CN102453910B - 一种辊式破碎机辊面激光强化涂层粉末材料 - Google Patents

Abstract

一种辊式破碎机辊面激光强化涂层粉末材料，其特点是各组分的加入量为：C0.6～1.2％，Mn11.0～18.0％，Cr12.0～18.0％，Ni3.0～5.0％，W4.0～6.0％，Si0.6～1.4％，Zr0.06～0.12％，Ce0.04～0.08％，余量为Fe。本发明在高锰钢合金成分基础上，通过添加Cr、W、Ni、Si元素进行合金基体强化、添加元素Zr和微量稀土元素Ce进行基体晶粒细化和晶界强化，形成熔点较低、硬度较高、含WC强化相、适合于激光熔覆的铁基高铬高锰合金粉末材料，使得辊面耐冲击耐磨性能的大幅提高，解决了辊式破碎机因辊面磨粒磨损而减少辊子使用寿命进而频繁更换的难题。

Description

一种辊式破碎机辊面激光强化涂层粉末材料

技术领域

本发明涉及一种适合于激光熔覆的合金粉末材料，特别是涉及一种硬度较高、抗冲击、耐磨粒磨损、具有优越熔覆性能的激光熔覆用高铬高锰合金粉末涂层材料，属于国际专利分类表中的C23C24/10(2006.01)I技术领域。

背景技术

国内对耐火材料的市场需求逐年提高，09年的销售收入达1500亿元，并以每年20～30％的速度递增。其中棕刚玉、铝矾土以及碳化硅等粉末的市场需求量占有较大比例。棕刚玉粉的生产市场仅河南就有冶炼厂家250多，连同贵州、广西及山西等国内几个主要生产省区，每年就可生产500多万吨；铝矾土粉的生产市场仅山西、贵州及河南几个主要省每年就可达1000～2000万吨；还有碳化硅粉的生产市场以河南和陕西为主，也有较大的产量。

以上这众多的粉体，需要以冶炼、电解、焙烧等不同方式生产出粒度较大的粉体，然后根据不同需求还要用破碎机进行粒度破碎，一般要破碎到0.5～5mm粒度，来满足市场的不同需要。

破碎机主要是通过一对破碎辊与一套鄂板(一定二动)的配合，将较大粒度的粉体破碎成细粉。辊子材质为抗磨料磨损的高锰钢，目前国内粉体破碎机的破碎辊主要是用铸造高锰钢(ZGMn13)系列的钢种制造的。辊坯尺寸为：φ400、φ600、φ900、φ1200和φ1600mm，每台粉体破碎机生产效率是10～200吨/小时。以φ600的破碎机为例，一般破碎200吨左右，就要磨一次辊子。辊子打磨一次，耐磨性明显下降，还要适当调整辊距。打磨和调整辊距两、三次后，耐磨性不能满足使用要求，破碎粉体400～600吨左右基本报废，不可再用。

粉体破碎加工行业急需一种简便快捷、经济有效的方法能够减少辊面的磨损，延长辊子的连续使用时间，解决频繁更换破碎辊、增加粉体破碎成本的难题。或是将已失效的辊子进行再制造，使其起死回生，重新利用，节省购置新辊的开支。

激光熔覆作为一种先进的再制造技术，随着激光器功率和稳定性的不断提高，得到了迅速推广和广泛应用。激光熔覆是在金属表面获得与基体牢固冶金结合，且无气孔、裂纹等缺陷的高性能表面覆层的先进再制造技术，它可以将高熔点的合金材料熔覆在低熔点的基材表面，也可以在低成本基材上制备出高性能的表面涂层，以取代大量高级、高性能的整体材料，节约贵重金属，降低零部件成本。激光熔覆解决了许多常规方法很难加工或无法加工的问题，为产品再制造和失效零部件的修复提供了一种技术独特、先进有效的方法。

将激光熔覆这种先进的再制造技术，结合耐冲击、耐磨损铁基高铬高锰合金粉末，制备一种特殊的涂层应用在粉体破碎机的破碎辊上，可以有效解决辊面磨损问题。

但是，目前市场上激光熔覆专用的合金粉末并不多见，而喷焊、喷涂等传统工艺所使用的合金粉末，是按不同比例加以调配，并以机械混粉的形式配制所需的各种镍基、钴基、铁基合金粉末。这些混合合金粉末存在诸如混合不均匀、颗粒度差异大、熔点不同、成分偏差、膨胀系数不同等问题，导致在实际熔覆中无法控制裂纹、气孔、偏析、性能不稳、不易机加等缺陷。

