CN104087841A - 一种高韧性涂层磨段 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高韧性涂层磨段，包括基质和涂层，基质的组分按重量百分比包括：碳：1.3-1.6％，铬：19-23％，钙：0.5-1.2％，锰：0.9-1.1％，铝：1.2-2.3％，硼：0.2-0.5％，硅：0.9-1.3％，镁：0.7-1.2％，钛：1.1-1.4％，硫：0.01-0.04％，磷：0.02-0.03％，余量为铁和杂质；利用等离子喷涂系统在基质表面喷涂厚度为105-109μm的纯镍结合层和厚度为208-212μm的Al2O3/AlN陶瓷层得到高韧性涂层磨段。本发明耐热耐腐蚀，可在多种环境下使用，耐磨性能好，硬度可达70HRC以上，冲击韧性可达7J/cm2，满足实际使用过程中对磨段的要求。
Description
技术领域
本发明涉及磨段技术领域，尤其涉及一种高韧性涂层磨段。
背景技术
球磨机是工业生产中广泛使用的高细磨机械之一。球磨机磨段是球磨机设备研磨物料介质，通过球磨机磨段之间、磨段与物料之间的碰撞摩擦产生磨削作用，从而将物料的粒径进一步减小。现有技术中，球磨机的磨介磨段主要是铬系合金、锰系合金等球磨铸钢件或球磨铸铁件，如高铬磨段、低铬磨段、多元合金磨段和钒钛铬合金磨段等，其工作对象多为水泥、煤炭、矿石、煤渣等。磨煤机磨段在使用时的硬度和耐磨性是影响磨煤机整形效果的主要因素之一。为了提高破碎效率和磨段的耐用度，需要磨段表面有足够的硬度和耐磨度。同时，在研磨过程中，磨段与磨料、磨段与衬板以及磨段与磨段之间发生的冲撞不可避免，因此，还要求磨段有一定的韧性，避免破裂，这就对磨段的成分提出高等级的要求。
发明内容
基本背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高韧性涂层磨段，耐热耐腐蚀，可在多种环境下使用，耐磨性能好，硬度可达70HRC以上，冲击韧性可达7J/cm2，满足实际使用过程中对磨段的要求。
本发明提出的一种高韧性涂层磨段，按照如下步骤制得：
S1、熔炼：将废钢、铬铁合金、水泥、生铁、锰锭、铝锭和硼砂依次放入感应炉中，向感应炉中通入氩气使感应炉中氧含量小于4％，氩气流速为20-25L/min,关闭炉门后将感应炉温度升至2500-2700℃，待上述原料全部熔化后，打开炉门加入镁锭、钛锭、粒径为55-60μm的碳粉和粒径为30-50μm的硅粉，再次关闭炉门将感应炉温度升至2700-3000℃保温3-4h，保温过程中抽真空维持负压为0.3-0.4kPa，再次打开炉门捞出浮在液体表面的炉渣后，感应炉中剩余液体为基质合金液；
S2、检测：检测基质合金液的组分含量，各元素按重量百分比包括：碳：1.3-1.6％，铬：19-23％，钙：0.5-1.2％，锰：0.9-1.1％，铝：1.2-2.3％，硼：0.2-0.5％，硅：0.9-1.3％，镁：0.7-1.2％，钛：1.1-1.4％，硫：0.01-0.04％，磷：0.02-0.03％，余量为铁和不可避免的杂质；
S3、浇注：将基质合金液出炉向模具中进行浇注，浇注温度为2400-2500℃，冷却至320-350℃得到圆柱型合金基质A；
S4、热处理：将圆柱型合金基质A放入电炉内，向电炉内通入氩气使电炉中氧含量小于5％，氩气流速为5-8L/min，将电炉温度升温至1200-1300℃，升温过程符合T＝20+lg(t-1)，T为温度，T单位为℃，t为时间，t单位为min，保温3-5h后，将保温后的圆柱型合金基质A取出置于温度为160-200℃的硝酸盐溶液中，待硝酸盐溶液的温度升至260-320℃进行保温，保温时间为Xmin，然后取出空气冷却至室温得到圆柱型合金基质B，X＝2.4R+(3～6)，其中R为圆柱型合金基质A的半径，R的单位为mm，所述硝酸盐溶液为按摩尔份数将1-3份硝酸镁、2-6份硝酸钾和3-7份硝酸钠加入8-15份水中充分搅拌所得；
