CN104802105B - 在金属基材上加装复合耐磨蚀层的工艺及制备工装 - Google Patents
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Abstract
一种在电磨磨辊套和/或磨盘瓦的金属基材上形成耐磨蚀层的工艺及制备工装，工装包括定位托板、定位板、模具侧板、真空泵接口、进浆料接口、模具端头、模具上盖以及分隔板；定位板设置在定位托板上；结构陶瓷柱的下端插入定位板中，上端卡在分隔板中；模具侧板以及模具端头共同设置在定位托板上；模具侧板、模具端头以及定位托板形成有一腔体的空间结构；模具上盖分别与模具侧板和模具端头固定；分模密封盖分别与模具侧板以及模具端头固定形成有一腔体的空间结构；真空泵接口和进浆料接口分别设置在模具上盖顶部和底部并与空间结构内部相贯通。本发明可将热固性树脂将有序排列的结构陶瓷柱及碳化硅颗粒粘接在磨辊套和/或磨盘瓦的金属基材上。
Description
技术领域
本发明属于耐磨损、抗腐蚀复合材料领域，涉及一种在电磨磨辊套和/或磨盘瓦的金属基材上使用热固性树脂以及结构陶瓷复合形成耐磨蚀层的工艺及制备工装，尤其涉及一种使用热固性树脂将有序排列的结构陶瓷柱及碳化硅颗粒粘接在磨辊套和/或磨盘瓦的金属基材上形成耐磨损以及抗腐蚀层的生产工艺及制备工装。
背景技术
随着工业技术和现代经济的发展，粉体的需求量在多个行业急速增长，作为制粉设备的主要部件磨辊套和/或磨盘瓦的消耗量也在急速增加。尤其是国内火力发电厂在工业发展的促进下发展很快，用于火力发电厂加工煤粉的电磨磨辊套和/或磨盘瓦，每年的消耗量是非常巨大的。目前使用的电磨磨辊套和/或磨盘瓦都主要是合金钢制造的，其耐磨性能差，工作寿命短。若使用碳化硅结构陶瓷制作磨辊套和/或磨盘瓦，则它的抗磨蚀性能极优，使用寿命要比金属制作的磨辊套和/或磨盘瓦的使用寿命长出十几倍甚至几十倍，但是它的制作成本太高，并且抗冲击性能差，不能进入实际应用。若采用粒度范围在F6～F220的碳化硅颗粒，并经过合理的粒度搭配，再与热固性树脂复合制作磨辊套和/或磨盘瓦，则它的抗磨蚀性能也很优秀，虽然使用寿命是金属制作的磨辊套和/或磨盘瓦的使用寿命的两倍到五倍，是306不锈钢的四到五倍，但还是不够理想。多年以来科技工作者和企业一直在做磨辊套和/或磨盘瓦的抗磨蚀研究工作，近期有比较大的突破成果是在合金钢金属磨辊套和/或磨盘瓦上镶嵌碳化硅陶瓷柱，将磨辊套和/或磨盘瓦的使用寿命提高了4倍，能耗降低了10％以上。但是镶嵌碳化硅陶瓷柱的磨辊套和/或磨盘瓦的生产效率低，制造成本高。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种使用热固性树脂将有序排列的结构陶瓷柱及碳化硅颗粒粘接在磨辊套和/或磨盘瓦的金属基材上形成耐磨损层以及抗腐蚀层的工艺及制备工作。
本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种在电磨磨辊套和/或磨盘瓦的金属基材上加装复合耐磨蚀层的工艺，其特殊之处在于：所述工艺包括以下步骤：
1)选定复合耐磨蚀层的材料；所述复合耐磨蚀层的材料包括结构陶瓷柱、充填料、热固性树脂、辅助材料以及增强材料；
所述结构陶瓷柱是碳化硅陶瓷柱、氧化铝陶瓷柱、氮化硅结合碳化硅陶瓷柱或碳化硅结合金属陶瓷柱；所述结构陶瓷柱的横截面是多边形的棱柱体或横截面是圆形的圆柱体；所述结构陶瓷柱的横截面是多边形时，所述结构陶瓷柱的横截面是三角形、四边形、六边形和八边形；所述结构陶瓷柱的尺寸包括横截面尺寸以及长度尺寸；所述横截面尺寸是横截面为多边形的对角线或横截面为圆形的直径，所述横截面尺寸在5mm～30mm之间；所述长度尺寸是20mm～250mm之间；
所述充填料是碳化硅颗粒以及氧化铝颗粒；所述碳化硅颗粒包括粒径范围大于F30的碳化硅颗粒为大颗粒、粒径范围在F30～F100之间的碳化硅颗粒为中颗粒以及粒径范围在F100～F220之间的碳化硅颗粒为小颗粒；所述碳化硅颗粒是大颗粒、中颗粒以及小颗粒的任意配比；
所述热固性树脂是环氧树脂、乙烯基树脂、聚酰亚胺树脂或酚醛树脂；所述热固性树脂采用环氧树脂时，所述环氧树脂是E51～E31环氧树脂或改性环氧树脂；所述乙烯基树脂是通用乙烯基树脂或改性乙烯基树脂；所述热固性树脂的用量是根据碳化硅颗粒的大小及用量确定的，所述辅助材料是根据选用的热固性树脂选取与热固性树脂相应的固化剂、引发剂、稀释剂、消泡剂以及碳化硅超细微粉；所述辅助材料的用量和品种是由所选用的热固性树脂的用量和品种确定；所述碳化硅超细微粉的粒度范围是在0～1μm之间；所述碳化硅超细微粉的用量是热固性树脂重量的0～2％；
