丸或者喷砂处理。优先选用喷丸处理方法。

上述基板表面的油污、铁锈等采用化学方法去除时，可以采用硫酸或盐酸，或使用两者的混合水溶液。酸洗的参数为，10％的硫酸或盐酸水溶液，酸洗温度为40-60℃，酸洗时间10-20分钟；或者5％-10％硫酸和2％-10％盐酸混合水溶液，酸洗温度20℃，酸洗时间2-10分钟。

(2)将清理好的基板清理面朝上，水平放置，并在清理面上均匀散布去膜剂；

(3)在去膜剂表面再均匀散布上合金粉末；

(4)在合金粉末的表面均匀散布上造渣剂粉末；

(5)将散布有去膜剂、合金粉末和造渣剂粉末的基板，水平放入加热炉内，加热升温(炉内可以用氮气或氩气保护，也可以不用保护，直接在空气中加热)，制备加厚耐磨层复合板；

其特征在于：

步骤(1)所述低碳钢板选Q195或Q235低碳钢板；所述低合金钢板选Q345低合金钢板；

步骤(2)所述去膜剂以质量百分比计是：100％硼砂；或是25％硼砂与硼酸75％；或是80％硼酸、15％硼砂与5％氟化钙；或是30％硼酸与70％氟硼酸钾；

上述去膜剂的作用是：在加热过程中，通过反应去除基板表面上的氧化膜，使合金粉末熔化形成的液态金属能够很好地润湿基板，提高耐磨合金层与基板的结合强度。

步骤(2)所述去膜剂散布的厚度为0.1-0.8mm；

步骤(3)所述合金粉末的粒度为-40目～+300目；所述合金粉末的成分以质量百分比计是：C为3％～3.6％、Cr为28％～32％、B为1.5％～2.5％、Si为1.5％～2.5％、Mo为3.0％～4.0％、Ni为4.0％～6.0％、V为0.1％～1.5％、余为Fe和不影响合金粉末性能的杂质，其熔点为1200～1250℃，合金粉末熔敷金属的硬度58～62HRC；或者C为4.5％～5.0％、Cr为45％～50％、B为1.8％～2.3％、Si为0.8％～1.4％、V为0～1.5％、余为Fe和不影响合金粉末性能的杂质，其熔点为1200～1280℃，合金粉末熔敷金属的硬度63～68HRC；

步骤(4)所述造渣剂粉末的粒度为-50目，其成分以质量百分比计是：CaF₂为30％～50％，CaO为30％～35％，余为SiO₂和不影响其性能的杂质，其熔点为1100℃～1200℃；

步骤(4)所述造渣剂粉末的厚度为0.5～2.5mm；

步骤(5)所述加热升温制备加厚耐磨层复合板的条件是：以低于步骤(3)所述合金粉末熔点温度起始加热，使炉内温度达到高于合金粉末熔点20～50℃，保温10分钟～30分钟，然后降温到合金粉末熔点以下30～60℃，保温0.5～6小时后出炉，即得加厚耐磨层复合板。

上述制备加厚耐磨层复合板的方法中：步骤(2)所述去膜剂以质量百分比计优选是：100％硼砂；或是25％硼砂与硼酸75％；所述去膜剂散布的厚度优选为0.2-0.5mm。

上述制备加厚耐磨层复合板的方法中：步骤(3)所述合金粉末散布的厚度优选为0.5-10mm。

上述制备加厚耐磨层复合板的方法中：步骤(4)所述造渣剂粉末成分以质量百分比计优选是：35％～45％CaF₂，30％～32％CaO，余为SiO₂和不影响其性能的杂质。

上述制备加厚耐磨层复合板的方法中：步骤(4)所述造渣剂粉末散布的厚度优选为1.0-2.0mm。

上述制备加厚耐磨层复合板的方法中：步骤(5)所述加热升温制备加厚耐磨层复合板的条件优选是：加热使炉内温度达到高于合金粉末熔点30～40℃，保温20分钟～30分钟，然后降温到合金粉末熔点以下40～50℃，保温2～4小时后出炉，即得加厚耐磨层复合板。

