CN103231036A - 一种离心内表面复合过流件及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种离心力内表面复合过流件及其制备工艺，属于新材料技术领域。制得的离心力内表面复合过流件的结构为在普通过流件的内表面复合一层硬质陶瓷颗粒层。技术方案是将熔融的金属基体浇注进行离心铸造过流件，待金属基体浇注一半时，将硬质陶瓷颗粒随着剩下的金属基体加入已浇注的金属基体中，硬质陶瓷颗粒随金属液进入离心铸造机，浇注完毕后，向过流件中通入冷却水直到冷却至常温即可得到离心力内表面复合过流件。本发明的复合制备工艺可控性强，成品率高，生产质量稳定，便于工业化大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种离心力内表面复合过流件及其制备工艺，属于新材料技术领域。
背景技术
过流件在输送矿料、矿浆时有重要的应用和地位，其内表层需要承受所输送物的摩擦和挤压，所以需要很高的耐磨性，而外表层又需要有很高的韧性。目前国内采用的一般为内衬陶瓷管的钢管或者超高分子的聚乙烯管。但是这两种管道存在制作工艺复杂、成本上过高的问题。选用科学、合理的材料和制造工艺，生产使用寿命更高的过流件，对提高生产效率、降低生产成本都有重要的意义。
CN201925669U公开了一种高耐磨复合输送管道，它是以碳素钢管为外层，并在内表面堆焊均匀分布的高钨铬镍硅合金药芯焊丝耐磨层。该方法工艺复杂，产能不高。CN202188238U公开了一种耐磨耐腐蚀输送管道，其特征是具有层状结构，从外到里由钢管基体、金属合金过渡层和超硬材料颗粒组成。该方法制成的产品虽然能显著提高其使用寿命，但是制作过程太过复杂。CN2250343公开了一种灰渣输送管道，其特点是管体为双层复合结构，在耐磨内衬管的外周壁上缠绕固化一层以玻璃纤维为增强材料，以热固性树脂为基体的玻璃钢外管壳层。CN1111291公开了一种耐腐蚀耐热钢内衬的复合钢管制造技术，特征在于采用铝热—离心法。该方法制成的产品在制造的实际过程中总会产生不同程度的裂纹，影响产品性能，并且其管道易碎，安装不便。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足，提供一种离心力内表面复合过流件及其制备工艺，采用氧化铝陶瓷颗粒等密度远小于金属基体的陶瓷颗粒为增强颗粒，以具备高可操作性的简单制备工艺，把硬质陶瓷颗粒复合在过流件的内表面，使过流件既具有基材金属的强度和韧性，又有陶瓷硬质颗粒的高硬度和高耐磨性，能够同时承受冲击力和强烈磨损，具有很高的性价比，也适合工业化大规模生产，过流件的使用寿命比普通过流件提高5～8倍。
本发明制得的离心力内表面复合过流件的结构为在普通过流件的内表面复合一层硬质陶瓷颗粒层。
所述硬质陶瓷颗粒层的成分是三氧化二铝、碳化硅或碳化钛，硬质陶瓷颗粒粒径为178～630μm，硬质陶瓷颗粒层（复合层）的厚度为1～5mm。
所述金属基体为铸铁或铸钢。
本发明制备的离心力内表面复合过流件技术方案是：将熔融的金属基体浇注进行离心铸造过流件，待金属基体浇注一半时，将硬质陶瓷颗粒随着剩下的金属基体加入已浇注的金属基体中，硬质陶瓷颗粒随金属液进入离心铸造机，浇注完毕后，向过流件中通入冷却水直到冷却至常温即可得到离心力内表面复合过流件。
所述硬质陶瓷颗粒的加入量根据离心内表面复合过流件需要的复合层的厚度确定： 
，其中
为铸件的长度，为铸件内表面半径，
为所需复合层的厚度，ρ为硬质陶瓷颗粒的密度，
的取值范围为
（与复合层陶瓷颗粒的体积分数相关）。
所述离心铸造机工作时转速为
，其中为铸件内表面半径，
为金属基体有效密度与实际密度的比值。
本发明的原理是在基材金属的热作用和离心力作用下，陶瓷颗粒间隙中充满基材金属，并且陶瓷颗粒会在离心力、浮力、阻力和重力的共同作用下向内表面移动并充分搅拌，在移动过程中金属液充分包覆陶瓷颗粒。在离心力作用下金属基体和陶瓷颗粒良好结合并分层，构成了耐磨性与强韧性良好匹配的内表面复合材料过流件。
本发明的有益效果是：
（1）由于三氧化二铝等陶瓷颗粒具有很高的硬度，一般是传统金属材料硬度的4~5倍，因此复合到过流件内表面后，能够成为良好的抗磨复合表层，以抵制物料在过流件内表面运动时对过流件的切削和凿削，提高过流件的使用寿命，比普通过流件提高5~8倍。
（2）硬质陶瓷颗粒复合厚度可根据实际工况条件需要，在1~5mm范围内进行自由设计，实现对过流件生产成本的控制，获得很高的性价比。
（3）利用了离心铸造机的离心力，在过流件的铸造过程中即加入三氧化二铝或其他陶瓷颗粒，使过流件的内表面复合上陶瓷颗粒，简化了制作工艺节省了能源。