所述增强材料包括用于结构陶瓷柱的增强材料以及用于充填料的增强材料；所述用于结构陶瓷柱的增强材料是玻璃纤维或碳纤维；所述纤维制作成纤维编织物；所述纤维编织物制作成子弹带形；所述子弹带形的纤维编织物上设置有用于塞装结构陶瓷柱的塞孔；所述相邻两个塞孔的距离是可调节的，所述相邻两个塞孔的间距是0～30mm；所述用于充填料的增强材料是短切纤维；所述短切纤维是玻璃纤维以及短切碳纤维中的任意一种；所述短切纤维的长度是0.5～2.5mm；所述短切纤维的使用重量是碳化硅颗粒重量的0～5％；
2)将步骤1)所选取的热固性树脂以及与热固性树脂所对应的固化剂、引发剂、稀释剂以及消泡剂按照已有且确定的化学配比投入搅拌设备里，同时在搅拌设备中按步骤1)所述比例投放碳化硅超细微粉，搅拌均匀制成浆料；将配制成的浆料在真空度达到10～1KPa的真空环境下除去搅拌中产生的气泡后恢复常压备用；
3)根据电磨磨辊套和/或磨盘瓦的结构参数制备复合耐磨蚀层制备工装；所述复合耐磨蚀层制备工装包括用于制作分体预制件的分体模具以及用于完成整体磨辊套制作的整体模具；
4)步骤1)所述充填料是干混充填料和/或半浆充填料；
所述干混充填料是大颗粒碳化硅、中颗粒碳化硅、小颗粒碳化硅以及短切纤维按照步骤1)所述的混合比例分别放入混合设备混合均匀；
所述半浆充填料是大颗粒碳化硅、中颗粒碳化硅、小颗粒碳化硅、短切纤维按照步骤1)所述的混合比例与步骤2)所制备得到的热固性树脂进行混合制成半浆充填料；
5)将步骤1)中所选取的结构陶瓷柱塞入步骤1)中子弹带形的纤维编织物上设置的用于塞装结构陶瓷柱的塞孔中并置于步骤3)制备得到的分体模具中；
6)将步骤4)配制得到的充填料装填在步骤5)中分体模具中并进行真空处理，在真空度达到10～1KPa时，将步骤2)制备得到的浆料缓慢地注入分体模具中直至注满分体模具后继续保持压力；
7)对分体模具进行加热促使分体模具中的浆料固化，所述加热温度在50℃～200℃之间，加热固化时间1小时～5小时之间；浆料固化后停止加压；缓慢降温到室温，拆除分体模具，完成分体预制件的制作；
8)在步骤3)得到的整体模具中安装步骤7)所制备得到的分体预制件；在整体模具中相邻两个分体预制件的对接口处再次填充结构陶瓷柱，在相邻两个分体预制件的缝隙里以及分体预制件与整体模具之间的缝隙中填充步骤4)配制得到的充填料，装满并捣压紧密后进行真空处理，在真空度达到10～1KPa时，将步骤2)制备得到的浆料缓慢地注入整体模具中直至注满整体模具后继续保持压力；
9)对整体模具进行加热促使整体模具中的浆料固化，所述加热温度在50℃～200℃之间，加热固化时间1小时～5小时之间；浆料固化后停止加压；缓慢降温到室温，拆除整体模具，完成在电磨磨辊套和/或磨盘瓦的金属基材上加装复合耐磨蚀层的制备。
上述步骤1)所述的复合耐磨蚀层的材料中：
结构陶瓷柱优选是碳化硅陶瓷柱或氮化硅结合碳化硅陶瓷柱；所述结构陶瓷柱的横截面是四边形时，所述结构陶瓷柱的横截面优选正四边形或菱形；所述结构陶瓷柱的横截面是六边形时，所述结构陶瓷柱的横截面优选正六边形或正交对称六边形；所述横截面尺寸是横截面为多边形的对角线或横截面为圆形的直径，所述横截面尺寸在8mm～25mm之间；
所述充填料所用碳化硅颗粒的最优使用范围是大颗粒、中颗粒以及小颗粒的配比是40％～60％：30％～40％：10％～20％；
所述碳化硅超细微粉的粒度范围是在0～0.5μm之间；所述子弹带形的纤维编织物上相邻两个塞孔的间距是0～20mm；所述用于充填料的增强材料是短切玻璃纤维。
上述短切纤维的长度是1～2mm。
上述步骤4)中混合制成半浆充填料的具体实现方式是：
将大颗粒、中颗粒、小颗粒碳化硅颗粒以及短切纤维分别备好；取出步骤2)制备得到的热固性树脂，将热固性树脂首先与大颗粒碳化硅颗粒混合均匀，然后再将中颗粒碳化硅颗粒混入并搅拌均匀，最后再将小颗粒碳化硅颗粒及短切纤维投入并搅拌均匀，小颗粒碳化硅颗粒和短切纤维粘附在大颗粒碳化硅颗粒上制成半浆充填料。
上述步骤7)以及步骤9)中加热温度均是80℃～120℃。
一种用于在电磨磨辊套和/或磨盘瓦的金属基材上加装复合耐磨蚀层的制备工装，其特殊之处在于：所述制备工装包括用于制作分体预制件的分体模具以及用于完成整体磨辊套制作的整体模具；
所述分体模具包括定位托板、定位板、模具侧板、分体模具真空泵接口、分体模具进浆料接口、模具端头、模具上盖以及用于将结构陶瓷柱固定的分隔板；所述定位板设置在定位托板上；所述定位板上设置沉孔；结构陶瓷柱的下端插入定位板的沉孔中，结构陶瓷柱的上端卡在分隔板中；所述模具侧板以及模具端头共同设置在定位托板上；所述模具侧板以及模具端头分别是两组；所述模具侧板以及模具端头以及定位托板共同形成有一腔体的空间结构；所述模具上盖设置在空间结构的顶部并分别与模具侧板以及模具端头固定；