上述制备加厚耐磨层复合板的方法中：步骤(5)所述散布有去膜剂、合金粉末和造渣剂粉末的基板水平放入加热炉内时，可依据加热炉炉膛空间，在炉内设置格架，将所述基板一次性多块放入炉内格架上进行加热升温处理。

本发明所述制备加厚耐磨层复合板的方法具有如下明显效果：

(1)本专利采用加热炉生产耐磨复合板，一炉可以装多块，与堆焊工艺相比，生产效率显著提高，可以大批量生产，降低了生产成本。

(2)本专利可以生产基板厚度小、耐磨层厚度较大的耐磨复合板，提高了材料的利用率。克服了堆焊工艺因基板较薄容易焊接烧穿，无法生产基板较薄耐磨板的弊端。应用薄基板的耐磨复合板，可以显著降低设备自重，达到了节能、降耗的目的。

(3)本专利加热炉工艺生产的耐磨复合板变形较小，甚至无变形，这是由于其加热温度分布均匀决定的，省去了堆焊工艺耐磨复合板变形严重，需要校平的工序(有时即使校平，也很难使耐磨板完全恢复平整)，减少了校平设备投资，简化了生产工艺流程，节约了生产成本。

(4)利用本发明方法还可以获得耐磨层厚度很小的耐磨板，如厚度不超过1mm，这是堆焊工艺无法实现的。这种耐磨层厚度很小的耐磨板可以满足工业界的某些需求。

(5)本专利加热炉工艺生产的耐磨复合板，作为工作层的耐磨合金不仅表面平整、美观，而且可以直接用于要求表面平整的工况(如挡板等)，省去了机械加工工序(耐磨层硬度很高的甚至难以加工)，节省了生产费用。堆焊工艺的耐磨板表面有焊道的波纹、焊道间搭接也不平整，不仅耐磨层表面凸凹不平、不美观，而且用于要求表面平整的工况时，需要加工，加工浪费了工时，增加了成本，有时耐磨合金硬度较高时，加工苦难，甚至不能加工。

具体实施方式

实施例1：

(1)选用Q235低碳钢板作为基板，基板的尺寸为1m×2m，厚度为8mm。采用常用的喷丸处理方法，清除基板表面的油污、铁锈。

(2)将步骤(1)清理好的基板水平放置，清理面朝上。在清理好的基板表面上均匀散布去膜剂，去膜剂的厚度为0.2mm，去膜剂的成分(质量百分比)为硼砂25％、硼酸75％。

(3)在步骤(2)的去膜剂表面再均匀散布上合金粉末，合金粉末的粒度为-40目～+300目，合金粉末的厚度为5mm，合金粉末的成分(质量百分比)为：C为3.6％、Cr为30％、B为2.1％、Si为1.8％、Mo为3.0％、Ni为4.0％、V为0.1％，余为Fe和不影响合金粉末性能的杂质。

(4)在步骤(3)合金粉末的表面上，均匀散布上造渣剂，造渣剂粉末的粒度为-50目，造渣剂粉末的厚度为1.2mm，造渣剂的成分(质量百分比)为，40％CaF₂，30％CaO，余为SiO₂和不影响其性能的杂质。

(5)将散布上去膜剂、合金粉末和造渣剂粉末的基板，水平推入加热炉，并保持水平放置，通过炉内设置的格架，一次放入6块。直接在空气中由低于步骤(3)所述合金粉末熔点温度起始加热，使炉内温度达到1280℃，保温10分钟，然后降温到1180℃，保温3小时后出炉，即得到耐磨复合板产品。

实施例2：

(1)选用Q345钢板作为基板，基板的尺寸为1m×1.5m，厚度为10mm。采用常用的硫酸和盐酸的混合水溶液化学方法清理基板表面，酸洗参数为：体积百分数为9％硫酸和体积百分数为6％盐酸的混合水溶液，酸洗温度20℃，酸洗时间10分钟。

(2)将步骤(1)清理好的基板水平放置，清理面朝上。在清理好的基板表面上均匀散布去膜剂，去膜剂的厚度为0.5mm，去膜剂的成分(质量百分比)为硼酸80％、硼砂15％、氟化钙5％。

(3)在步骤(2)的去膜剂表面再均匀散布上合金粉末，合金粉末的粒度为-40目～+300目，合金粉末的厚度为6mm，合金粉末的成分(质量百分比)为：C为4.8％、Cr为46％、B为2.0％、Si为1.2％、V为0.6％，余为Fe和不影响合金粉末性能的杂质。

(4)在步骤(3)合金粉末的表面上，均匀散布上造渣剂，造渣剂粉末的粒度为-50目，造渣剂粉末的厚度为2.0mm，造渣剂的成分(质量百分比)为，45％CaF₂，35％CaO，余为SiO₂和不影响其性能的杂质。

(5)将散布上去膜剂、合金粉末和造渣剂粉末的基板，水平推入加热炉，并保持水平放置，通过炉内设置的格架，一次放入6块。直接在空气中加热，使炉内温度达到1310℃，保温20分钟，然后降温到1200℃，保温5小时后出炉，即得到耐磨复合板产品。

实施例3：

(1)选用Q195钢板作为基板，基板的尺寸为0.5m×1.0m，厚度为6mm。采用常用的硫酸水溶液化学方法清理基板表面，酸洗参数为：体积百分数为10％硫酸水溶液，酸洗温度为50℃，酸洗时间15分钟

(2)将步骤(1)清理好的基板水平放置，清理面朝上。在清理好的基板表面上均匀散布去膜剂，去膜剂的厚度为0.2mm，去膜剂的成分(质量百分比)为硼酸100％。

(3)在步骤(2)的去膜剂表面再均匀散布上合金粉末，合金粉末的粒度为-40目～+300目，合金粉末的厚度为1mm，合金粉末的成分(质量百分比)为：C为3％、Cr为28％、B为2.5％、Si为2.0％、Mo为3.5％、Ni为4.5％、V为1.％，余为Fe和不影响合金粉末性能的杂质。

(4)在步骤(3)合金粉末的表面上，均匀散布上造渣剂，造渣剂粉末的粒度为-50目，造渣剂粉末的厚度为0.8mm，造渣剂的成分(质量百分比)为，35％CaF₂，32％CaO，余为SiO₂和不影响其性能的杂质。

(5)将散布上去膜剂和合金粉末与造渣剂粉末的基板，水平推入加热炉，并保持水平放置，通过炉内设置的格架，一次放入5块。直接在空气中由低于步骤(3)所述合金粉末熔点温度起始加热，使炉内温度达到1300℃，保温10分钟，然后降温到1150℃，保温2小时出炉，即得到耐磨复合板产品。

实施例4：

(1)选用Q235低碳钢板作为基板，基板的尺寸为1m×2m，厚度为12mm。采用常用的喷丸处理方法，清除基板表面的油污、铁锈。

(2)将步骤(1)清理好的基板水平放置，清理面朝上。在清理好的基板表面上均匀散布去膜剂，去膜剂的厚度为0.2mm，去膜剂的成分(质量百分比)为硼酸30％、氟硼酸钾70％。

(3)在步骤(2)的去膜剂表面再均匀散布上合金粉末，合金粉末的粒度为-40目～+300目，合金粉末的厚度为8mm，合金粉末的成分(质量百分比)为：C为5.0％、Cr为48％、B为2.3％、Si为1.3％、V为1.2％，余为Fe和不影响合金粉末性能的杂质。