S5、预处理：将圆柱型合金基质B在室温下浸入水中5-10min，取出干燥后浸入丙酮中并用超声清洗机进行清洗，清洗时间为15-20min，清洗温度为55-65℃，再次取出干燥后在室温下浸入乙醚中10-15min，然后取出置于真空室中进行干燥后，用喷砂机对表面进行粗化处理得到圆柱型合金基质C，圆柱型合金基质C的粗糙度为4-6μm；；
S6、喷涂涂层：利用等离子喷涂系统在圆柱型合金基质C表面喷涂一层厚度为105-109μm的纯镍结合层后，再在纯铝结合层的表面喷涂一层厚度为208-212μm陶瓷层得到高韧性涂层磨段，其中纯镍结合层的原料为粒径20-30μm的镍粉，陶瓷层的原料为粒径45-55μm的Al2O3和AlN混合粉料，Al2O3和AlN的质量比为45-50：50-55，等离子喷涂系统的参数如下：电流600-650A，电压为50V，氩气的流量为50-52L/min，氢气的流量为25-26L/min，原料送粉率为1.6-1.8kg/h。
优选地，S2中，检测基质合金液的组分含量，各元素按重量百分比包括：碳：1.4％，铬：21％，钙：0.8％，锰：1％，铝：2％，硼：0.4％，硅：1.1％，镁：1％，钛：1.2％，硫：0.03％，磷：0.02％，余量为铁和不可避免的杂质。
优选地，S4中，将圆柱型合金基质A放入电炉内，向电炉内通入氩气使电炉中氧含量小于5％，氩气流速为7L/min，将电炉温度升温至1250℃，升温过程符合T＝20+lg(t-1)，T为温度，T单位为℃，t为时间，t单位为min，保温4h后，将保温后的圆柱型合金基质A取出置于温度为180℃的硝酸盐溶液中，待硝酸盐溶液的温度升至300℃进行保温，保温时间为Xmin，然后取出空气冷却至室温得到圆柱型合金基质B，X＝2.4R+5，其中R为圆柱型合金基质A的半径，R的单位为mm，所述硝酸盐溶液为按摩尔份数将2份硝酸镁、4份硝酸钾和5份硝酸钠加入10份水中充分搅拌所得。
优选地，S6中，利用等离子喷涂系统在圆柱型合金基质C表面喷涂一层厚度为107μm的纯镍结合层后，再在纯铝结合层的表面喷涂一层厚度为210μm陶瓷层得到高韧性涂层磨段，其中纯镍结合层的原料为粒径20-30μm的镍粉，陶瓷层的原料为粒径45-55μm的Al2O3和AlN混合粉料，Al2O3和AlN的质量比为47：53，等离子喷涂系统的参数如下：电流630A，电压为50V，氩气的流量为51L/min，氢气的流量为25.5L/min，原料送粉率为1.7kg/h。
在由铁矿石生产各种铁或铁合金时，由于铁矿中往往伴生有磷、硫等金属或非金属矿，导致最终的铁或铁合金中含有磷、硫等元素以及难以避免的杂质。
本发明采用废钢、铬铁合金、水泥、生铁、锰锭、铝锭和硼砂配合作为圆柱型合金基质的主料，完成本发明对于圆柱型基质密度高和冲击韧性高的要求，提高磨段在使用中磨削效率，加强磨段的耐用性；镁锭、钛锭、粒径为55-60μm的碳粉、粒径为30-50μm的硅粉和熔炼前通入的氩气相互配合，可减少熔炼中合金液与氧气接触，减少合金基质中氧化物的含量，进一步提高磨段的使用寿命；在热处理中采用硝酸盐溶液进行等温淬火，先将温度升高，升温过程符合T＝20+lg(t-1)，圆柱型合金基质升温速率先快后慢，先使圆柱型合金基质的温度快速达到奥氏体温度区，再降低圆柱型合金基质的升温速率使圆柱型合金基质中的奥氏体均匀分布，再利用硝酸盐溶液的高比热容进行快速降温，使奥氏