所述分模密封盖在卸下定位板和定位托板后置于空间结构的底部并分别与模具侧板以及模具端头固定形成有一腔体的空间结构；所述真空泵接口设置在模具上盖顶部并与空间结构内部相贯通；所述分体模具进浆料接口设置在分模密封盖底部并与空间结构内部相贯通；
所述整体模具包括支撑杆架、支杆、将分体预制件卡在整体模具上的定位卡具、扣合在分体预制件外表面的上壳体以及下壳体、密封盖、整体模具的进浆料接口以及整体模具的真空泵接口；所述支撑杆架通过支杆与定位卡具分别交替固定分体预制件；所述上壳体与下壳体相互扣合并与密封盖、磨辊套的环状金属基材形成中空结构；分体预制件拼接后置于中空结构中；所述整体模具的进浆料接口以及整体模具的真空泵接口分别设置在下壳体以及上壳体上并与中空结构相贯通；所述分体模具的模具上盖的内侧曲面与整体模具的下壳体的内侧曲面或上壳体的内侧曲面相同。
上述支杆上设置有用于调节支杆长度的调节螺栓。
本发明的优点是：
本发明提供了一种用热固性树脂与碳化硅颗粒将裹在纤维编织物里的结构陶瓷柱粘接在磨辊套的环状金属基材上形成耐磨蚀磨辊套及粘接在磨盘瓦的金属基材上形成耐磨蚀磨盘瓦的工艺，该工艺主要是将结构陶瓷柱塞入玻璃纤维编织物里，装好结构陶瓷柱的编织物用工装卡具有序地、整齐地固定在分体模具里，再用充填料装填满分体模具，加热制成分体预制件；然后按照设计的数量将分体预制件装入整体模具并装填满充填料，加热制成耐磨蚀电磨磨辊套和/或磨盘瓦。本发明制成的耐磨蚀电磨磨辊套和/或磨盘瓦大幅地提高了抗磨损性，比传统电磨磨辊套和/或磨盘瓦的使用寿命延长了近十倍，节约了维护中产生的大量的人力物力；本发明采用热固性树脂与碳化硅颗粒在低温下成型，降低了能耗，减少了贵金属的消耗，简化了生产工艺，极大地节约了生产成本。同时，本发明所公开的生产工艺确保了碳化硅颗粒在电磨磨辊套和/或磨盘瓦里分布均匀，以及热固性树脂在电磨磨辊套和/或磨盘瓦里充实无气泡，减少了产品在使用中由于局部损坏而报废的可能性。
附图说明
图1是在模具内制成电磨磨辊套的剖视示意图；
图2是分体模具内安装结构陶瓷柱的剖视示意图；
图3是分体模具装完充填料盖上模具上盖的剖视示意图；
图4是分体预制件在分体模具中的剖视示意图；
图5是二分之一整体模具内组装分体预制件的剖视示意图；
图6是整体模具组装过程示意图；
图7是分体预制件对接示意图；
图8a是分隔板的示意图；
图8b是图8a的俯视结构示意图；
图9是几种常用结构陶瓷柱的横截面的示意图；
图10a-图10e分别是结构陶瓷柱常用的组装形式的示意图；
其中：
1-结构陶瓷柱；2-分体预制件(充满浆料并且已经固化的充填料)；3-整体模具；4-装填在分体预制件与磨辊套金属基材之间的已经固化的充填料；5-密封盖；6-电磨磨辊套的环状金属基材；7-整体模具的进浆料接口；8-整体模具的真空泵接口；9-分隔板；10-模具侧板；11-模具端头；12-定位托板；13-定位板；14-沉孔；15-连接螺栓；16-模具上盖；17-分模密封盖；18-接口塞条；19-分体模具真空泵接口；20-分体模具进浆料接口；21-定位卡具；22-支撑杆架；23-支杆；24-接口孔。
具体实施方式
参见图1至图10，所有附图标记为：结构陶瓷柱1、分体预制件(充满浆料并且已经固化的充填料)2、整体模具3、装填在分体预制件与磨辊套金属基材之间的已经固化的充填料4、密封盖5、电磨磨辊套的环状金属基材6、整体模具的进浆料接口7、整体模具的真空泵接口8、分隔板9、模具侧板10、模具端头11、定位托板12、定位板13、沉孔14、连接螺栓15、模具上盖16、分模密封盖17、接口塞条18、分体模具真空泵接口19、分体模具进浆料接口20、定位卡具21、支撑杆架22、支杆23以及接口孔24。
涉及一种在电磨磨辊套的金属基材上使用热固性树脂与结构陶瓷复合形成耐磨蚀层的制备工艺，如图1所示：该生产工艺主要包括以下步骤：
1)选定结构陶瓷柱；
1.1)确定结构陶瓷柱的材料；
理论认为结构陶瓷柱可以使用各种结构陶瓷材料加工，但考虑到经济实用等因素；常用的有碳化硅陶瓷柱、氧化铝陶瓷柱、氮化硅结合碳化硅陶瓷柱、碳化硅结合金属陶瓷柱；主要用的是碳化硅陶瓷柱、氮化硅结合碳化硅陶瓷柱；
1.2)确定结构陶瓷柱的形状；
如图9所示：结构陶瓷柱为横截面是多边形或圆形的棱柱体或圆柱体；结构陶瓷柱的横截面是多边形的有形状为三角形、四边形、六边形和八边形；常用的横截面是多边形的结构陶瓷柱主要有形状为正六边形、正交对称六边形、正四边形、菱形；最优选的有结构陶瓷柱的横截面是四边形时，结构陶瓷柱的横截面优选正四边形或菱形；结构陶瓷柱的横截面是六边形时，结构陶瓷柱的横截面优选正六边形或正交对称六边形；为了便于安装，结构陶瓷柱的一端可以略小于另一端；
参见图10a-图10e，分别是结构陶瓷柱常用的组装形式的示意图。
1.3)确定结构陶瓷柱的尺寸；
