CN104525910B - 耐磨管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种耐磨管，其工作部位的表面具有一种碳化物涂层，并且提供一种用于获得上述耐磨管的制备方法。所述耐磨管，在其内腔表面工作部位具有碳化物涂层。所述准单晶WC致密陶瓷层、微米WC陶瓷层及WC与基体的复合层由外向内依次呈梯度分布，其被施加于碳钢表面。可被施加于碳钢表面。本发明通过铸造得到的基体与钨复合体，外引入外碳源，并加热、保温，从而在基体表面形成碳化物涂层，所述涂层与基体之间为冶金结合，结合力很强，克服了现有硬质颗粒与金属基体间非冶金结合，结合力很弱，颗粒容易脱落的问题，大幅度提高了耐磨管工作表面的耐磨性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有耐磨涂层的耐磨管及其制备方法，尤其涉及一种具有碳化物涂层的复合耐磨管及其制备方法，具体涉及一种应用于碳钢表面的碳化物涂层复合耐磨管及其制备方法。
背景技术
在矿山、冶金、电力、煤炭等行业中，物料的远距离强力输送非常普遍，尤其是在重介质选煤系统中，由于介质管道输送的是硬度大、磨损性强的介质悬浮液，对有压给料的旋流器入料管，除了输送介质悬浮液以外，还包括煤及矸石。因此，与煤泥水输送管道相比，介质管道磨损速度很快。特别是有压管，如旋流器、脱介筛的入料管等。依管道材料和流动方式不同，一般的金属管材使用寿命大约在几个月到1年左右。管道的严重磨损不仅造成大量的材料浪费和介质的跑、冒、滴、漏，而且频繁的管道维修更换，增加了工人的劳动强度，加大了生产成本。
近年来，耐磨技术与耐磨材料的开发飞速发展，耐磨管技术除了在金属矿山、建筑、电厂等领域应用之外，在重介质选煤领域也得到广泛推广。大大延长了重介质管路输送系统的使用寿命，减少了维修工作量和材料消耗，推动了重介质选煤技术的快速发展。因此，单一材料所制备的耐磨管难以满足要求，使产品寿命大大降低，严重造成浪费。为了提高耐磨管的使用寿命，各国在耐磨管材料的研制、开发方面做了大量工作。目前，常用的耐磨管道主要有铸石管、陶瓷复合管、超耐磨复合管、合金耐磨管等。由于铸石管密度高，脆性大，不耐冲击，易破碎，生产工艺复杂，安装维修不方便，限制了其进一步的推广应用；陶瓷复合管所采用的自蔓高温合成离心机制造，导致其陶瓷层不致密，且与基体结合强度欠佳，严重影响使用寿命。
碳化物材料的涂层是现阶段使用较多一种材料，其具有硬度高、耐磨损性能优越的特点，以涂层方式覆盖在金属合金基体表面可以提高由基体材料制备的零部件的耐磨性与寿命。碳化物材料具有硬度高、耐磨损性能优越的特点。其中WC是一种常见涂层材料，其有如下特点特性：
(1)碳化钨具有高强度、高硬度及高模量；
(2)WC韧性好、抗冲击载荷及抗磨性好，与基体结合具有较好的抗界面腐蚀能力，而且它与钢铁润湿性好，二者之间的润湿角为零；
(3)其次，我国是钨的富产国，所以选择WC作为增强相在技术、经济和社会效益上都十分合适。
因此，WC涂层被广泛地用作无屑冷热金属加工工具、切削刀具、各种模具、耐磨耐热耐蚀零件表面等。
目前金属材料表面涂层技术有：激光熔覆法、高温自蔓延烧结技术、粉末冶金技术、材料气相沉积技术(包括：化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD))等，但这些方法，存在生产设备要求苛刻、生产效率低、涂层结合强度低等不足。
因此如何在耐磨管工作表面获得WC相的涂层，并且选择一种生产设备简单、工艺流程短的制备方法，获得与基体结合力好、不易脱落且力学性能、耐磨性能优异的涂层是亟待解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种复合耐磨管，其工作部位的表面具有一种耐磨涂层，而管体仍为碳钢基体，该耐磨涂层为WC致密陶瓷层，其化学稳定性和耐磨性好，具有低摩擦系数、高硬度、低表面能以及低传热性；并且进一步地，提供一种用于获得上述复合耐磨管的制备方法。
进一步地，本发明还提供一种耐磨管，其内腔表面具有一种梯度复合涂层，所述梯度复合涂层为碳化物涂层，其优选被涂覆于耐磨管内腔表面，以提高其表面的耐磨性和断裂韧性，特别是碳钢表面，并且提供一种用于获得上述涂层的制备方法。
所述耐磨管，在其管体工作部位具有耐磨涂层。该涂层有利保证耐磨管内腔表面具有很高的硬度和很好的耐磨性，而管体内部具有很好的韧性。
为实现本发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种表面具有耐磨涂层的耐磨管，该耐磨涂层为WC致密陶瓷层；优选地，WC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。
更优选地，沿WC致密陶瓷层纵向剖面，粒径为10-50μm，优选为20-50μm，沿涂层纵向剖面，其厚度为50-180μm，优选为100-180μm；其中WC的体积分数大于80％，优选大于85％。
此外，本发明还提供一种表面具有梯度复合涂层的耐磨管，所述梯度复合涂层为碳化物涂层，包括依次呈梯度分布的WC致密陶瓷层、微米WC陶瓷层、WC与基体的融合层。
优选地，WC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。
更优选地，沿WC致密陶瓷层纵向剖面，粒径为10-50μm，优选为20-50μm，沿涂层纵向剖面，其厚度为50-180μm，优选为100-180μm；其中WC的体积分数大于80％，优选大于85％。
进一步优选地，沿微米WC陶瓷层纵向剖面，其厚度为70-180μm，优选为130-180μm；其中WC的体积分数大于75％，优选大于80％，其粒径为5-30μm，优选为6-25μm。
更进一步优选地，沿WC与基体的融合层纵向剖面，其厚度为60-300μm，优选为100-300μm；其中WC的体积分数为40％-80％，优选为60％-80％，其粒径为1-20μm，优选为5-10μm。
优选地，梯度复合涂层总厚度为180-660μm；优选在330-660μm。
更优选地，管体基体组织根据热处理方式不同可分为珠光体、马氏体、铁素体、贝氏体、奥氏体和索氏体中的一种或几种；优选地，该梯度复合涂层被施加于碳钢表面。
本发明提供一种表面具有耐磨涂层的耐磨管制备方法，包括如下步骤：
1)先准备一钨板，优选地，其中钨的纯度应控制在99.7-99.9％，优选地，所述钨板厚度为0.2-3mm；优选地，所述钨板先被加以表面处理；
2)按照耐磨管尺寸，制作砂型以及相应的耐磨管砂芯；优选地，用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬树脂砂或潮模砂制作砂型和砂芯；
3)根据耐磨管的工作受力状况，其主要磨损的部位是耐磨管的内腔表面，据此将石墨纸固定在耐磨管砂芯表面，然后在石墨纸表面固定钨板，使两者紧密结合。所述石墨纸为三级以上，纯度99％，厚度为0.1-0.35mm；
4)将碳钢基材冶炼为钢液；优选地，温度控制在1500℃以上；
5)将上述钢液浇入放置钨板和石墨纸的砂型内，待钢液冷却后，取出铸件，清砂处理，获得铸态的复合耐磨管，其管体为碳钢基体，而耐磨管内腔表面为碳钢与钨板的复合体；优选地，浇注温度控制在1500℃以上；更优选地，浇注时间40-50秒为宜；进一步优选地，一分钟后，在冒口补浇；优选地，室温冷却；
6)将浇铸完得到的耐磨管复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，最后随炉冷却至室温，从而在耐磨管内腔表面形成耐磨涂层，而管体仍为碳钢基体。