体转化成贝氏体，大幅度提高圆柱型合金基质的韧性，冲击韧性可达7J/cm2，经多次试验证明硝酸镁、硝酸钾、硝酸钠和水的摩尔比为1-3：2-6：3-7：8-15时在260-320℃比热容最大，可以大量吸收圆柱型合金基质的热能，达到快速降温的效果，而又通过多次试验对比得出降温时间与圆柱型合金基质的半径存在线性函数关系，依据此线性函数得出的降温时间，可使圆柱型合金基质的韧性达到最高；对圆柱型合金基质进行清洗和硼砂预处理，使涂层与基质结合更加紧密；采用等离子喷涂的方法在圆柱型合金基质表面喷涂纯镍结合层和Al2O3/AlN陶瓷层,其中陶瓷层中的Al2O3和AlN质量比为45-50：50-55，Al2O3/AlN陶瓷层厚度为208-212μm，利用铝的氮化物和氧化物提高磨段耐磨性能，满足实际使用过程中对磨段的要求，经检测发现磨段硬度可达70HRC以上，适用于大部分材料的研磨，而Al2O3/AlN陶瓷层在磨段表面形成致密的保护膜，显著提高耐热、耐腐蚀和耐氧化的性能，使本发明更适用于湿法研磨，还提高本发明的使用寿命，间接降低了使用成本。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种高韧性涂层磨段，按照如下步骤制得：
S1、熔炼：将废钢、铬铁合金、水泥、生铁、锰锭、铝锭和硼砂依次放入感应炉中，向感应炉中通入氩气使感应炉中氧含量为3％，氩气流速为20L/min,关闭炉门后将感应炉温度升至2700℃，待上述原料全部熔化后，打开炉门加入镁锭、钛锭、粒径为55-60μm的碳粉和粒径为30-50μm的硅粉，再次关闭炉门将感应炉温度升至2700℃保温4h，保温过程中抽真空维持负压为0.3kPa，再次打开炉门捞出浮在液体表面的炉渣后，感应炉中剩余液体为基质合金液；
S2、检测：检测基质合金液的组分含量，各元素按重量百分比包括：碳：1.6％，铬：19％，钙：1.2％，锰：0.9％，铝：2.3％，硼：0.2％，硅：1.3％，镁：0.7％，钛：1.4％，硫：0.01％，磷：0.03％，余量为铁和不可避免的杂质；
S3、浇注：将基质合金液出炉向模具中进行浇注，浇注温度为2400℃，冷却至350℃得到圆柱型合金基质A；
S4、热处理：将圆柱型合金基质A放入电炉内，向电炉内通入氩气使电炉中氧含量为3％，氩气流速为8L/min，将电炉温度升温至1300℃，升温过程符合T＝20+lg(t-1)，T为温度，T单位为℃，t为时间，t单位为min，保温3h后，将保温后的圆柱型合金基质A取出置于温度为200℃的硝酸盐溶液中，待硝酸盐溶液的温度升至260℃进行保温，保温时间为Xmin，然后取出空气冷却至室温得到圆柱型合金基质B，X＝2.4R+3，其中R为圆柱型合金基质A的半径，R的单位为mm，所述硝酸盐溶液为按摩尔份数将3份硝酸镁、2份硝酸钾和7份硝酸钠加入8份水中充分搅拌所得；
S5、预处理：将圆柱型合金基质B在室温下浸入水中10min，取出干燥后浸入丙酮中并用超声清洗机进行清洗，清洗时间为15min，清洗温度为65℃，再次取出干燥后在室温下浸入乙醚中10min，然后取出置于真空室中进行干燥后，用喷砂机对表面进行粗化处理得到圆柱型合金基质C，圆柱型合金基质C的粗糙度为6μm；；
S6、喷涂涂层：利用等离子喷涂系统在圆柱型合金基质C表面喷涂一层厚度为105μm的纯镍结合层后，再在纯铝结合层的表面喷涂一层厚度为212μm陶瓷层得到高韧性涂层磨段，其中纯镍结合层的原料为粒径20-30μm的镍粉，陶瓷层的原料为粒径45-55μm的Al2O3和AlN混合粉料，Al2O3和AlN的质量比为45：55，等离子喷涂系统的参数如下：电流600A，电压为50V，氩气的流量为52L/min，氢气的流量为25L/min，原料送粉率为1.8kg/h。