结构陶瓷柱过粗或者过细都将给生产带来不便，结构陶瓷柱横截面上的多边形对角线或圆形直径的尺寸在5mm～30mm之间；最优选择是结构陶瓷柱横截面上的多边形对角线或圆形直径的尺寸在8mm～25mm之间；由于安装位置不同，结构陶瓷柱的长度的范围很大，最常用的是20mm～250mm之间；
1.4)确定结构陶瓷柱的用量；
结构陶瓷柱的最大用量是结构陶瓷柱密集排列，密集排列是结构陶瓷柱相互之间的间隙很小，间隙缝里只有玻璃纤维和固化了的浆料，这种电磨磨辊套主要用在加工硬质材料的粉末；结构陶瓷柱的最小用量是零，也就是说，分体预制件全部用充填料制作，从而降低了电磨磨辊套的造价，这种电磨磨辊套主要工作在低速环境下，用于加工软质材料的粉末；
2)选取碳化硅颗粒作为充填料用的碳化硅颗粒；
选取粒径范围是大于F30的碳化硅颗粒为大颗粒；选取粒径范围在F30～F100之间的碳化硅颗粒为中颗粒；选取粒径范围在F100～F220之间的碳化硅颗粒为小颗粒，清除选取的碳化硅颗粒表面上的污染杂质；碳化硅颗粒大、中、小的使用配比是任意的；优选的是碳化硅颗粒配比是大：中：小为40％～60％：40％～30％：20％～10％；
根据选取的热固性树脂的性能，确定是否使用相应的表面活性剂对碳化硅颗粒表面进行处理；若需要对碳化硅颗粒表面进行处理，则表面活性剂的种类及用量是根据所选用的热固性树脂的类别及碳化硅颗粒的表面积来确定的；若不需要对碳化硅颗粒表面进行处理，则跳过表面活性剂处理步骤后进行后续步骤；
3)选取热固性树脂以及辅助材料；
热固性树脂是环氧树脂、乙烯基树脂、聚酰亚胺树脂或酚醛树脂；热固性树脂采用环氧树脂时，环氧树脂是E51～E31环氧树脂或改性环氧树脂；乙烯基树脂是通用乙烯基树脂或改性乙烯基树脂；热固性树脂的用量是根据碳化硅颗粒的大小及用量来确定的，辅助材料根据选用的热固性树脂选取相应的固化剂、引发剂、稀释剂、消泡剂以及碳化硅超细微粉；碳化硅超细微粉的粒度范围是在0～1μm之间，最好的粒度范围是在0～0.5μm之间；碳化硅超细微粉的用量范围是热固性树脂用量(重量比)的0～2％；其它辅助材料的用量和品种是由所选用的热固性树脂的用量和品种来确定。
4)选择增强材料；
增强材料包括用于结构陶瓷柱的增强材料以及用于充填料的增强材料；
用于结构陶瓷柱的增强材料是玻璃纤维或碳纤维；用于结构陶瓷柱的增强材料最优的是玻璃纤维；纤维制作成纤维编织物；纤维编织物制作成子弹带形；子弹带形编织物上有塞装结构陶瓷柱的塞孔；子弹带形编织物上的塞装结构陶瓷柱的塞孔与另一相邻的塞孔的距离是可调节的，编织物上的塞孔与另一相邻的塞孔的距离是在0～30mm；优选0～20mm；
用于充填料的增强材料是短切纤维；短切纤维是玻璃纤维、碳纤维中的任意一种；首选的短切纤维是玻璃纤维；短切纤维的长度在0.5～2.5mm；短切纤维的优选长度在1～2mm；短切纤维的用量是碳化硅颗粒用量的(重量比)的0～5％。
5)选取热固性树脂以及辅助材料配制热固性树脂浆料：按照步骤3)将选好的热固性树脂和固化剂、引发剂、稀释剂、消泡剂以及碳化硅超细微粉投进搅拌设备混合，并充分搅拌配制成浆料；将配制成的浆料装入送料罐，关闭送料罐的装料口，打开真空设备抽真空，在真空度达到10～1KPa的真空环境下，除去搅拌中产生的气泡，然后恢复常压待用。
6)常用的电磨的种类有好几种，用的较多的电磨的磨辊套的横切面近似于圆冠、椭圆冠和/或近似于三角形、梯形，本发明方案的工艺是可以用于各种电磨，而制备装置是围绕着几种常用的电磨设计的，但设计理论是适用于其它种类电磨磨辊套的制备装置的；根据电磨磨辊套的结构参数准备好金属基材、分体模具、整体模具、分体模具用的工装卡具以及整体模具用的工装卡具；
6.1)按照磨辊套的技术设计要求：制作好磨辊套的金属基材；磨辊套的金属基材是环状金属件，金属环的内侧面制作有能够将磨辊套安装在磨辊上并且紧密地连接在一起的机械结构；金属环外侧面制作的非常粗糙，能够使金属环与充填料紧紧地粘结在一起；
6.2)生产中需要分别使有整体模具和分体模具：
6.2.1)分体模具
由于在制作电磨磨辊套时，结构陶瓷柱的排列要求有序整齐，并且结构陶瓷柱相互之间的间隙里要均匀紧密地装填入充填料，因此用整体模具一步成型制成磨辊套是非常困难的，而采用分体模具的目的就是为了在一个较小的范围内将结构陶瓷柱、充填料或者小单元预制体整齐有序地排列在一起，制成分体预制件，从而解决制作磨辊套的困难，完成最终磨辊套的整体成型；小单元预制体是用浆料将充填料粘结在一排整齐排列有序的结构陶瓷柱的单侧或双侧，固化后成为小单元预制体；浆料粘结充填料的厚度是按照分体预制件中结构陶瓷柱两排之间的排列间隙确定的，小单元预制体两侧留有每两片之间可以相互吻合的两两对接的接口；小单元预制体将被装在分体模具里，用于制作分体预制件；