近年来人们在研究利用激光熔覆技术进行设备部件修复所需的合金粉末材料方面取得了一些进展，例如，

公开号为CN1854317的中国发明专利申请给出的《一种移动式激光熔覆现场加工合金粉末材料》，该合金粉末材料利用以下元素成分强化镍基合金：Cr、W、Mo、Al、Ti、Co，还可以添加Co、C、N、Nb、Cu、B、Si和微量稀土元素，其中，稀土元素可以是Ce、Y、Hf。

公开号为CN101381868的中国发明专利申请给出的《一种激光熔覆用高硬度不锈钢合金粉末及制备工艺》，该合金粉末各成份重量百分比为：C：0.5-0.8％；Cr：18-24％；Ni：11-17％；B：2.0-5.5％；Si：2.0-6.0％；Mo：4-9％；CeO2：1-5％；Fe余量。合金粉末的制备工艺包括：配料、熔炼、造渣与脱氧、雾化制粉、粉末收集与成分检测、筛分六个步骤。

公开号为CN101381869的中国发明专利申请给出的《激光熔覆高硬无裂铁基合金专用合金粉末》，该专用合金粉末的配方，重量百分含量：碳(C)：0.3-0.5；硅(Si)：1.2-2.0；硼(B)：0.4-1.0；镍(Ni)：1.5-2.5；铬(Cr)：1.0-1.5；锰(Mn)：1.0-1.5；钼(Mo)：1.5-2.5；钒(V)：0.15-0.7；铌(Nb)：0.15-0.7余量为铁(Fe)，其重量之和为100％。

公开号为CN101187022的中国发明专利申请给出的《一种激光熔覆导电辊用钴基合金粉末》，该合金粉末的化学成分的重量百分比为：Cr：24～30％；W：6～10％；Mo：3～6％；Ni：6～12％；Fe：2～10％；Mn：0.5～2％；Si：0.2～2％；V：0.1～0.6％；B：0.3～1.5％；C：0.5～2.5％；Y2O3：0～0.5％；Hf：0～0.5％；La2O3：0～0.5％；Ce：0～0.5％；余量为Co。

上述技术方案给出的这些用于激光熔覆的合金粉末虽能在修复特定的设备部件上取得一定的技术效果，但由于具有自身工艺特征，还不能满足和适用于其它特定基材，例如粉体破碎机的破碎辊，激光熔覆的工艺要求。

因此，研究开发出新的适用于粉体破碎机的破碎辊并具有硬度较高、抗冲击、耐磨粒磨损、具有优越熔覆性能的激光熔覆用高铬高锰合金粉末涂层材料，仍需所述技术领域的技术人员作出创造性的工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硬度较高、抗冲击、耐磨损的性能稳定、适合激光熔覆使用的铁基高铬高锰合金粉末，作为粉体破碎机的破碎辊面的涂层，有效减少粉体破碎过程中辊面受到的磨粒冲击与磨损。

本发明给出的技术方案是：这种辊式破碎机辊面激光强化涂层粉末材料，是在铁基高锰合金基础上通过添加Cr、W、Ni、Si元素，形成WC强化相进行合金基体强化，并在上述合金成分基础上，添加元素Zr和微量稀土元素Ce进行基体晶粒细化和晶界强化，其中各组分的加入量按重量百分数为：

C 0.6～1.2％，Mn11.0～18.0％，Cr 12.0～18.0％，Ni 3.0～5.0％，

W 4.0～6.0％，Si 0.6～1.4％，Zr 0.06～0.12％，Ce 0.04～0.08％，余量为Fe。

本发明通过大量的试验和创造性的工作，通过添加合金基体强化元素、晶粒细化晶界强化元素，并调整元素的百分比含量，使合金获得优越的综合性能。从而实现了合金在具有较高硬度、强度的同时，又降低了合金熔点，增加了耐磨、抗冲击性能。从根本上解决并提高了合金粉末在激光熔覆层中的抗裂性、成型性、工艺稳定性和成分均匀性，满足了辊式破碎机辊面对熔覆层抗冲击、耐磨和较高强度等的综合性能要求。