实施例2
本发明提出的一种高韧性涂层磨段，按照如下步骤制得：
S1、熔炼：将废钢、铬铁合金、水泥、生铁、锰锭、铝锭和硼砂依次放入感应炉中，向感应炉中通入氩气使感应炉中氧含量为2％，氩气流速为25L/min,关闭炉门后将感应炉温度升至2500℃，待上述原料全部熔化后，打开炉门加入镁锭、钛锭、粒径为55-60μm的碳粉和粒径为30-50μm的硅粉，再次关闭炉门将感应炉温度升至3000℃保温3h，保温过程中抽真空维持负压为0.4kPa，再次打开炉门捞出浮在液体表面的炉渣后，感应炉中剩余液体为基质合金液；
S2、检测：检测基质合金液的组分含量，各元素按重量百分比包括：碳：1.3％，铬：23％，钙：0.5％，锰：1.1％，铝：1.2％，硼：0.5％，硅：0.9％，镁：1.2％，钛：1.1％，硫：0.04％，磷：0.02％，余量为铁和不可避免的杂质；
S3、浇注：将基质合金液出炉向模具中进行浇注，浇注温度为2500℃，冷却至320℃得到圆柱型合金基质A；
S4、热处理：将圆柱型合金基质A放入电炉内，向电炉内通入氩气使电炉中氧含量为4％，氩气流速为5L/min，将电炉温度升温至1200℃，升温过程符合T＝20+lg(t-1)，T为温度，T单位为℃，t为时间，t单位为min，保温5h后，将保温后的圆柱型合金基质A取出置于温度为160℃的硝酸盐溶液中，待硝酸盐溶液的温度升至320℃进行保温，保温时间为Xmin，然后取出空气冷却至室温得到圆柱型合金基质B，X＝2.4R+6，其中R为圆柱型合金基质A的半径，R的单位为mm，所述硝酸盐溶液为按摩尔份数将1份硝酸镁、6份硝酸钾和3份硝酸钠加入15份水中充分搅拌所得；
S5、预处理：将圆柱型合金基质B在室温下浸入水中5min，取出干燥后浸入丙酮中并用超声清洗机进行清洗，清洗时间为20min，清洗温度为55℃，再次取出干燥后在室温下浸入乙醚中15min，然后取出置于真空室中进行干燥后，用喷砂机对表面进行粗化处理得到圆柱型合金基质C，圆柱型合金基质C的粗糙度为4μm；；
S6、喷涂涂层：利用等离子喷涂系统在圆柱型合金基质C表面喷涂一层厚度为109μm的纯镍结合层后，再在纯铝结合层的表面喷涂一层厚度为208μm陶瓷层得到高韧性涂层磨段，其中纯镍结合层的原料为粒径20-30μm的镍粉，陶瓷层的原料为粒径45-55μm的Al2O3和AlN混合粉料，Al2O3和AlN的质量比为50：50，等离子喷涂系统的参数如下：电流650A，电压为50V，氩气的流量为50L/min，氢气的流量为26L/min，原料送粉率为1.6kg/h。
实施例3
本发明提出的一种高韧性涂层磨段，按照如下步骤制得：
S1、熔炼：将废钢、铬铁合金、水泥、生铁、锰锭、铝锭和硼砂依次放入感应炉中，向感应炉中通入氩气使感应炉中氧含量为3.5％，氩气流速为23L/min,关闭炉门后将感应炉温度升至2600℃，待上述原料全部熔化后，打开炉门加入镁锭、钛锭、粒径为55-60μm的碳粉和粒径为30-50μm的硅粉，再次关闭炉门将感应炉温度升至2800℃保温3.5h，保温过程中抽真空维持负压为0.35kPa，再次打开炉门捞出浮在液体表面的炉渣后，感应炉中剩余液体为基质合金液；
S2、检测：检测基质合金液的组分含量，各元素按重量百分比包括：碳：1.4％，铬：21％，钙：0.8％，锰：1％，铝：2％，硼：0.4％，硅：1.1％，镁：1％，钛：1.2％，硫：0.03％，磷：0.02％，余量为铁和不可避免的杂质；
S3、浇注：将基质合金液出炉向模具中进行浇注，浇注温度为2450℃，冷却至340℃得到圆柱型合金基质A；