(4)在步骤(3)合金粉末的表面上，均匀散布上造渣剂，造渣剂粉末的粒度为-50目，造渣剂粉末的厚度为1.5mm，造渣剂的成分(质量百分比)为，42％CaF₂，31％CaO，余为SiO₂和不影响其性能的杂质。

(5)将散布上去膜剂和合金粉末与造渣剂粉末的基板，水平推入加热炉，并保持水平放置，通过炉内设置的格架，一次放入8块。直接在空气中加热，使炉内温度达到1300℃，保温20分钟，然后降温到1210℃，保温4小时后出炉，即得到耐磨复合板产品。

实施例5：

(1)选用Q235钢板作为基板，基板的尺寸为0.3m×0.8m，厚度为3mm。采用常用的硫酸水溶液化学方法清理基板表面，酸洗参数为：体积百分数为10％硫酸水溶液，酸洗温度为55℃，酸洗时间25分钟.

(4)在步骤(3)合金粉末的表面上，均匀散布上造渣剂，造渣剂粉末的粒度为-50目，造渣剂粉末的厚度为2.5mm，造渣剂的成分(质量百分比)为，50％CaF₂，30％CaO，余为SiO₂和不影响其性能的杂质。

(5)将散布上去膜剂和合金粉末与造渣剂粉末的基板，水平推入加热炉，并保持水平放置，通过炉内设置的格架，一次放入10块。直接在空气中由低于步骤(3)所述合金粉末熔点温度起始加热，，使炉内温度达到1300℃，保温10分钟，然后降温到1150℃，保温2小时出炉，即得到耐磨复合板产品。

实施例6：

本实施例中，加热炉采用氮气保护，其余与实施例5相同，不再赘述。

实施例7：

本实施例中，加热炉采用氩气保护，其余与实施例5相同，不再赘述。

Claims

1.一种制备加厚耐磨层复合板的方法，步骤包括：

(3)在去膜剂表面再均匀散布上合金粉末；

(4)在合金粉末的表面均匀散布上造渣剂粉末；

(5)将散布有去膜剂、合金粉末和造渣剂粉末的基板，水平放入加热炉内，加热升温，制备加厚耐磨层复合板；

其特征在于：

步骤(2)所述去膜剂散布的厚度为0.1-0.8mm；

步骤(3)所述合金粉末散布的厚度为0.1-20mm；

步骤(4)所述造渣剂粉末的厚度为0.5～2.5mm；

2.如权利要求1所述制备加厚耐磨层复合板的方法，其特征在于：步骤(2)所述去膜剂以质量百分比计是：100％硼砂；或是25％硼砂与硼酸75％；所述去膜剂散布的厚度为0.2-0.5mm。

3.如权利要求1所述制备加厚耐磨层复合板的方法，其特征在于：步骤(3)所述合金粉末散布的厚度为0.5-10mm。

4.如权利要求1所述制备加厚耐磨层复合板的方法，其特征在于：步骤(4)所述造渣剂粉末成分以质量百分比计是：35％～45％CaF₂，30％～32％CaO，余为SiO₂和不影响其性能的杂质；所述造渣剂粉末散布的厚度为1.0-2.0mm。

5.如权利要求1所述制备加厚耐磨层复合板的方法，其特征在于：步骤(5)所述加热升温制备加厚耐磨层复合板的条件是：加热使炉内温度达到高于合金粉末熔点30～40℃，保温20分钟～30分钟，然后降温到合金粉末熔点以下40～50℃，保温2～4小时后出炉，即得加厚耐磨层复合板。

6.如权利要求1所述制备加厚耐磨层复合板的方法，其特征在于：步骤(5)所述散布有去膜剂、合金粉末和造渣剂粉末的基板水平放入加热炉内时，可依据加热炉炉膛空间，在炉内设置格架，将所述基板一次性多块放入炉内格架上进行加热升温处理。