（4）陶瓷颗粒在离心力、阻力、浮力和重力的共同作用下和金属液充分接触并搅拌，金属液包覆住陶瓷颗粒，可以显著提高过流件内表面的耐磨性和韧性。
（5）本发明的复合制备工艺可控性强，成品率高，生产质量稳定，便于工业化大规模生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施方式一：本实施方式制备的离心力内表面复合过流件的结构为HT300基金属基体过流件的内表面复合一层三氧化二铝硬质陶瓷颗粒层、粒径为178～520μm、厚度为2mm。
本实施方式具体制备方法如下：将熔融的HT300基金属基体浇注进行离心铸造过流件（离心铸造机工作时转速为
，其中
为铸件内表面半径7cm，
为HT300基金属基体有效密度与实际密度的比值63），待HT300基金属基体浇注一半时，将三氧化二铝硬质陶瓷颗粒随着剩下的金属基体加入已浇注的HT300基金属基体中（三氧化二铝硬质陶瓷颗粒的加入量根据离心内表面复合过流件需要的复合层的厚度确定：，其中
为铸件的长度15cm，
为铸件内表面半径7cm，
为所需复合层的厚2mm，ρ为密度7.4kg/m3，
的取值范围为
），三氧化二铝硬质陶瓷颗粒随金属液进入离心铸造机，浇注完毕后，向过流件中通入冷却水直到冷却至常温即可得到离心力内表面复合过流件。
实施方式二：本实施方式制备的离心力内表面复合过流件的结构为金属基体过流件的内表面复合一层碳化硅硬质陶瓷颗粒层；碳化硅硬质陶瓷颗粒粒径为178～630μm、厚度为1mm；金属基体过流件的材料为铸钢。
本实施方式的具体制备方法如下：将熔融的金属基体浇注进行离心铸造过流件（离心铸造机工作时转速为
，其中
为铸件内表面半径7cm，为金属基体有效密度与实际密度的比值62），待金属基体浇注一半时，将硬质陶瓷颗粒随着剩下的金属基体加入已浇注的金属基体中（硬质陶瓷颗粒的加入量根据离心内表面复合过流件需要的复合层的厚度确定：
，其中为铸件的长度18cm，
为铸件内表面半径6cm，为所需复合层的厚度1mm，ρ为密度3.2g/cm3，
的取值范围为
），碳化硅硬质陶瓷颗粒随金属液进入离心铸造机，浇注完毕后，向过流件中通入冷却水直到冷却至常温即可得到离心力内表面复合过流件。
实施方式三：本实施方式制备的离心力内表面复合过流件的结构为金属基体过流件的内表面复合一层硬质陶瓷颗粒层；硬质陶瓷颗粒层的成分碳化钛，硬质陶瓷颗粒粒径为400～630μm，硬质陶瓷颗粒层的厚度为5mm；金属基体过流件的材料Q235钢基。
本实施方式的具体制备方法如下：将熔融的金属基体浇注进行离心铸造过流件（离心铸造机工作时转速为
，其中
为铸件内表面半径10cm，
为金属基体有效密度与实际密度的比值），待金属基体浇注一半时，将碳化钛硬质陶瓷颗粒随着剩下的金属基体加入已浇注的金属基体中（碳化钛硬质陶瓷颗粒的加入量根据离心内表面复合过流件需要的复合层的厚度确定：
，其中
为铸件的长度20cm，
为铸件内表面半径10cm，
为所需复合层的厚度5mm，ρ为密度4.93g/cm3，的取值范围为
），碳化钛硬质陶瓷颗粒随金属液进入离心铸造机，浇注完毕后，向过流件中通入冷却水直到冷却至常温即可得到离心力内表面复合过流件。
以上对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种离心力内表面复合过流件，其特征在于：离心力内表面复合过流件的结构为金属基体过流件的内表面复合一层硬质陶瓷颗粒层。
2.根据权利要求1所述的离心力内表面复合过流件，其特征在于：所述硬质陶瓷颗粒层的成分是三氧化二铝、碳化硅或碳化钛，硬质陶瓷颗粒粒径为178～630μm，硬质陶瓷颗粒层的厚度为1～5mm。
3.根据权利要求1所述的离心力内表面复合过流件，其特征在于：所述金属基体过流件的材料为铸铁或铸钢。
4.一种如权利要求1所述的离心力内表面复合过流件的制备工艺，其特征在于具体步骤包括如下：将熔融的金属基体浇注进行离心铸造过流件，待金属基体浇注一半时，将硬质陶瓷颗粒随着剩下的金属基体加入已浇注的金属基体中，硬质陶瓷颗粒随金属液进入离心铸造机，浇注完毕后，向过流件中通入冷却水直到冷却至常温即可得到离心力内表面复合过流件。
5.根据权利要求4所述的离心力内表面复合过流件的制备工艺，其特征在于：所述硬质陶瓷颗粒的加入量根据离心内表面复合过流件需要的复合层的厚度确定： 
，其中
为铸件的长度，
为铸件内表面半径，为所需复合层的厚度，ρ为密度，
的取值范围为
。
6.根据权利要求4所述的离心力内表面复合过流件的制备工艺，其特征在于：所述离心铸造机工作时转速为
，其中
为铸件内表面半径，
为金属基体有效密度与实际密度的比值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20130807 |