本发明给出的辊式破碎机辊面激光强化涂层粉末材料是通过真空熔炼、气雾化、筛选等工序精心制备的，粒度是-100+270目。

本发明给出的辊式破碎机辊面激光强化涂层粉末材料，在实际熔覆操作中可以采用5000W横流连续CO2激光器，在破碎机辊面上熔覆所述粉末材料的工艺参数是：功率：3800～4500W，焦距：300～400mm，光斑直径：3～6mm，扫描速度：240～400mm/min，置粉厚度：0.4～0.8mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明的优点在于：所述辊式破碎机辊面激光强化涂层粉末材料是在铁基高锰合金基础上，添加合金基体强化元素、晶粒细化和晶界强化元素，并调整各元素的百分比含量，形成一种新型铁基高铬高锰合金粉末材料。通过多种强化手段，强化合金基体，又改进了晶界质量，使粉末合金获得良好的综合性能。从而实现了合金在具有较高硬度和强度的同时，又降低了合金熔点，增加了抗冲击、耐磨性能，从根本上解决并提高了合金粉末在激光熔覆层中的抗裂性、成型性、工艺稳定性和成分均匀性，满足了辊式破碎机辊面对涂层应具有抗冲击、耐磨粒磨损和较高硬度与强度等综合性能要求。

2.该粉末材料适用辊式破碎机辊面激光熔覆，通过增加该涂层材料，使辊式破碎机辊面耐冲击和耐磨损性能大幅提高，解决了粉体破碎加工中有效减少辊面的磨损，延长辊子的连续使用时间，避免频繁更换破碎辊、增加粉体破碎成本的难题。为粉体破碎行业成功修复失效后的破碎辊或制造具有抗冲击、耐磨损性能的破碎辊提供了一种行之有效、经济适用的便捷方法，经济效益和社会效益显著。

具体实施方式

实例1：

用性能稳定的5000W CO2激光器，在辊式破碎机辊面(牌号ZGMn13-4)上熔覆设计的铁基高铬高锰合金粉末，构成防护涂层。经相同粉体材料破碎检验，再制造辊使用时间是原辊的3.5倍。

合金元素的重量百分数是：C：0.8％；Mn：15.0％；Cr：14.0％；Ni：3.5％；W：4.5％；；Si：0.8％；Zr：0.08％；Ce：0.05％；Fe：余量。

其熔覆工艺参数是：功率：4000W，焦距：300～400mm，光斑直径：3～6mm，扫描速度：240～400mm/min，置粉厚度：0.3～0.8mm。

实例2：

用性能稳定的5000W CO2激光器，在辊式破碎机辊面(牌号ZGMn13-4)上熔覆设计的铁基高铬高锰合金粉末，构成防护涂层。经相同粉体材料破碎检验，再制造辊使用时间是原辊的3.8倍。

合金元素的重量百分数是：C：1.0％；Mn：16.5％；Cr：16.0％；Ni：4.5％；W：5.5％；；Si：1.0％；Zr：0.1％；Ce：0.06％；Fe：余量。

其熔覆工艺参数是：功率：4000W，焦距：300～400mm，光斑直径：3～6mm，扫描速度：240～400mm/min，置粉厚度：0.3～0.8mm。

Claims (1)

1.一种辊式破碎机辊面激光强化涂层粉末材料，其特征在于是在铁基高锰合金基础上通过添加Cr、W、Ni、Si元素，形成WC强化相进行合金基体强化，并在上述合金成分基础上，添加元素Zr和微量稀土元素Ce进行基体晶粒细化和晶界强化而制成，其中各组分的加入量按重量百分数为：

C  0.8% ， Mn  15.0% ，Cr  14.0% ，Ni  3.5% ， W  4.5% ，Si  0.8% ，Zr  0.08% ， Ce  0.05% ，Fe  余量；或

C  1.0% ， Mn  16.5% ，Cr  16.0% ，Ni  4.5% ， W  5.5% ，Si  1.0% ，Zr  0.1% ， Ce  0.06% ，Fe  余量。