电磨磨辊套的分体模具是按照环形整体模具采取360度等份分割而制作形成的，因此用分体模具制作出的每一个分体预制件都是整体磨辊套的360度等份分割的一份，按照等份数制作的分体预制件，能够对接成整体磨辊套的主体；磨辊套的分体模具是十八分之一模具、十六分之一模具、十二分之一模具、十分之一模具、八分之一模具、六分之一模具或四分之一模具；
磨辊套的分体模具的主要组成结构件有模具上盖、两个模具端头、两个模具侧板、分模密封盖构成，其中分体模具的模具上盖的内表面的双向曲面与环形整体模具的内表面中间部分的双向曲面完全相同，模具上盖的四个边上都有能够分别与两个模具端头的上部曲面及两个模具侧板的上部曲面吻合连接的曲面和螺栓孔；分体模具的模具端头的内侧加工有与结构陶瓷柱对应的棱和沟槽，便于结构陶瓷柱的安装和分体预制件的两两对接，模具端头上部有能够与模具上盖两端吻合连接的连接曲面和螺栓孔，模具端头下部有能够与分模密封盖两端吻合连接的连接曲面和螺栓孔；模具侧板上部有能够与模具上盖两端吻合连接的连接曲面和螺栓孔，模具侧板下部有能够与分模密封盖两端吻合连接的连接曲面和螺栓孔。
磨辊套的分体模具的结构是：两个模具侧板的上部与模具上盖的左、右侧分别吻合连接，下部与分模密封盖的左、右侧分别吻合连接；两个模具端头的上部与模具上盖的前后端分别吻合连接，下部与分模密封盖的前后端分别吻合连接，组合成分体模具，分体模具的腔体内用于生产分体预制件；分体模具上安装有进浆料接口和真空泵接口；
6.2.2)整体模具
整体模具是一个横截面近似于圆冠、椭圆冠和/或近似于三角形、梯形的环形整体模具；为了便于安装分体预制件或卸下工件，磨辊套的整体模具不能够采用完整的整体模具，需要拆分成多个部件，然后对接成为一个整体模具；整体模具有两种拆分方法；
其一所述的磨辊套的整体模具是把整体模具沿横向一分为二，分成两个半圆形模具；然后对接并连接成一个环形的整体模具；整体模具两侧各有一个密封盖与环形整体模具密封连接。其二所述的磨辊套的整体模具是把整体模具沿纵向一分为二分成两个环形的二分之一模具，然后两环凹面侧相对扣合连接成一个环形整体模具；整体模具两侧各有一个密封盖与环形整体模具密封连接。
磨辊套的整体模具上的密封盖是带有连接口的圆环，圆环的外边缘加工有能与环形整体模具上的止口通过螺栓密封连接的止口，圆环的内边缘上加工有能够通过螺栓密封连接，卡住磨辊套环状金属基材的卡口，整体模具、密封盖、磨辊套的环状金属基材构成一个环形中空密封腔，在密封腔里浆料将结构陶瓷柱和充填料粘结在磨辊套的环状金属基材上，制成磨辊套；整体模具上装有进浆料接口和真空泵接口。
6.3)分体模具的工装卡具和整体模具的工装卡具：
6.3.1)分体模具的工装卡具
分体模具用的工装卡具包括用于固定结构陶瓷柱的分隔板、定位板、定位托板及接口塞条。
在分体模具上用的定位板的整个正面，整齐地有序地排列着若干个沉孔，这些沉孔的形状与将要安装的结构陶瓷柱的横截面相同，深度是两到三毫米，能够将结构陶瓷柱的下端插入，使结构陶瓷柱的下端定位；定位板的背面安装有能够与定位托板连接的连接螺栓；为了方便拆卸，定位板至少需要设计成两块，然后对接使用。在分体模具上使用的定位托板的作用，是将定位板连接固定在分体模具上；定位托板上对应定位板上的连接螺栓加工有连接孔，除了定位板连接孔外，定位托板的形状与分模密封盖的形状相同，定位托板能够在分模密封盖的位置上与分体模具吻合连接。
参见图8a以及图8b，在分体模具上用的分隔板是一个上面带有多个卡槽的金属板条，卡槽的形状和间距是按照结构陶瓷柱形状和安装间距确定的，卡槽的深度是两到三毫米，金属板条的厚度是由两排结构陶瓷柱的安装间距确定的。
在分体模具上使用分隔板的作用，是对应定位板把插在定位板上沉孔里的结构陶瓷柱一排排分隔开，并且把结构陶瓷柱的上端卡在分隔板上的卡槽里，使结构陶瓷柱的上端定位；如果先将带着玻璃纤维编织物的结构陶瓷柱制成小单元预制体，再将小单元预制体装入分体模具时，则不需要分隔板。
在分体模具上用的接口塞条的作用，是排除分体预制件接口处的充填料，为在后续分体预制件对接时提供方便。
分隔板、定位板及定位托板的用途是在分体模具内直接将每一个结构陶瓷柱都限制在其应该在的位置上，这种工装卡具要求在生产中不影响装填充填料，并且在充填料装填到能够控制住了结构陶瓷柱不再移动时顺利取出。
6.3.2)整体模具的工装卡具
整体模具用的工装卡具包括用于固定分体预制件的定位卡具和支撑杆架。
在整体模具上使用的定位卡具的作用是将分体预制件卡在整体模具上；在整体模具上使用的定位卡具的一侧上有两个螺栓孔，用螺栓可以将定位卡具固定在环形整体模具上，定位卡具的另一侧加工有一个卡台，用于卡住分体预制件。
在整体模具使用的支撑杆架的作用是将对接在一起的整体模具里的每一个分体预制件用支撑杆架的支杆一一对应再次固定紧，以便卸下定位卡具进行后续工序；在整体模具使用的支撑杆架上有用于固定分体预制件的支杆，支撑杆架的支杆的个数与分体预制件的个数相等，支撑杆架的支杆的一端固定在中心的固定盘上，并且所有的支杆以固定盘为中心在一个平面上向四周均匀伸出，支撑杆架的支杆的另一端是用于顶住并且顶紧分体预制件，支撑杆架的支杆上安装有调节螺栓，用于调节支杆的伸长量。