其中，耐磨涂层为WC致密陶瓷层。
优选地，通过控制步骤6)中保温时间、保温温度获得该WC致密陶瓷层；优选地，WC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。
本发明还提供一种内腔表面具有梯度复合涂层的耐磨管的制备方法，包括如下步骤：
1)先准备一钨板，优选地，其中钨的纯度应控制在99.7-99.9％，优选地，所述钨板厚度为0.2-3mm；优选地，所述钨板先被加以表面处理；
2)按照耐磨管尺寸，制作砂型以及相应的耐磨管砂芯；优选地，用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬树脂砂或潮模砂制作砂型和砂芯；
3)根据耐磨管的工作受力状况，其主要磨损的部位是耐磨管的内腔表面，据此将石墨纸固定在耐磨管砂芯表面，然后在石墨纸表面固定钨板，使两者紧密结合。。
4)将碳钢基材冶炼为钢液；优选地，温度控制在1610-1630℃；
5)将上述钢液浇入放置钨板和石墨纸的砂型内，待钢液冷却后，取出铸件，清砂处理，获得铸态的复合耐磨管，其管体为碳钢基体，而耐磨管内腔表面为碳钢与钨板的复合体；优选地，浇注温度控制在1610-1630℃；更优选地，浇注时间40-50秒为宜；进一步优选地，一分钟后，在冒口补浇；优选地，室温冷却；
6)将浇铸完得到的耐磨管复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，最后随炉冷却至室温，从而在耐磨管内腔表面形成梯度复合涂层，而管体仍为碳钢基体；
7)所得的具有梯度复合涂层的耐磨管被进一步热处理以获得更合适的基体组织。
优选地，钨板厚度为0.2-3mm；若小于0.2mm，则钨板在浇注复合过程中就已经完全反应，不能获得WC组织，直接生成弥散分布WC；超过3mm则导致扩散距离增大，反应动力不足。
优选地，步骤6)中通过严格控制保温温度与时间的关系，获得所述准单晶相WC致密陶瓷层。该陶瓷层呈现出较为明显的准单晶组织，光学显微镜下表现为晶界减少，影响断裂韧性的位错也相应减少，代之亚晶界增多，有效提高该陶瓷层的抗裂能力。
优选地，通过控制步骤6)中保温时间、保温温度获得该梯度复合涂层即碳化物涂层，所述碳化物涂层包括依次呈梯度分布的准单晶相WC致密陶瓷层、微米WC陶瓷层、WC与基体的融合层。
更优选地，步骤6)中保温温度、保温时间以及最终能够获得的梯度复合涂层的总厚度符合如下公式，
L＝kTlogt1/2+b0
其中：
L——梯度复合涂层的总厚度(μm)，
k——是常数，取值为0-1，k≠0，
T——保温温度(K)，
t——保温时间(s)，
b0——初始厚度(μm)，即钢液浇注后与钨板之间形成的复合层的厚度。
综上，所述梯度复合涂层，包括WC致密陶瓷层，硬度高。所述WC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，原子的排列不像一般单晶那样具有相同的晶格，但仍具有严格的顺序，呈现出几何排列；晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序。准单晶相介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，准单晶相的晶界明显减少，位错密度低，有较多亚晶界，因此硬度有明显提升；而较之单晶相，其对制备方式要求更低，且组织更为稳定。
优选地，在步骤1)中，表面处理的步骤如下：
第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸或60ml/L的磷酸或120ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用300ml/L的氢氟酸或200ml/L的硫酸或240ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用800目或更细的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。
更优选地，步骤3)中所述石墨纸为三级以上，纯度99％，厚度为0.1-0.35mm。
优选地，步骤6)中，升温至1000-1140℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为2-8h，优选4-8h。
优选地，保护气为氩气或氮气，气体流量为4－8ml/min。
其中，保温温度应严格控制在上述范围内，温度高于1140℃，反应过程中的液相过多，而使得准单晶WC，直接生成弥散分布WC颗粒，而不能获得准单晶WC致密陶瓷层；但是温度低于1000℃，则W的溶解度太低，反应无法正向进行。同样的，保温时间也应该保持一个合理的区间，时间超过8h，准单晶WC致密陶瓷层消失，反应扩散生成弥散分布WC颗粒与基体的融合，而低于2h，则反应获得的WC太少，涂层厚度难以保证，最佳的应该保持在4-8h。
更优选地，具有碳化物涂层的耐磨管复合体被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在550-800℃左右进行热处理，基体为珠光体组织；或者，在220－450℃进行热处理，基体为贝氏体组织；或者，在220℃以下进行热处理，基体为马氏体组织。
所述耐磨管以碳钢为基体，所选碳钢基体为低碳钢、中碳钢和高碳钢，优选为：Q275A、Q255AF、45钢、50钢、T8、ZG270-500等，见国家标准GB221-79。基体组织根据热处理方式的不同为珠光体、马氏体、铁素体、贝氏体、奥氏体和索氏体中的一种或几种。
本发明通过铸造获得钢钨复合体后，引入外碳源，以加热扩散的方式可直接在耐磨管的工作部位表面形成碳化物涂层，涂层与耐磨管基体之间为冶金结合，结合力很强，克服了现有硬质颗粒与金属基体间非冶金结合，结合力很弱，颗粒容易脱落的问题，大幅度提高了涂层的力学性能。并且该方法操作简单，无需复杂设备，获得的耐磨管性能良好。不同的热处理方式，使耐磨管工作表面和管体本身具有不同的力学性能，满足了实际生产中对各个部分的不同性能要求。由于表面致密准单晶陶瓷层的形成，该陶瓷层呈现出较为明显的准单晶组织，光学显微镜下表现为晶界减少，影响断裂韧性的位错也相应减少，代之亚晶界增多，有效提高该陶瓷层的抗裂能力。这种耐磨管内腔表面硬度在2000-2400HV0.05左右，管体部位具有优良的耐磨性，是普通钢的10-22倍，使用寿命大幅提高，使轿车耐磨管可以终身免更换。所述相对耐磨性的定义为：以基体材料为标准试样，在相同载荷下，被测涂层产生磨损量与标准试样产生磨损量的比值称为涂层的相对耐磨性，因此也简称为涂层的相对耐磨性是基体的几倍，下述相同参数检测标准与之相同。
这是由于其中的WC致密陶瓷层为准单晶组织，化学稳定性和耐磨性好，具有低摩擦系数、高硬度、低表面能以及低传热性。而与之相对的微米WC陶瓷层的硬度只能达到1200-2000HV0.05，其相对耐磨性是基体的6-10倍。
附图说明
图1为浇铸前石墨纸与钨板在耐磨管消失模外壁的布置图；
图2为热处理后复合耐磨管以及各部分组织示意图；
图3为准单晶相WC致密陶瓷层显微组织图；
图4为微米TiC陶瓷层显微组织图。
图中，1.钨板，2.石墨纸，3.WC致密陶瓷层，4.微米WC陶瓷层，5.WC与基体的融合层，6.管体，7.基体，8.砂芯。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：耐磨管的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钨板1，其中钨的纯度应控制在99.7％。所述钨板1应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用300ml/L的氢氟酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用800目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钨板1的厚度控制在0.2mm。
2、按照耐磨管尺寸，制作砂型以及相应的耐磨管砂芯8；优选地，用CO2水玻璃硬化砂制作砂型和砂芯8。
3、根据耐磨管的工作受力状况，其主要磨损的部位是耐磨管的内腔表面，据此将石墨纸2固定在耐磨管砂芯8表面，然后在石墨纸2表面固定钨板1，使两者紧密结合，如图1所示。所述石墨纸2为三级以上，纯度85％，厚度为0.1mm。
4、将低碳钢基体7冶炼为钢液，温度控制在1630℃，所选低碳钢基体7为Q275A。
5、将上述钢液浇入放置有钨板1和石墨纸2的砂型内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得铸态的复合耐磨管，其耐磨管内腔表面为低碳钢与钨板1的复合体，而管体6仍为Q275A基体7；优选地，浇注温度控制在1630℃，浇注速度0.8m/s，浇注时间为40秒，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却。
6、将浇铸完得到的耐磨管复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1000℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为2h，最后随炉冷却至室温，从而在耐磨管内腔表面形成梯度复合涂层，而耐磨管基体仍为Q275A基体。所述保护气为氩气，气体流量为5ml/min。
7、所得的具有梯度复合涂层的耐磨管，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在220℃以下进行热处理，基体7为马氏体组织。
所述梯度复合涂层，包括WC致密陶瓷层3，为准单晶相，其粒径为10μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为50μm，其中WC的体积分数为85％。
进一步的，包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3之下的微米WC致密陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为70μm，WC的体积分数为80％，其粒径为5μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3以及微米WC陶瓷层4之下的WC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为60μm，其中WC的体积分数为80％，其粒径为1μm。
综上，所述涂层可为复合涂层，如图2所示，其包括准单晶相WC致密陶瓷层3、微米WC陶瓷层4及WC与基体的融合层5，且依次呈梯度分布，其总厚度为180μm。所述Q275A基体组织为马氏体。准单晶相WC致密陶瓷层3的显微硬度为2000HV0.05，相对耐磨性是基体的14倍。
实施例2：耐磨管的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钨板1，其中钨的纯度应控制在99.8％。所述钨板1应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，200ml/L的硫酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1000目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钨板1的厚度控制在0.8mm。
2、按照耐磨管尺寸，制作砂型以及相应的耐磨管砂芯8；优选地，用覆膜砂制作砂型和砂芯8。
3、根据耐磨管的工作受力状况，其主要磨损的部位是耐磨管的内腔表面，据此将石墨纸2固定在耐磨管砂芯8表面，然后在石墨纸2表面固定钨板1，使两者紧密结合。所述石墨纸2为三级以上，纯度99％，厚度为0.2mm。
4、将低碳钢基体7冶炼为钢液，温度控制在1630℃，所选低碳钢基体7为Q255AF。
5、将上述钢液浇入放置有钨板2和石墨纸1的砂型内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得铸态的复合耐磨管，其耐磨管内腔表面为低碳钢与钨板1的复合体，而管体6仍为Q255AF基体7，优选地，浇注温度控制在1630℃，浇注速度0.8m/s，浇注时间为45秒，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却。
6、将浇铸完得到的耐磨管复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1050℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为4h，最后随炉冷却至室温，从而在耐磨管内腔表面形成梯度复合涂层，而耐磨管基体仍为Q255AF基体。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得的具有梯度复合涂层的耐磨管，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在650℃进行热处理，基体7为珠光体组织。
所述梯度复合涂层，包括WC致密陶瓷层3，如图3所示，为准单晶相，其粒径为30μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为130μm；其中WC的体积分数为80％。
进一步的，包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3之下的微米WC陶瓷层4，如图4所示，沿涂层纵向剖面，其厚度为150μm，WC的体积分数为75％，其粒径为15μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3以及微米WC陶瓷层4之下的WC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为200μm，其中WC的体积分数为65％，其粒径为10μm。
此时，所述涂层可为复合涂层，是由所述准单晶WC致密陶瓷层3、微米WC陶瓷层4及WC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为480μm。所述Q255AF基体组织为珠光体。准单晶相WC致密陶瓷层3的显微硬度为2150HV0.05，相对耐磨性是基体的15倍。
实施例3：耐磨管的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钨板1，其中钨的纯度应控制在99.8％。所述钨板1应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，120ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第二步酸洗，240ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1000目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钨板1的厚度控制在1mm。
2、按照耐磨管尺寸，制作砂型以及相应的耐磨管砂芯8；优选地，用自硬树脂砂制作砂型和砂芯8。
3、根据耐磨管的工作受力状况，其主要磨损的部位是耐磨管的内腔表面，据此将石墨纸2固定在耐磨管砂芯8表面，然后在石墨纸2表面固定钨板1，使两者紧密结合。所述石墨纸2为三级以上，纯度99％，厚度为0.35mm。
4、将中碳钢基体7冶炼为钢液，温度控制在1620℃，所选中碳钢基体7为45钢。
5、将上述钢液浇入放置有钨板1和石墨纸2的砂型，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得铸态的复合耐磨管，其耐磨管内腔表面为碳钢与钨板2的复合体，而管体6仍为45钢基体7；优选地，浇注温度控制在1620℃，浇注速度0.7m/s，浇注时间为50秒，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却。
6、将浇铸完得到的耐磨管复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1100℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为4h，最后随炉冷却至室温，从而在耐磨管内腔表面形成梯度复合涂层，而耐磨管基体仍为45钢基体。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得的具有梯度复合涂层的耐磨管，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在700℃左右进行热处理，基体7为珠光体组织。
所述梯度复合涂层，包括WC致密陶瓷层3，为准单晶相，其粒径为35μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为160μm；其中WC的体积分数为80％。
进一步的，包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3之下的微米WC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为170μm，WC的体积分数为75％，其粒径为20μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3以及微米WC陶瓷层4之下的WC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为260μm，其中WC的体积分数为50％，其粒径为16μm。
此时所述准单晶WC致密陶瓷层3、微米WC陶瓷层4及WC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为590μm，所述45钢基体为珠光体。准单晶相WC致密陶瓷层3的硬度为2200HV0.05，相对耐磨性是基体的16倍。
实施例4：耐磨管的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钨板1，其中钨的纯度应控制在99.99％。所述钨板1应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，200ml/L的硫酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1200目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钨板1的厚度控制在2mm。
2、按照耐磨管尺寸，制作砂型以及相应的耐磨管砂芯8；优选地，用潮模砂制作砂型和砂芯8。
3、根据耐磨管的工作受力状况，其主要磨损的部位是耐磨管的内腔表面，据此将石墨纸2固定在耐磨管砂芯8表面，然后在石墨纸2表面固定钨板1，使两者紧密结合。所述石墨纸2为三级以上，纯度99％，厚度为0.15mm。
4、将低碳钢基体7冶炼为钢液，温度控制在1630℃，所选低碳钢基体7为Q275A。
5、将上述钢液浇入放置有钨板1和石墨纸2的模具内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得铸态的复合耐磨管，其耐磨管内腔表面为碳钢与钨板1的复合体，而管体6仍为Q275A基体7；优选地，浇注温度控制在1630℃，浇注速度0.7m/s，浇注时间为50秒，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却。
6、将浇铸完得到的耐磨管复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1140℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为8h，最后随炉冷却至室温，从而在耐磨管内腔表面形成梯度复合涂层，而耐磨管基体仍为Q275A基体。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得的具有梯度复合涂层的耐磨管，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在450℃左右进行热处理，基体为贝氏体组织。
所述梯度复合涂层，包括WC致密陶瓷层3，为准单晶相，其粒径为45μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为180μm；其中WC的体积分数为85％。
进一步的，包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3之下的微米WC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为180μm，WC的体积分数为75％，其粒径为30μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3以及微米WC陶瓷层4之下的WC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为300μm，其中WC的体积分数为40％，其粒径为20μm。
此时，所述准单晶WC致密陶瓷层3、微米WC陶瓷层4及WC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为660μm。所述Q275A基体为贝氏体。所述准单晶WC致密陶瓷层3的硬度为2400HV0.05，相对耐磨性是基体的22倍。
实施例5：耐磨管的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钨板1，其中钨的纯度应控制在99.7％。所述钨板1应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，240ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用800目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钨板1的厚度控制在3mm。
2、按照耐磨管尺寸，制作砂型以及相应的耐磨管砂芯8；优选地，用CO2水玻璃硬化砂制作砂型和砂芯8。
3、根据耐磨管的工作受力状况，其主要磨损的部位是耐磨管的内腔表面，据此将石墨纸2固定在耐磨管砂芯8表面，然后在石墨纸2表面固定钨板1，使两者紧密结合。所述石墨纸2为三级以上，纯度99％，厚度为0.25mm。
4、将中碳钢基体7冶炼为钢液，温度控制在1620℃。所选中碳钢基体7为50钢。
5、将上述钢液浇入放置有钨板1和石墨纸2的模具内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得铸态的复合耐磨管，其耐磨管内腔表面为碳钢与钨板1的复合体，而管体6仍为50钢基体7，优选地，浇注温度控制在1620℃，浇注速度0.7m/s，浇注时间为40秒，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却。
6、将浇铸完得到的耐磨管复合体放入具有保护气氛的保温炉内进行热处理，热处理工艺参数为升温至1000℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为8h，最后随炉冷却至室温，从而在耐磨管内腔表面形成梯度复合涂层，而耐磨管基体仍为50钢基体。所述保护气为氮气，气体流量为7ml/min。
7、所得的具有梯度复合涂层的耐磨管，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在400℃下进行热处理，基体7为贝氏体组织。
所述梯度复合涂层，包括WC致密陶瓷层3，为准单晶相，其粒径为25μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为150μm；其中WC的体积分数为85％。
进一步的，包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3之下的微米WC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为160μm，WC的体积分数为75％，其粒径为15μm。
进一步的还包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3以及微米WC陶瓷层4之下的WC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为230μm，其中WC的体积分数为75％，其粒径为9μm。
此时，所述准单晶WC致密陶瓷层3、微米WC陶瓷层4及WC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为540μm。所述50钢基体为贝氏体。准单晶WC致密陶瓷层3的硬度为2100HV0.05，相对耐磨性是基体的14倍。
实施例6：耐磨管的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钨板1，其中钨的纯度应控制在99.99％，所述钨板1应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用120ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第二步酸洗，240ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1200目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钨板1的厚度控制在2mm。
2、按照耐磨管尺寸，制作砂型以及相应的耐磨管砂芯8；优选地，用覆膜砂制作砂型和砂芯8。
3、根据耐磨管的工作受力状况，其主要磨损的部位是耐磨管的内腔表面，据此将石墨纸2固定在耐磨管砂芯8表面，然后在石墨纸2表面固定钨板1，使两者紧密结合。所述石墨纸2为三级以上，纯度99％，厚度为0.25mm。
4、将高碳钢基体7冶炼为钢液，温度控制在1610℃。所选高碳钢基体7为T8钢。
5、将上述钢液浇入放置有钨板1和石墨纸2的模具内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得铸态的复合耐磨管，其耐磨管内腔表面为碳钢与钨板1的复合体，而管体6仍为T8钢基体7，优选地，浇注温度控制在1610℃，浇注速度0.7m/s，浇注时间为50秒，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却。
6、将浇铸完得到的耐磨管复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1050℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为2h，最后随炉冷却至室温，从而在耐磨管内腔表面形成梯度复合涂层，而耐磨管基体仍为T8钢基体。所述保护气为氮气，气体流量为8ml/min。
7、所得的具有梯度复合涂层的耐磨管，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在220℃以下进行热处理，基体为马氏体组织。
所述梯度复合涂层，包括WC致密陶瓷层3，为准单晶相，其粒径为20μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为60μm；其中WC的体积分数为85％。
进一步的，包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3之下的微米WC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为80μm，WC的体积分数为80％，其粒径为10μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3以及微米WC陶瓷层4之下的WC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为70μm，其中WC的体积分数为70％，其粒径为6μm。
此时，所述准单晶WC致密陶瓷层3、微米WC陶瓷层4及WC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为210μm。所述T8钢基体为马氏体。准单晶WC致密陶瓷层3的硬度为2050HV0.05，相对耐磨性是基体的10倍。
实施例7：耐磨管的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钨板1，其中钨的纯度应控制在99.9％。所述钨板1应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用200ml/L的硫酸，后流水冲洗，
第三步表面打磨，选用1000目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钨板1的厚度控制在1mm。
2、按照耐磨管尺寸，制作砂型以及相应的耐磨管砂芯8；优选地，用自硬树脂砂制作砂型和砂芯8。
3、根据耐磨管的工作受力状况，其主要磨损的部位是耐磨管的内腔表面，据此将石墨纸2固定在耐磨管砂芯8表面，然后在石墨纸2表面固定钨板1，使两者紧密结合。所述石墨纸2为三级以上，纯度99％，厚度为0.15mm。
4、将低碳钢基体7冶炼为钢液，温度控制在1630℃，所选低碳钢基体7为ZG270。
5、将上述钢液浇入放置有钨板1和石墨纸2的模具内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得铸态的复合耐磨管，其耐磨管内腔表面为碳钢与钨板1的复合体，而管体6仍为ZG270基体7，优选地，浇注温度控制在1630℃，浇注速度0.7m/s，浇注时间为45秒，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却。
6、将浇铸完得到的耐磨管复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1100℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为2h，最后随炉冷却至室温，从而在耐磨管内腔表面形成梯度复合涂层，而耐磨管基体仍为ZG270基体。所述保护气为氮气，气体流量为8ml/min。
7、所得的具有梯度复合涂层的耐磨管，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在600℃以下进行热处理，基体7为珠光体组织。
所述梯度复合涂层，包括WC致密陶瓷层3，为准单晶相，其粒径为30μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为80μm；其中WC的体积分数为85％。
进一步的，包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3之下的微米WC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为90μm，WC的体积分数为80％，其粒径为15μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3以及微米WC陶瓷层4之下的WC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为80μm，其中WC的体积分数为55％，其粒径为15μm。
此时，所述准单晶WC致密陶瓷层3、微米WC陶瓷层4及WC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为230μm。所述ZG270基体为珠光体。准单晶WC致密陶瓷层3的硬度为2150HV0.05，相对耐磨性是基体的15倍。
实施例8：耐磨管的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钨板1，其中钨的纯度应控制在99.9％。所述钨板1应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用200ml/L的硫酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1000目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钨板1的厚度控制在3mm。
2、按照耐磨管尺寸，制作砂型以及相应的耐磨管砂芯8；优选地，用潮模砂制作砂型和砂芯8。
3、根据耐磨管的工作受力状况，其主要磨损的部位是耐磨管的内腔表面，据此将石墨纸2固定在耐磨管砂芯8表面，然后在石墨纸2表面固定钨板1，使两者紧密结合。所述石墨纸2为三级以上，纯度99％，厚度为0.3mm。
4、将中碳钢基体7冶炼为钢液，温度控制在1620℃，所选中碳钢基体7为45钢。
5、将上述钢液浇入放置有钨板1和石墨纸2的模具内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得铸态的复合耐磨管，其耐磨管内腔表面为碳钢与钨板1的复合体，而管体6仍为45钢基体7，优选地，浇注温度控制在1620℃，浇注速度0.7m/s，浇注时间为45秒，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却。
6、将浇铸完得到的耐磨管复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1120℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为8h，最后随炉冷却至室温，从而在耐磨管内腔表面形成梯度复合涂层，而耐磨管基体仍为45钢基体。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得的具有梯度复合涂层的耐磨管，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在550℃左右进行热处理，基体7为珠光体组织。
所述梯度复合涂层，包括WC致密陶瓷层3，为准单晶相，其粒径为40μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为170μm；其中WC的体积分数为80％。
进一步的，包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3之下的微米WC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为170μm，WC的体积分数为75％，其粒径为25μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3以及微米WC陶瓷层4之下的WC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为280μm，其中WC的体积分数为45％，其粒径为18μm。
此时所述准单晶WC致密陶瓷层3、微米WC陶瓷层4及WC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为630μm。所述45钢基体为珠光体。准单晶WC致密陶瓷层3的硬度为2300HV0.05，相对耐磨性是基体的18倍。
实施例9：耐磨管的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钨板1，其中钨的纯度应控制在99.9％。所述钨板1应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用200ml/L的硫酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1200目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钨板1的厚度控制在1.5mm。
2、按照耐磨管尺寸，制作砂型以及相应的耐磨管砂芯8；优选地，用CO2水玻璃硬化砂制作砂型和砂芯8。
3、根据耐磨管的工作受力状况，其主要磨损的部位是耐磨管的内腔表面，据此将石墨纸2固定在耐磨管砂芯8表面，然后在石墨纸2表面固定钨板1，使两者紧密结合。所述石墨纸2为三级以上，纯度99％，厚度为0.2mm。
4、将低碳钢基体7冶炼为钢液，温度控制在1630℃，所选低碳钢基体7为Q275A。
5、将上述钢液浇入放置有钨板1和石墨纸2的模具内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得铸态的复合耐磨管，其耐磨管内腔表面为碳钢与钨板1的复合体，而管体6仍为Q275A基体7，优选地，浇注温度控制在1630℃，浇注速度0.7m/s，浇注时间为40秒，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却。
6、将浇铸完得到的耐磨管复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1000℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为4h，最后随炉冷却至室温，从而在耐磨管内腔表面形成梯度复合涂层，而耐磨管基体仍为Q275A基体。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得的具有梯度复合涂层的耐磨管，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在450℃左右进行热处理，基体7为贝氏体组织。
所述梯度复合涂层，包括WC致密陶瓷层3，为准单晶相，其粒径为15μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为70μm；其中WC的体积分数为85％。
进一步的，包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3之下的微米WC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为80μm，WC的体积分数为80％，其粒径为10μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3以及微米WC陶瓷层4之下的WC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为60μm，其中WC的体积分数为75％，其粒径为5μm。此时，所述准单晶WC致密陶瓷层3、微米WC陶瓷层4及WC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为210μm。所述Q275A基体为贝氏体。准单晶WC致密陶瓷层3的硬度为2050HV0.05，相对耐磨性是基体的12倍。
实施例10：耐磨管的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钨板1，其中钨的纯度应控制在99.8％。所述钨板1应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用200ml/L的硫酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1000目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钨板1的厚度控制在3mm。
2、按照耐磨管尺寸，制作砂型以及相应的耐磨管砂芯8；优选地，用覆膜砂制作砂型和砂芯8。
3、根据耐磨管的工作受力状况，其主要磨损的部位是耐磨管的内腔表面，据此将石墨纸2固定在耐磨管砂芯8表面，然后在石墨纸2表面固定钨板1，使两者紧密结合。所述石墨纸2为三级以上，纯度99％，厚度为0.1mm。
4、将中碳钢基体7冶炼为钢液，温度控制在1620℃，所选中碳钢基体7为45钢。
5、将上述钢液浇入放置有钨板1和石墨纸2的模具内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得铸态的复合耐磨管，其耐磨管内腔表面为碳钢与钨板1的复合体，而管体6仍为45钢基体7，优选地，浇注温度控制在1620℃，浇注速度0.7m/s，浇注时间为50秒，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却。
6、将浇铸完得到的耐磨管复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1050℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为8h，最后随炉冷却至室温，从而在耐磨管内腔表面形成梯度复合涂层，而耐磨管基体仍为45钢基体。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得的具有梯度复合涂层的耐磨管，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在350℃左右进行热处理，基体7为贝氏体组织。
所述梯度复合涂层，包括WC致密陶瓷层3，为准单晶相，其粒径为35μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为180μm；其中WC的体积分数为80％。
进一步的，包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3之下的微米WC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为170μm，WC的体积分数为75％，其粒径为20μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶WC致密陶瓷层3以及微米WC陶瓷层4之下的WC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为280μm，其中WC的体积分数为60％，其粒径为12μm。
此时，所述准单晶WC致密陶瓷层3、微米WC陶瓷层4及WC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为630μm。所述45钢基体为贝氏体。准单晶WC致密陶瓷层3的硬度为2200HV0.05，相对耐磨性是基体的16倍。
对比例1，其制备方法如下：用激光熔覆法直接将碳化钨颗粒熔覆在耐磨管的工作面，得到涂层，厚度为30μm，体积分数为80％，所得涂层的硬度为1650HV0.05，耐磨性相对于钢基体为2-3倍。但表面和基体的结合较差，导致表面增强层的脱落。
对比例中激光表面改性技术生产成本高，生产效率低，工艺参数不易控制，且使用过程中使用粘接剂将导致气孔和夹渣；且复合层中未出现准单晶WC致密陶瓷层和微米WC陶瓷层，复合层厚度和WC含量较小，WC粒径不均匀；同时，复合过程仅仅是对外加硬质碳化钨颗粒间的间隙进行铸渗和对外加颗粒进行熔融、烧结，硬质碳化钨颗粒与金属基体间非冶金结合，结合力很弱，颗粒容易脱落或存在氧化、夹杂问题，因此，其力学性能较差。
Claims (29)
1.一种耐磨管，在其耐磨管内腔表面具有耐磨涂层，其特征在于：所述耐磨涂层为WC致密陶瓷层，其中，所述WC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界减少，并且原子排列比较有序的显微组织，沿涂层纵向剖面，其厚度为50-180μm，其中WC的体积分数大于80％，WC粒径为10-50μm。
2.如权利要求1所述的耐磨管，其特征在于：沿涂层纵向剖面，其所述厚度为100-180μm，所述WC的体积分数大于85％，所述WC粒径为20-50μm。
3.一种耐磨管，内腔表面具有梯度复合涂层，其特征在于：所述梯度复合涂层为碳化物涂层，包括依次呈梯度分布的WC致密陶瓷层、微米WC陶瓷层、WC与基体的融合层，其中，所述WC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界减少，并且原子排列比较有序的显微组织，沿WC致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为50-180μm；其中WC的体积分数大于80％；WC粒径为10-50μm。
4.如权利要求3所述的耐磨管，其特征在于：沿WC致密陶瓷层纵向剖面，其所述厚度为100-180μm，所述WC的体积分数大于85％，所述WC粒径为20-50μm。
5.如权利要求3-4之一所述的耐磨管，其特征在于：沿微米WC陶瓷层纵向剖面，其厚度为70-180μm，WC的体积分数大于75％，WC的粒径为5-30μm。
6.如权利要求5所述的耐磨管，其特征在于：沿微米WC陶瓷层纵向剖面，其所述厚度为130-180μm，所述WC的体积分数大于80％，所述WC的粒径为6-25μm。
7.如权利要求3，6之一所述的耐磨管，其特征在于：沿WC与基体的融合层纵向剖面，其厚度为60μm-300μm，其中WC的体积分数为40％-80％；该层中WC的粒径为1-20μm。
8.如权利要求7所述的耐磨管，其特征在于：沿WC与基体的融合层纵向剖面，其所述厚度100-300μm，所述WC的体积分数为60％-80％，该层中WC的粒径为5-10μm。
9.如权利要求3，6，8之一所述的耐磨管，其特征在于：梯度复合涂层总厚度为180-660μm。
10.如权利要求9所述的耐磨管，其特征在于：所述梯度复合涂层总厚度为330-660μm。
11.如权利要求3，6，8，10之一所述的耐磨管，其特征在于：基体组织根据热处理不同为珠光体、马氏体、铁素体、贝氏体、奥氏体和索氏体中的一种或几种。
12.如权利要求11所述的耐磨管，其特征在于：所述梯度复合涂层被施加于碳钢表面。
13.一种如权利要求1-2之一所述耐磨管的制备方法，其特征在于：耐磨管内腔表面具有耐磨涂层，包括如下步骤：
1)先准备一钨板；
2)按照耐磨管尺寸，制作砂型以及相应的耐磨管砂芯；
3)根据耐磨管的工作受力状况，其主要磨损的部位是耐磨管的内腔表面，据此将石墨纸固定在耐磨管砂芯表面，然后在石墨纸表面固定钨板，使两者紧密结合；所述石墨纸为三级以上，纯度99％，厚度为0.1-0.35mm；
4)将碳钢基材冶炼为钢液；
5)将上述钢液浇入放置钨板和石墨纸的砂型内，待钢液冷却后，取出铸件，清砂处理，获得铸态的复合耐磨管，其管体为碳钢基体，而耐磨管内腔表面为碳钢与钨板的复合体；
6)将浇铸完得到的耐磨管复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，最后随炉冷却至室温，从而在耐磨管内腔表面形成耐磨碳化物涂层，而管体仍为碳钢基体；其中，耐磨碳化物涂层为WC致密陶瓷层。
14.如权利要求13所述的耐磨管的制备方法，其特征在于：在步骤1)中，钨的纯度控制在99.7-99.9％，所述钨板厚度为0.2-3mm；所述钨板先被加以表面处理；在步骤2)中，用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬树脂砂或潮模砂制作砂型和砂芯；在步骤4)中，温度控制在1610-1630℃；在步骤5)中，浇注温度控制在1610-1630℃。
15.如权利要求14所述的耐磨管的制备方法，其特征在于：步骤5)中，浇注时间为40-50秒；室温冷却。
16.如权利要求15所述的耐磨管的制备方法，其特征在于：步骤5)中，浇注一分钟后，在冒口补浇。
17.如权利要求16所述的耐磨管的制备方法，其特征在于：步骤6)中通过控制保温时间、保温温度获得该WC致密陶瓷层。
18.一种如权利要求3-12之一所述耐磨管的制备方法，其特征在于：耐磨管内腔表面具有梯度复合涂层，包括如下步骤：
1)先准备一钨板；
2)按照耐磨管尺寸，制作砂型以及相应的耐磨管砂芯；
3)根据耐磨管的工作受力状况，其主要磨损的部位是耐磨管的内腔表面，据此将石墨纸固定在耐磨管砂芯表面，然后在石墨纸表面固定钨板， 使两者紧密结合；所述石墨纸为三级以上，纯度99％，厚度为0.1-0.35mm；
4)将碳钢基材冶炼为钢液；
5)将上述钢液浇入放置钨板和石墨纸的砂型内，待钢液冷却后，取出铸件，清砂处理，获得铸态的复合耐磨管，其管体为碳钢基体，而耐磨管内腔表面为碳钢与钨板的复合体；
6)将浇铸完得到的耐磨管复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，最后随炉冷却至室温，从而在耐磨管内腔表面形成梯度复合涂层，而管体仍为碳钢基体；
7)所得的具有梯度复合涂层的耐磨管被进一步热处理以获得基体组织。
19.如权利要求18所述的耐磨管的制备方法，其特征在于：在步骤1)中，钨的纯度控制在99.7-99.9％，所述钨板厚度为0.2-3mm；所述钨板先被加以表面处理；在步骤2)中，用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬树脂砂或潮模砂制作砂型和砂芯；在步骤4)中，温度控制在1610-1630℃；在步骤5)中，浇注温度控制在1610-1630℃。
20.如权利要求19所述的耐磨管的制备方法，其特征在于：步骤5)中，浇注时间为40-50秒；室温冷却。
21.如权利要求20所述的耐磨管的制备方法，其特征在于：步骤5)中，一分钟后，在冒口补浇。
22.如权利要求18-21之一所述的耐磨管的制备方法，其特征在于：步骤6)中通过控制保温时间、保温温度获得该梯度复合涂层即碳化物涂层，所述碳化物涂层包括依次呈梯度分布的准单晶相WC致密陶瓷层、微米WC陶瓷层、WC与基体的融合层。
23.如权利要求18-21之一所述的耐磨管的制备方法，其特征在于：步骤6)中保温温度、保温时间以及最终能够获得的梯度复合涂层的总厚度符合如下公式，
L＝kTlogt1/2+b0
其中：
L——梯度复合涂层的总厚度μm，
k——是常数，取值为0-1，k≠0，
T——保温温度K，
t——保温时间s，
b0——初始厚度μm，即钢液浇注后与钨板之间形成的复合层的厚度。
24.如权利要求19所述的耐磨管的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，钨板的表面处理的步骤如下：
第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸或60ml/L的磷酸或120ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用300ml/L的氢氟酸或200ml/L的硫酸或240ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用800目或更细的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。
25.如权利要求18-21，24之一所述的耐磨管的制备方法，其特征在于：所述步骤6)中，升温至1000-1140℃保温，升温速度控制在7℃/min，保温时间为2-8h。
26.如权利要求25所述的耐磨管的制备方法，其特征在于：所述保温时间为4-8h。
27.如权利要求18-21，24，26之一所述的耐磨管的制备方法，其特征在 于：所选碳钢基体为低碳钢、中碳钢或高碳钢。
28.如权利要求18-21，24，26之一所述的耐磨管的制备方法，其特征在于：所述保护气氛为氩气或氮气，气体流量为4-8ml/min。
29.如权利要求18-21，24，26之一所述的耐磨管的制备方法，其特征在于：所述步骤7)中的热处理工序为：在550-800℃进行热处理，基体为珠光体组织；或在220-450℃进行热处理，基体为贝氏体组织；或在低于220℃进行热处理，基体为马氏体组织。
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| 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 |