S4、热处理：将圆柱型合金基质A放入电炉内，向电炉内通入氩气使电炉中氧含量为4.5％，氩气流速为7L/min，将电炉温度升温至1250℃，升温过程符合T＝20+lg(t-1)，T为温度，T单位为℃，t为时间，t单位为min，保温4h后，将保温后的圆柱型合金基质A取出置于温度为180℃的硝酸盐溶液中，待硝酸盐溶液的温度升至300℃进行保温，保温时间为Xmin，然后取出空气冷却至室温得到圆柱型合金基质B，X＝2.4R+5，其中R为圆柱型合金基质A的半径，R的单位为mm，所述硝酸盐溶液为按摩尔份数将2份硝酸镁、4份硝酸钾和5份硝酸钠加入10份水中充分搅拌所得；
S5、预处理：将圆柱型合金基质B在室温下浸入水中8min，取出干燥后浸入丙酮中并用超声清洗机进行清洗，清洗时间为17min，清洗温度为60℃，再次取出干燥后在室温下浸入乙醚中12min，然后取出置于真空室中进行干燥后，用喷砂机对表面进行粗化处理得到圆柱型合金基质C，圆柱型合金基质C的粗糙度为5μm；；
S6、喷涂涂层：利用等离子喷涂系统在圆柱型合金基质C表面喷涂一层厚度为107μm的纯镍结合层后，再在纯铝结合层的表面喷涂一层厚度为210μm陶瓷层得到高韧性涂层磨段，其中纯镍结合层的原料为粒径20-30μm的镍粉，陶瓷层的原料为粒径45-55μm的Al2O3和AlN混合粉料，Al2O3和AlN的质量比为47：53，等离子喷涂系统的参数如下：电流630A，电压为50V，氩气的流量为51L/min，氢气的流量为25.5L/min，原料送粉率为1.7kg/h。
实施例1-3中等离子喷涂系统为SulzerMetco公司生产的9MC等离子喷涂系统。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种高韧性涂层磨段，其特征在于，按照如下步骤制得：
S1、熔炼：将废钢、铬铁合金、水泥、生铁、锰锭、铝锭和硼砂依次放入感应炉中，向感应炉中通入氩气使感应炉中氧含量小于4％，氩气流速为20-25L/min,关闭炉门后将感应炉温度升至2500-2700℃，待上述原料全部熔化后，打开炉门加入镁锭、钛锭、粒径为55-60μm的碳粉和粒径为30-50μm的硅粉，再次关闭炉门将感应炉温度升至2700-3000℃保温3-4h，保温过程中抽真空维持负压为0.3-0.4kPa，再次打开炉门捞出浮在液体表面的炉渣后，感应炉中剩余液体为基质合金液；
S2、检测：检测基质合金液的组分含量，各元素按重量百分比包括：碳：1.3-1.6％，铬：19-23％，钙：0.5-1.2％，锰：0.9-1.1％，铝：1.2-2.3％，硼：0.2-0.5％，硅：0.9-1.3％，镁：0.7-1.2％，钛：1.1-1.4％，硫：0.01-0.04％，磷：0.02-0.03％，余量为铁和不可避免的杂质；
S3、浇注：将基质合金液出炉向模具中进行浇注，浇注温度为2400-2500℃，冷却至320-350℃得到圆柱型合金基质A；
S4、热处理：将圆柱型合金基质A放入电炉内，向电炉内通入氩气使电炉中氧含量小于5％，氩气流速为5-8L/min，将电炉温度升温至1200-1300℃，升温过程符合T＝20+lg(t-1)，T为温度，T单位为℃，t为时间，t单位为min，保温3-5h后，将保温后的圆柱型合金基质A取出置于温度为160-200℃的硝酸盐溶液中，待硝酸盐溶液的温度升至260-320℃进行保温，保温时间为Xmin，然后取出空气冷却至室温得到圆柱型合金基质B，X＝2.4R+(3～6)，其中R为圆柱型合金基质A的半径，R的单位为mm，所述硝酸盐溶液为按摩尔份数将1-3份硝酸镁、2-6份硝酸钾和3-7份硝酸钠加入8-15份水中充分搅拌所得；