7)配制充填料，用步骤2)所选取的碳化硅颗粒配制充填料；充填料中包括干混充填料以及半浆充填料；充填料在使用时，是干混充填料以及半浆充填料中的任意一种或其组合；
7.1)干混充填料是大颗粒碳化硅、中颗粒碳化硅、小颗粒碳化硅以及步骤4)中的短切纤维分别放入混合设备混合均匀；
7.2)半浆充填料是大颗粒碳化硅、中颗粒碳化硅、小颗粒碳化硅以及短切纤维分别备好，然后取出一部分已经与固化剂、引发剂、稀释剂、消泡剂以及碳化硅超细微粉配制好的热固性树脂，将热固性树脂首先与大颗粒碳化硅混合均匀，然后再将中颗粒碳化硅混入并搅拌均匀，最后再将小颗粒碳化硅及短切纤维投入并搅拌均匀，小颗粒碳化硅和短切纤维粘附在大颗粒上制成半浆充填料。
8)选择步骤1)中的结构陶瓷柱，将其紧紧塞入步骤4)中的用增强材料玻璃纤维编制的有序的子弹带形编织物的塞孔里；子弹带形编织物上的塞装结构陶瓷柱的塞孔与另一相邻的塞孔的距离是可以调节的，调节距离的大小与结构陶瓷柱的大小、形状以及与产品的抗磨性能相关；编织物上的塞孔与另一相邻的塞孔的距离是在0～30mm(最好不要超过所用结构陶瓷柱横截面上的多边形对角线或圆形直径尺寸的两倍)；编织物上的最优塞孔与塞孔之间的距离是在0～20mm；在结构陶瓷柱之间需要留出间隙时，也可以在每两条装有结构陶瓷柱的子弹带形编制物的之间留出间隙，每两条装有结构陶瓷柱的子弹带形编制物之间的间隙是0～30mm；
如图2、图3所示，使用步骤6)中的工装卡具将装有结构陶瓷柱的子弹带形编制物固定在步骤6)中6.2.1)所述的分体模具里；使用步骤6)中6.2.1)所述的分体模具的部件模具上盖、两个模具端头、两个模具侧板、分模密封盖以及在步骤6)中6.3.1)所述的分体模具用的工装卡具分隔板、两个定位板、定位托板完成结构陶瓷柱的第一步安装；首先把两个定位板用连接螺栓安装连接在定位托板的凸面上，再将两个模具端头的下部和两个模具侧板的下部与定位托板凸面上的四周边连接，然后两个模具端头和两个模具侧板再相互连接；连接好后，将带着玻璃纤维编织物的结构陶瓷柱的下端逐排插入定位板的沉孔里定位，将结构陶瓷柱的上端用分隔板逐排分开，并将结构陶瓷柱的上端卡在分隔板的卡槽里定位；(此时定位托板在底部)；操作中是取一排结构陶瓷柱将其下部插入定位板的沉孔里，然后取一个分隔板将结构陶瓷柱的上端卡在分隔板的卡槽里，分隔板的两端担在分体模具上部的边缘上；
9)将步骤7)配制得到的充填料装填在步骤8)所述的分体模具中，装填的方法是将充填料从分体模具上部的分隔板与结构陶瓷柱之间错开的间隙里填入，如果间隙太小，可采用去掉一个分隔板，用螺丝刀分开两排结构陶瓷柱之间的间隙将充填料填入，填满后再装填下一排，如此逐排装填直至全部填满后去除分隔板，安装上模具上盖；然后翻转分体模具，使模具上盖处于底部，先卸下定位托板，再卸下定位板，用一个能塞进两排结构陶瓷柱之间的间隙里的工具将充填料捣压紧密，安装上接口塞条，最后用充填料装满整个分体模具并捣压紧密，再将分模密封盖安装好，翻转分体模具；
10)将真空泵和步骤5)中的送料罐连接在步骤9)中的分体模具上的进浆料接口和真空泵接口上；关闭送料罐送料阀门，打开真空泵，打开真空阀门，当真空度达到10～1KPa时，在保持此真空环境下，缓缓打开送料罐送料阀门，同时给送料罐加压(根据分体模具的承载压)将配制好的浆料缓慢地注入分体模具，直至注满分体模具后，关闭真空阀门，但还需要保持送料罐内压力不变。
11)如图4所示，在保持送料罐内压力不变的前提下，加热促使浆料固化(由于大部分热固性树脂固化时收缩较大，所以加热促使浆料固化时，要从最远离分体模具的进浆料接口处开始加热，以便送料罐可以不停地补充浆料固化时所需补充的树脂)；加热温度在50℃～200℃之间，优选加热温度是80℃～120℃；加热固化时间1小时～5小时之间；浆料固化后停止加压；缓慢降温到室温，拆除分体模具，完成分体预制件的制作；
12)在整体模具里安装步骤11)所得到的分体预制件时，要把所有将要参与整体工件制作的各个分体预制件的两个接口端做好连接处理，分体预制件的接口可以是平面接口也可以是交替错位借口，这两种接口可以直接对接；如图7所示，分体预制件的另一种接口是对口接口，这种接口需要在接口处的每一个对口接口孔里塞入一个结构陶瓷柱；在整体模具里若是使用步骤6)中6.2)所述的两个半圆形模具时，要将全数的分体预制件一分为二，分别装在两个半圆形模具里，如图5所示，每个分体预制件两边都要用步骤6)中6.3)所述的定位卡具分别固定，固定好后将两个半圆形模具对接在一起；然后如图6所示，用步骤6)中6.3)支撑杆架将每一个分体预制件用支撑杆架的支杆一一对应再次固定紧，固定紧后才能卸下一侧的定位卡具，并装上一个步骤6)中6.2)所述的密封盖，平放整个整体模具，将带密封盖的一侧放在底部；
在整体模具里，此时首先在分体预制件的对接口处的每一个对口接口孔里塞入一个结构陶瓷柱；再在分体预制件两者之间的缝隙里以及分体预制件与整体模具之间的缝隙里装填步骤7)充填料，装满并捣压紧密，卸下支撑杆架，如图1所示，安装上步骤6)中6.1)磨辊套的环状金属基材，取步骤7)充填料填装入分体预制件与磨辊套的环状金属基材之间的连接缝隙里，直至装满并捣压紧密，然后卸去另一半定位卡具并用充填料填满整个整体模具并捣压紧密，安装上另外一个密封盖；
13)将浆料缓慢地注入直至注满整体模具；
将真空泵和步骤5)中的送料罐连接在步骤6)中的整体模具上的进浆料接口和真空泵接口上；关闭送料罐送料阀门，打开真空泵，打开真空阀门，当真空度达到10～1KPa时，在保持此真空环境下，缓缓打开送料罐送料阀门，同时根据整体模具的承载压给送料罐加压，将步骤5)配制好的浆料缓慢地注入整体模具，直至注满整体模具后，关闭真空阀门，但还需要保持送料罐内压力不变。
14)在保持送料罐内压力不变的前提下，加热促使整体模具里的浆料固化(由于大部分热固性树脂固化时收缩较大，所以加热促使浆料固化时，要从最远离整体模具的进浆料接口处开始加热，以便送料罐可以不停地补充浆料固化时所需补充的树脂)；加热温度在50℃～200℃之间，优选加热温度是80℃～120℃；加热固化时间1小时～5小时之间；浆料固化后停止加压；缓慢降温到室温，拆除整体模具，完成整件电磨磨辊套的制作。
Claims (7)
1.一种在电磨磨辊套和/或磨盘瓦的金属基材上加装复合耐磨蚀层的工艺，其特征在于：所述工艺包括以下步骤：
1)选定复合耐磨蚀层的材料；所述复合耐磨蚀层的材料包括结构陶瓷柱、充填料、热固性树脂、辅助材料以及增强材料；
所述结构陶瓷柱是碳化硅陶瓷柱、氧化铝陶瓷柱、氮化硅结合碳化硅陶瓷柱或碳化硅结合金属陶瓷柱；所述结构陶瓷柱的横截面是多边形的棱柱体或横截面是圆形的圆柱体；所述结构陶瓷柱的横截面是多边形时，所述结构陶瓷柱的横截面是三角形、四边形、六边形或八边形；所述结构陶瓷柱的尺寸包括横截面尺寸以及长度尺寸；所述横截面尺寸是横截面为多边形的对角线长度或横截面为圆形的直径，所述横截面尺寸在5mm～30mm之间；所述长度尺寸是20mm～250mm之间；
所述充填料是碳化硅颗粒以及氧化铝颗粒；所述碳化硅颗粒包括粒径范围大于F30的碳化硅颗粒为大颗粒、粒径范围在F30～F100之间的碳化硅颗粒为中颗粒以及粒径范围在F100～F220之间的碳化硅颗粒为小颗粒；所述碳化硅颗粒是大颗粒、中颗粒以及小颗粒的任意配比；
所述热固性树脂是环氧树脂、乙烯基树脂、聚酰亚胺树脂或酚醛树脂；所述热固性树脂采用环氧树脂时，所述环氧树脂是E51～E31环氧树脂或改性环氧树脂；所述乙烯基树脂是通用乙烯基树脂或改性乙烯基树脂；所述热固性树脂的用量是根据碳化硅颗粒的大小及用量确定的，所述辅助材料是根据选用的热固性树脂选取与热固性树脂相应的固化剂、引发剂、稀释剂、消泡剂以及碳化硅超细微粉；所述辅助材料的用量和品种是由所选用的热固性树脂的用量和品种确定；所述碳化硅超细微粉的粒度范围是在0～1μm之间；所述碳化硅超细微粉的用量是热固性树脂重量的0～2％；
所述增强材料包括用于结构陶瓷柱的增强材料以及用于充填料的增强材料；所述用于结构陶瓷柱的增强材料是玻璃纤维或碳纤维；所述纤维制作成纤维编织物；所述纤维编织物制作成子弹带形；所述子弹带形的纤维编织物上设置有用于塞装结构陶瓷柱的塞孔；相邻两个塞孔的距离是可调节的，相邻两个塞孔的间距是0～30mm；所述用于充填料的增强材料是短切纤维；所述短切纤维是玻璃纤维以及短切碳纤维中的任意一种；所述短切纤维的长度是0.5～2.5mm；所述短切纤维的使用重量是碳化硅颗粒重量的0～5％；
2)将步骤1)所选取的热固性树脂以及与热固性树脂所对应的固化剂、引发剂、稀释剂以及消泡剂按照已有且确定的化学配比投入搅拌设备里，同时在搅拌设备中按步骤1)中的混合比例投放碳化硅超细微粉，搅拌均匀制成浆料；将配制成的浆料在真空度达到10～1KPa的真空环境下除去搅拌中产生的气泡后恢复常压备用；
3)根据电磨磨辊套和/或磨盘瓦的结构参数制备复合耐磨蚀层制备工装；所述复合耐磨蚀层制备工装包括用于制作分体预制件的分体模具以及用于完成整体磨辊套和/或整体磨盘瓦制作的整体模具；
4)步骤1)所述充填料是干混充填料和/或半浆充填料；
所述干混充填料是大颗粒碳化硅、中颗粒碳化硅、小颗粒碳化硅以及短切纤维按照步骤1)中的混合比例分别放入混合设备混合均匀；
所述半浆充填料是大颗粒碳化硅、中颗粒碳化硅、小颗粒碳化硅、短切纤维按照步骤1)所述的混合比例与步骤2)所制备得到的浆料进行混合制成半浆充填料；
5)将步骤1)中所选取的结构陶瓷柱塞入步骤1)中子弹带形的纤维编织物上设置的用于塞装结构陶瓷柱的塞孔中并置于步骤3)制备得到的分体模具中；
6)将步骤4)配制得到的充填料装填在步骤5)中分体模具中并进行真空处理，在真空度达到10～1KPa时，将步骤2)制备得到的浆料缓慢地注入分体模具中直至注满分体模具后继续保持压力；
7)对分体模具进行加热促使分体模具中的浆料固化，加热温度在50℃～200℃之间，加热固化时间1小时～5小时之间；浆料固化后停止加压；缓慢降温到室温，拆除分体模具，完成分体预制件的制作；
8)在步骤3)得到的整体模具中安装步骤7)所制备得到的分体预制件；在整体模具中相邻两个分体预制件的对接口处再次填充结构陶瓷柱，在相邻两个分体预制件的缝隙里以及分体预制件与整体模具之间的缝隙中填充步骤4)配制得到的充填料，装满并捣压紧密后进行真空处理，在真空度达到10～1KPa时，将步骤2)制备得到的浆料缓慢地注入整体模具中直至注满整体模具后继续保持压力；
9)对整体模具进行加热促使整体模具中的浆料固化，加热温度在50℃～200℃之间，加热固化时间1小时～5小时之间；浆料固化后停止加压；缓慢降温到室温，拆除整体模具，完成在电磨磨辊套和/或磨盘瓦的金属基材上加装复合耐磨蚀层的制备。
2.根据权利要求1所述的在电磨磨辊套和/或磨盘瓦的金属基材上加装复合耐磨蚀层的工艺，其特征在于：所述结构陶瓷柱优选是碳化硅陶瓷柱或氮化硅结合碳化硅陶瓷柱；所述结构陶瓷柱的横截面是四边形时，所述结构陶瓷柱的横截面为正四边形或菱形；所述结构陶瓷柱的横截面是六边形时，所述结构陶瓷柱的横截面为正六边形或正交对称六边形；所述横截面尺寸是横截面为多边形的对角线长度或横截面为圆形的直径，所述横截面尺寸在8mm～25mm之间；
所述充填料所用碳化硅颗粒的最优使用范围是大颗粒、中颗粒以及小颗粒的配比是40％～60％：30％～40％：10％～20％；
所述碳化硅超细微粉的粒度范围是在0～0.5μm之间；所述子弹带形的纤维编织物上相邻两个塞孔的间距是0～20mm；所述用于充填料的增强材料是短切玻璃纤维。
3.根据权利要求2所述的在电磨磨辊套和/或磨盘瓦的金属基材上加装复合耐磨蚀层的工艺，其特征在于：所述短切纤维的长度是1～2mm。
4.根据权利要求3所述的在电磨磨辊套和/或磨盘瓦的金属基材上加装复合耐磨蚀层的工艺，其特征在于：所述步骤4)中混合制成半浆充填料的具体实现方式是：
将大颗粒、中颗粒、小颗粒碳化硅颗粒以及短切纤维分别备好；取出步骤2)制备得到的浆料，将浆料首先与大颗粒碳化硅颗粒混合均匀，然后再将中颗粒碳化硅颗粒混入并搅拌均匀，最后再将小颗粒碳化硅颗粒及短切纤维投入并搅拌均匀，小颗粒碳化硅颗粒和短切纤维粘附在大颗粒碳化硅颗粒上制成半浆充填料。
5.根据权利要求4所述的电磨磨辊套和/或磨盘瓦的金属基材上加装复合耐磨蚀层的工艺，其特征在于：所述步骤7)以及步骤9)中加热温度均是80℃～120℃。
6.一种用于在电磨磨辊套和/或磨盘瓦的金属基材上加装复合耐磨蚀层的制备工装，其特征在于：所述制备工装包括用于制作分体预制件的分体模具以及用于完成整体磨辊套和/或整体磨盘瓦制作的整体模具；
所述分体模具包括定位托板、定位板、模具侧板、分体模具真空泵接口、分体模具进浆料接口、模具端头、模具上盖以及用于固定结构陶瓷柱的分隔板；所述定位板设置在定位托板上；所述定位板上设置有沉孔；结构陶瓷柱的下端插入定位板的沉孔中，结构陶瓷柱的上端卡在分隔板的槽里；所述模具侧板以及模具端头共同设置在定位托板上；所述模具侧板以及模具端头分别是两组；所述模具侧板以及模具端头以及定位托板共同形成有一腔体的空间结构；所述模具上盖设置在空间结构的顶部并分别与模具侧板以及模具端头固定；
分模密封盖在卸下定位板和定位托板后置于空间结构的底部并分别与模具侧板以及模具端头固定形成有一腔体的空间结构；所述分体模具真空泵接口设置在模具上盖顶部并与空间结构内部相贯通；所述分体模具进浆料接口设置在分模密封盖底部并与空间结构内部相贯通；
所述整体模具包括支撑杆架、支杆、将分体预制件卡在整体模具上的定位卡具、扣合在分体预制件外表面的上壳体以及下壳体、整体模具的进浆料接口以及整体模具的真空泵接口；所述支撑杆架通过支杆与定位卡具分别交替固定分体预制件；所述上壳体以及下壳体相互扣合形成中空结构；分体预制件拼接后置于中空结构中；所述整体模具的进浆料接口以及整体模具的真空泵接口分别设置在下壳体以及上壳体上并与中空结构相贯通；分体模具的模具上盖的内侧曲面与整体模具的下壳体的内侧曲面及上壳体的内侧曲面相同。
7.根据权利要求6所述的制备工装，其特征在于：所述支杆上设置有用于调节支杆长度的调节螺栓。
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