S5、预处理：将圆柱型合金基质B在室温下浸入水中5-10min，取出干燥后浸入丙酮中并用超声清洗机进行清洗，清洗时间为15-20min，清洗温度为55-65℃，再次取出干燥后在室温下浸入乙醚中10-15min，然后取出置于真空室中进行干燥后，用喷砂机对表面进行粗化处理得到圆柱型合金基质C，圆柱型合金基质C的粗糙度为4-6μm；；
S6、喷涂涂层：利用等离子喷涂系统在圆柱型合金基质C表面喷涂一层厚度为105-109μm的纯镍结合层后，再在纯铝结合层的表面喷涂一层厚度为208-212μm陶瓷层得到高韧性涂层磨段，其中纯镍结合层的原料为粒径20-30μm的镍粉，陶瓷层的原料为粒径45-55μm的Al2O3和AlN混合粉料，Al2O3和AlN的质量比为45-50：50-55，等离子喷涂系统的参数如下：电流600-650A，电压为50V，氩气的流量为50-52L/min，氢气的流量为25-26L/min，原料送粉率为1.6-1.8kg/h。
2.如权利要求1所述高韧性涂层磨段，其特征在于，S2中，检测基质合金液的组分含量，各元素按重量百分比包括：碳：1.4％，铬：21％，钙：0.8％，锰：1％，铝：2％，硼：0.4％，硅：1.1％，镁：1％，钛：1.2％，硫：0.03％，磷：0.02％，余量为铁和不可避免的杂质。
3.如权利要求1或2所述高韧性涂层磨段，其特征在于，S4中，将圆柱型合金基质A放入电炉内，向电炉内通入氩气使电炉中氧含量小于5％，氩气流速为7L/min，将电炉温度升温至1250℃，升温过程符合T＝20+lg(t-1)，T为温度，T单位为℃，t为时间，t单位为min，保温4h后，将保温后的圆柱型合金基质A取出置于温度为180℃的硝酸盐溶液中，待硝酸盐溶液的温度升至300℃进行保温，保温时间为Xmin，然后取出空气冷却至室温得到圆柱型合金基质B，X＝2.4R+5，其中R为圆柱型合金基质A的半径，R的单位为mm，所述硝酸盐溶液为按摩尔份数将2份硝酸镁、4份硝酸钾和5份硝酸钠加入10份水中充分搅拌所得。
4.如权利要求1或2或3所述高韧性涂层磨段，其特征在于，S6中，利用等离子喷涂系统在圆柱型合金基质C表面喷涂一层厚度为107μm的纯镍结合层后，再在纯铝结合层的表面喷涂一层厚度为210μm陶瓷层得到高韧性涂层磨段，其中纯镍结合层的原料为粒径20-30μm的镍粉，陶瓷层的原料为粒径45-55μm的Al2O3和AlN混合粉料，Al2O3和AlN的质量比为47：53，等离子喷涂系统的参数如下：电流630A，电压为50V，氩气的流量为51L/min，氢气的流量为25.5L/min，原料送粉率为1.7kg/h。
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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 | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A High Toughness Coating Grinding Section Granted publication date: 20160120 Pledgee: China Construction Bank Corporation Ningguo sub branch Pledgor: NINGGUO DONGFANG MILLING MATERIAL CO.,LTD. Registration number: Y2024980000461 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |