CN106457400A - 耐磨部件及设有该耐磨部件的物料机械分解装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于粉碎颗粒物料的耐磨部件(4)，包括钢质本体(6)和附接到所述钢质本体(6)的前部的硬质合金制成的前缘部分(7)。所述耐磨部件(4)包括金属基质的复合材料制成的耐磨涂层(8)，所述耐磨涂层(8)附接到与所述前缘部分(7)相连的所述钢质本体(6)的至少一个表面。

Description

耐磨部件及设有该耐磨部件的物料机械分解装置
技术领域
本公开涉及一种用于颗粒物料的粉碎，例如破碎、磨碎、研碎的耐磨部件，其包括钢质本体以及附接到所述钢质本体的前部的硬质合金的前缘部分。
本公开还涉及一种设有该耐磨部件的物料机械分解装置。
背景技术
关于颗粒物质的破碎，诸如在借助于破碎机破碎油砂相关物质的情况下，可以使用不同设计的耐磨部件。根据一个解决方案，耐磨材料制成的齿附接在成对转鼓的外周表面上，该成对转鼓沿相反方向旋转，与此同时，将颗粒物质从上方引入所述转鼓之间的间隙。这例如是油砂处理厂中用于破碎颗粒物质的所谓的二级和三级破碎机所用的原理，在该油砂处理厂中，沥青被从油砂中提取出来。
由所述齿形成的耐磨部件可以包括钢质本体，该钢质本体的前部上附接有硬质合金制成的前缘部分。前缘部分因作为用以撞击的部件的最前面的部分和首先的部分而负责大部分破碎并由此影响待破碎物质。除了前部之外，还存在需要保护免于磨损的钢质本体上的其它表面。应当将耐磨涂层施加到这些表面。涂层需要足够得硬，以承受其在撞击待破碎物质时所经受的力，并且还应当是耐磨的，在这个意义上，其应该耐受由正在破碎或已经破碎并经过耐磨部件的物质引起的侵蚀、腐蚀和磨蚀。根据现有技术，这样的涂层可类似于前缘部分，包括硬质合金，例如具有钴基粘合剂和/或镍基粘合剂的碳化钨。因此，所述表面的至少部分覆盖有与形成前缘部分的材料相同类型的材料。
然而，通过当代技术将硬质合金涂层施加钢质本体上在技术上是困难的并且是耗时的。优选地，需要提供硬质合金作为例如通过支撑机械附接到钢质本体的一个或多个物体。因此，旨在破碎颗粒物质的耐磨部件的现有技术设计的可替代例将对包括破碎颗粒物质的技术领域内的至少某些应用有大价值。
本公开一个方面是提出一种适合诸如破碎颗粒物质的应用的耐磨部件，其中，所述部件具有有利于其高效制造的设计。具体地说，耐磨部件应具有借助于热等静压工艺HIP促进所述部件的至少一个或多个部分的生产的设计。
发明内容
因此，本公开涉及一种粉碎颗粒物料的耐磨部件，所述耐磨部件包括钢质本体及附接到所述钢质本体的前部的硬质合金制成的前缘部分，其中，所述部件包括金属基质的复合材料制成的耐磨涂层，该耐磨涂层附接到与所述前缘部分相连的所述钢质本体的至少一个表面，其特征在于，耐磨涂层已经通过借助于热等静压(HIP)固结粉末混合物形成。HIP工艺将提供耐磨涂层与钢质本体之间的更好粘附。在如上文或下文所限定的耐磨部件中，硬质合金制成的前缘部分以冶金的方式结合到所述钢质本体的前部，并且所述部件包括金属基质的复合材料制成的耐磨涂层，所述部件的耐磨涂层也以冶金方式结合到钢质本体的至少一个表面。
此外，所得到的耐磨涂层将具有其中没有熔融相的迹象的无孔微观结构。
前缘部分可以是因HIP工艺而借助于扩散结合机械附接到钢质本体的前部的单独部分，耐磨涂层和前缘部分两者都借助于HIP工艺附接到钢质本体。
当耐磨部件安装在破碎机等上并且破碎机等运行时，前缘部分是用以撞击待破碎物质的耐磨部件的最前面的部分。金属基质的复合材料因其能够用HIP工艺附接到钢质本体而适合作为在钢质本体上的一个或多个表面上的涂层材料，在HIP工艺中，包括所述金属基质的复合材料的组分的粉末混合物位于这样的表面上并且借助于在所述HIP工艺过程中施加的热和压力而固结。金属基质的复合材料因此将以冶金方式粘附到钢质本体。金属基质的复合材料可由30-70体积％的碳化钨颗粒和30-70体积％的金属基合金的基质组成。前缘部分可直接附接到钢质本体的前部上或附接到所述金属基质的复合材料构成的涂层上，涂层则附接到钢质本体的前部。
根据一个实施例，所述金属基质的复合材料是镍基的金属基质的复合材料、钴基的金属基质的复合材料或铁基的金属基质的复合材料中的任一种。这样的金属基质的复合材料特别适合于HIP工艺并且也将产生具有高耐磨性的涂层。金属基质的复合材料还可以包括在镍基合金基质或钴基合金基质或铁基合金基质中的碳化钨颗粒。碳化钨颗粒可以离散的不互连的颗粒的形式分布在金属基合金基质中。根据一个可替代实施例，大部分碳化钨颗粒以离散的不互连的颗粒的形式分布在金属基合金基质中。在耐磨涂层已经借助于HIP工艺制造的部件中，金属基合金中的离散的不互连的钨颗粒的均匀分布将会造成延展性和在整个部件上的均匀硬度，并因此提供给部件高耐磨性和强度。
根据一个实施例，所述金属基质的复合材料包括碳化钨颗粒和镍基合金的基质，其中镍基合金包括：0–1.0重量％C；5-14.0重量％Cr；0.5–4.5重量％Si；1.25–3.0重量％B；1.0–4.5重量％Fe；余量的Ni和不可避免的杂质。这种镍基合金是坚固的和有延展性的，并且因此非常适合作为抗磨蚀应用中的基质材料。
碳与铬和铁一起形成在延展性镍基合金的基质中析出的少量富金属碳化物，例如M23C6和M7C3。所析出的碳化物通过阻止位错扩散而强化基质。根据本公开，用于附接耐磨涂层的镍基合金粉末包括至少0.25重量％碳，以确保富金属碳化物充分析出。然而，过多碳可能降低镍基合金基质的延展性，并且因此碳应限制在1.0重量％。因此，优选地，镍基合金包括0.25–1.0重量％碳。例如，碳含量是0.25-0.35重量％或0.5–0.75重量％。
铬对耐腐蚀以及确保富铬碳化物和富铬硼化物的析出而言是重要的。因此，镍基合金的基质中所含的铬量至少是5重量％。然而，铬是强碳化物形成元素，并且因此高铬含量导致碳化钨颗粒溶解增加。因此，铬应限制在14重量％。因此，优选地，镍基合金包括5–14重量％铬。例如，铬含量是5.0-9.5重量％或11-14重量％。在某些应用中，需要完全避免碳化钨颗粒溶解。在这种情况下，镍基合金的基质中的铬含量可以是<1.0重量％。
硅用于镍基合金粉末的制造工艺中并且因此可存在于镍基合金的基质中，通常含量是至少0.5重量％，例如2.5–3.25重量％或4.0–4.5重量％。硅可对M6C类型的富钨碳化物有稳定作用并且因此硅含量应限制在4.5重量％。
硼形成富铬硼化物，其有助于硬化并且提高镍基合金的基质的耐磨性。硼应具有至少1.25重量％含量，以获得显著效果。然而，构成镍基合金的基质中的主要元素的硼在镍中的溶解度受到限制并且因此硼含量应不超过3.0重量％。例如，硼含量是1.25–1.8重量％或2.0–2.5重量％或2.5–3.0重量％。
铁通常包含在废金属中，包含镍基合金的粉末由该废金属制成。然而，高铁含量可能导致碳化钨颗粒溶解并且因此铁应限制在4.5重量％。例如，铁含量是1.0–2.5重量％或3.0–4.5重量％。
镍构成镍基合金的余量。因为其是高延展性金属并且也因为碳在镍中的溶解度低，所以镍适合作为基质材料。碳的低溶解度是基质材料中的重要特征，以避免钨颗粒溶解。
根据一个实施例，金属基质的复合材料包括具有105–250μm粒径的碳化钨颗粒和扩散结合的镍基合金颗粒构成的基质，其中，扩散结合的镍基合金颗粒的粒径是<32μm。碳化钨颗粒可以是WC或W2C或WC和W2C的混合物。碳化钨颗粒可以是球形或多面体形。钨颗粒将提供耐磨性。结合的镍基合金颗粒的粒径可通过激光衍射来确定，即通过激光束穿过空气中或液体中的分散颗粒时所产生的衍射光的“光晕”分析来确定。最大镍基合金颗粒被选择为32μm，以确保镍基合金颗粒完全包围每个较大碳化钨颗粒。根据可替代实施例，镍基合金颗粒的最大粒径是30μm、28μm、26μm、24μm或22μm。重要的是，与碳化钨颗粒的平均粒径相比，镍基合金颗粒的平均粒径相对较小。这具有的效果是，包括所述颗粒的粉末混合物能够以这样的方式混合和处理，即：使得基本上所有碳化钨颗粒都分别嵌入镍基合金颗粒中并均匀分布在粉末混合物中。因此，基本上每个钨颗粒完全被镍基合金颗粒包围。“所有”意思是，仅非常小部分的碳化钨颗粒彼此接触。术语“均匀”意思是，相邻钨颗粒之间的距离在整个粉末混合物体积中是近似不变的。
镍基合金的基质还可包括析出的硼化物颗粒和碳化物颗粒，其中硼化物颗粒和碳化物颗粒在基质中分散为分离的单独颗粒，并且硼化物颗粒和碳化物颗粒的粒径是5-10μm。基质中存在的额外的小碳化物将保护镍基合金的基质免于因研磨介质以高冲击角和低冲击角撞击MMC而引起的侵蚀和磨蚀。所析出的颗粒可以是富铁硼化物和/或富铬硼化物和富铁碳化物和/或富铬碳化物。
根据可替代实施例，金属基质的复合材料包括碳化钨颗粒和钴基合金的基质，其中钴基合金包括：20–35重量％Cr、0–20重量％W、0–15重量％Mo、0–10重量％Fe、0-5Ni重量％、0.05–4重量％C以及余量的Co。这种部件呈现非常高的耐侵蚀性和耐磨蚀性。良好耐磨性将部分地取决于分布在部件中的相对较大碳化钨颗粒。然而，在没有结合任何理论的情况下，认为是，高耐磨性，尤其是耐侵蚀磨损性是钴基合金的基质和预定量的存在于部件基质中的小硬质碳化物，即1-4μm粒径的硬质碳化物两者的变形硬化特性的结果。基质中存在的额外的小碳化物会保护钴基合金的基质免于因研磨介质以高冲击角和低冲击角撞击MMC而引起的侵蚀。在没有结合任何理论的情况下，认为是，所析出的颗粒因在HIP工艺期间第一粉末的碳化钨颗粒与钴基合金粉末的合金元素之间发生反应而形成。
根据另一实施例，钴基合金包括27–32重量％Cr、0–2重量％W、4–9重量％Mo、0–2重量％Fe、2–4重量％Ni、0.1–1.7重量％C以及余量的Co。根据替代实施例，钴基合金包括：26–30重量％Cr、4–8重量％Mo、0-8重量％W、0-4重量％Ni、0–1.7重量％C以及余量的Co。根据又一实施例，钴基合金包括：26–29重量％Cr、4.5–6重量％Mo、2-3重量％Ni、0.25–0.35重量％C以及余量的Co。
根据另一实施例，金属基质的复合材料包括碳化钨颗粒和铁基合金的基质。铁基合金在重量百分比上可包括：0.5–3重量％C；0–30重量％Cr；0–3重量％Si；0-10重量％Mo；0-10重量％W；0-10重量％Co；0-15重量％V；0–2重量％Mn；余量的Fe和不可避免的杂质。根据一个实施例，铁基合金在重量百分比上可包括：1–2.9重量％C；4–25重量％Cr；0.3–1.5重量％Si；4-8重量％Mo；4-8重量％W；0-8重量％Co；3-15重量％V；0.4–1.5重量％Mn；余量的Fe和不可避免的杂质。
通常地但不是必要地是，所述前缘部分具有渐缩的横截面并且在所述钢质本体的前部处形成尖端或边缘。根据本公开的一个实施例，所述钢质本体包括底面和与所述底面相对的顶面，其中，金属基质的复合材料的所述耐磨涂层附接到所述顶面。根据如上文或下文所述的耐磨部件，在所述底面和顶面之间，所述钢质本体可以包括相对的侧面，其中，金属基质的复合材料的所述耐磨涂层附接到至少部分所述侧面。根据可替代实施例，所述钢质本体可以具有截头圆锥或截头金字塔或截头楔的形状，其中，所述前缘部分形成在所述截头圆锥或截头金字塔或截头楔上的鼻部，并且所述表面是所述截头圆锥或截头金字塔或截头楔的覆盖面，并且金属基质的复合材料的耐磨涂层附接到至少部分所述覆盖面。
根据本公开，耐磨部件可以是研磨机或磨碎机的冲击锤；或滚碎机齿；或初级破碎机和/或二级破碎机和/或三级破碎机的破碎齿；或破碎机的耐磨段；或破碎机的耐磨板；或浆料处理系统的部件；或磨碎机的刀片或刀具中的任一种。
本公开还涉及一种物料机械分解装置，其特征在于，其包括如上文或下文所限定的耐磨部件。装置可以是破碎机或任一种用于会有破碎颗粒物质的任何应用中的破碎装置，但其也可以是研磨机或磨碎机或用于粉碎物料，通常是粉碎颗粒物料的任一其它类型装置中的任一种，如在本申请中的前面和下文所述并且如本领域技术人员所实现和理解的那样。例如，物料机械分解装置可以。待破碎颗粒物质可例如是关于采矿作业所得到的物质，或如下文将要例示的那样，是关于从油砂的石油生产得到的物质。
如上文或下文所限定的物料机械分解装置可包括至少一个旋转元件和另一元件，其中，旋转元件与所述另一元件之间有间隙，并且其特征在于，在所述旋转元件的外周表面上设置有至少一个如上文或下文所限定的耐磨部件，并且当所述旋转元件旋转时，耐磨部件会首先通过其前缘部分移动进入所述间隙，用于机械分解、优选地破碎存在于所述间隙中的颗粒物质。另一元件可以是另一旋转元件，并且在所述另一旋转元件的外周表面上可设置有至少一个如上文或下文所限定的耐磨部件，其中，当所述另一旋转元件旋转时，其上的耐磨部件会首先通过其前缘部分移动进入所述间隙，用于机械分解、例如破碎存在于所述间隙中的颗粒物质。
本公开的另外的特征和优点将在下面的其实施例的详细描述中介绍。
附图说明
现将参照附图介绍本公开的实施例，在附图上：
图1是根据本公开的物料机械分解装置的侧视图，
图2是根据本公开的物料机械分解装置的一部分的透视图，
图3是根据本公开的耐磨部件的第一实施例的透视图，
图4是图3中的耐磨部件的根据图5中的IV-IV截取的剖视图，
图5是图4所示的耐磨部件的俯视图，
图6是图3所示的耐磨部件的根据图5中的VI-VI截取的剖视图，
图7是根据本公开的耐磨部件的第二实施例的透视图，
图8是图7所示的耐磨部件的俯视图，
图9是根据图8中的IX–IX截取的剖视图，
图10是根据图8中的X–X截取的剖视图，
图11是根据本公开的耐磨部件的第三实施例以及部件附接到的保持器的透视图，
图12是图10至图11所示的耐磨部件和保持器的俯视图，以及
图13是图10至图12所示的耐磨部件和保持器的根据图12中的XIII-XIII截取的剖视图。
定义
如本文所用的术语“粉碎”旨在包括意指固体物料从一个平均粒径缩小到更小的平均粒径的任何处理过程。“粉碎”的示例不限于研磨、破碎、磨碎和研碎。
术语“重量％”是指“重量百分比”，而术语“体积％”是指“体积百分比”。
术语“金属基质的复合材料”(MMC)是指包括含有陶瓷材料分散体的金属基质的材料，陶瓷材料的形状的示例不限于颗粒、纤维、晶须(whisker)，包括碳化物、氮化物、氧化物和/或硼化物。此外，陶瓷材料不是金属基质的合金元素之间的化学反应结果，而是被添加到金属基质的复合材料。
硬质合金是通常包括具有WC颗粒的钴或钴合金基质的MMC材料。金属基质也可包括镍或镍合金。除了WC碳化物外，其它碳化物或氮化物也可存在于硬质合金中，例如TiC、铬碳化物、TaC和/或HfC。
具体实施方式
图1示出了根据本公开的物料机械分解装置1的实施例。在该情况中，装置是破碎机。破碎机主要目的是用于采矿设备中，在采矿设备中，油砂被处理，以从其中提取出石油。然而，当然也可以设想其它类似应用，其中破碎机用于破碎颗粒物质。破碎机1包括第一旋转元件2和另一第二旋转元件3，其中，第一旋转元件2与第二旋转元件3之间有间隙。在所述旋转元件2、3的外周表面上，设置有耐磨部件4，因此，当旋转元件旋转时，耐磨部件4会首先通过前缘部分移动进入所述间隙，以破碎存在于所述间隙中的颗粒物质。在图1所示的实施例中，将从上方引入这样的颗粒物质。耐磨部件4附接到伸长保持器5，保持器5附接到旋转元件2、3并沿其纵向方向延伸。每个保持器5承载有多个如上文或下文所限定的耐磨部件并分别占据每个旋转元件2、3的外周的预定段。
图1和2所示的耐磨部件4在图3至图6中更详细示出，并且主要适用于从油砂提取石油的设备中的所谓的二级筛选器。然而，本公开不限于设有这些在图7至13中例示的、特定的耐磨部件的破碎机，而是能够在本公开的范围内设有任何类型的耐磨部件。由此，破碎机也可适于除了上述二级筛选器应用外的其它应用，例如用于破碎更粗糙的颗粒物质的初级筛选器或用于破碎比在二级筛选器中的颗粒物质更精细的颗粒物质的三级筛选器。下文中将更详细地描述根据本公开的旨在用于破碎机中的耐磨部件的不同实施例。
图3至图6示出了本公开的耐磨部件4的第一实施例。耐磨部件4包括钢质本体6、附接到钢质本体6的前部的前缘部分7以及与所述前缘部分7相连的所述钢质本体6的至少一个表面的金属基质的复合材料制成的耐磨涂层8。钢质本体6包括底面9，所述底面9旨在支承在如图1所示的保持器5一样的保持器上。钢质本体具有与底面9相对的顶面10。在底面9和顶面10之间设置有在钢质本体6的每侧上的侧面11。因此，钢质本体6包括两个相对的侧面11。在钢质本体6的一端设置有楔状前部12，在前部12的末端设置有由硬质合金制成的前缘部分7。前缘部分7是用以撞击待借助于耐磨部件4破碎的颗粒物质的耐磨部件4的最前面的部分。因此，前缘部分7是耐磨部件的最硬部分。在图3至图6所示的实施例中，前缘部分7通过形状锁合接头附接到钢质本体6，这里，形状锁合接头被定义为接合钢质本体6的前部12中的凹部的前缘部分7的突起。
从前缘部分7到钢质本体6的后表面13，钢质本体的顶面被耐磨涂层8覆盖。相对的侧面11的上侧部分也被耐磨涂层8覆盖。钢质本体6被耐磨涂层8覆盖的部分是在如图1至图2所示的应用一样的应用中被认为最受磨损的所述表面9至11的部分。可能地，侧面11的较大部分或其整个区域可覆盖有耐磨涂层8。如果认为对耐磨部件4的功能或对耐磨部件4的制造来说是必要的或有利的，则后表面12也可以覆盖有耐磨涂层8。
耐磨涂层8包括由碳化钨颗粒和镍基合金、钴基合金或铁基合金中的任一种的金属基质构成的金属基质的复合材料。耐磨涂层已通过借助热等静压(HIP)固结粉末混合物而形成。根据一个实施例，碳化钨颗粒以离散的不互连的颗粒的形式分布在金属基合金的基质中。稍后将介绍优选金属基合金的示例。
图3至图6所示的耐磨部件4包括用于螺栓(未示出)的孔14，部件4借助于该螺栓可附接到如图1所示保持器5一样的保持器。孔14从钢质本体6的顶面10延伸到底面9。
图7至图10示出了本公开的耐磨部件的可替代实施例，这里用附图标记15表示。该实施例的耐磨部件15也包括钢质本体16、附接到钢质本体16的前部的前缘部分17以及与所述前缘部分17相连的所述钢质本体6的至少一个表面的金属基质的复合材料制成的耐磨涂层18。如图10所示，前缘部分17没有直接附接到钢质本体16的前部，而是附接到覆盖钢质本体16的前部的耐磨涂层17的部分。这种设计不是必要的。实际上，使前缘部分直接附接到钢质本体16甚至可以是优选的。在这种情况下，钢质本体16的前部不应被耐磨涂层18覆盖，如图7至图10所示。
如前一实施例所述，前缘部分17包括硬质合金，并且耐磨涂层18包括金属基质的复合材料，该金属基质的复合材料又包括碳化钨颗粒和镍基合金、钴基合金或铁基合金中的任一种的金属基质。
钢质本体16包括底面19，底面19旨在支承在如图1所示的保持器5一样的保持器上。钢质本体16具有与底面19相对的顶面20。在底面19和顶面20之间设置有在钢质本体16的每侧上的侧面21。因此，钢质本体16包括两个相对的侧面21。还设置有在钢质本体16上的后表面22。顶面20以及邻接顶面20的后表面22的上侧部分被耐磨涂层18覆盖。邻接顶面20的每个侧面21的上侧部分也覆盖有耐磨涂层18。邻接底面19的侧面21的下侧部分没有覆盖耐磨涂层18，以促进耐磨部件15借助于焊接附接到保持器。
图7至图10所示的耐磨部件15的主要目的是用于从油砂提取石油的设备中的所谓的三级筛选器中。
图11至图13示出了本公开的耐磨部件的另一实施例，这里用附图标记23表示。为了更清楚示出耐磨部分23如何被认为附接到保持器，还示出了保持器24。为了能附接到如图11至图13所示的耐磨部件23一样设计的耐磨部件，图1所示的保持器5因此能够以如图11至图13所示的保持器23一样设计。
耐磨部件23具有所述钢质本体25，所述钢质本体25在其前部中至少部分具有截头圆锥的形状。钢质本体25还包括后部，该后部用于插入并附接到保持器24。在钢质本体25的前部的最前面部分设置有前缘部分26，前缘部分26形成在所述截头圆锥上的鼻部。金属基质的复合材料制成的耐磨涂层27附接到所述截头圆锥的覆盖面28。当耐磨部件23插入并附接到保持器24时，钢质本体25的表面都没有暴露于外面。换言之，未被保持器24容纳的钢质本体25的所有表面均被耐磨涂层27和前缘部分26覆盖。
图11至图13所示的耐磨部件主要目的是用于从油砂提取石油的设备中的所谓的初级筛选器的破碎机中。与图3至图10所示的耐磨部件4、15不同，其主要目的是破碎较粗糙的物质。
参照图1至图13描述的耐磨部件4、15、23都具有包括硬质合金、优选地硬质合金实心块的前缘部分7、17、26。优选地，硬质合金包括碳化钨和粘合剂相，所述粘合剂相通常是钴粘合剂相。优选地，前缘部分直接连接到钢质本体，但作为可替代例，其可以附接到施加到钢质本体上的耐磨涂层。
耐磨涂层8、18、27借助于热等静压形成并附接到钢质本体6、16、25，其中，包括耐磨涂层成分的粉末混合物被布置在待被涂层覆盖的钢质本体6、16、27的表面或多个表面上并例如通过玻璃包封或金属包封而包覆在该位置上，其中，钢质本体和包封形成供粉末混合物容纳在其中的模具。此后，在通常被称为热等静压室(HIP室)的可加热压力室中，温度和压力根据预定的HIP循环增加。所施加的升高温度和压力以及升高温度和压力的施加持续时间根据具体组成和可能的其它相关特征，例如粒径和颗粒几何形状以及待固结的粉末混合物量进行调节。
加热室用气体、例如氩气加压至大于500bar的静压。通常静压是900-1200bar。热等静压室被加热到金属基合金粉末的熔点之下的温度。温度越接近熔点温度，形成熔化相和脆性碳化物网的不想要条纹的风险越高。因此，在热等静压期间，熔炉中的温度应尽可能低。然而，在低温下，扩散过程减缓并且物料会包含残余孔隙，并且颗粒之间的冶金结合力变弱。因此，温度优选地比金属基合金的熔点低100-200°，例如，对于钴基合金或镍基合金，温度是900-1150℃或1000-1150℃。填充模具在加热室中保持在预定的压力和预定的温度下长达预定的时间段。在HIP期间，粉末颗粒之间发生的扩散过程是时间相关的，因此，长时间是优选的。然而，太长时间能够导致过度WC溶解。优选的是，形体应热等静压达0.5至3小时的时间段，例如1-2小时、例如1小时。
在热等静压期间，金属基合金粉末颗粒将塑性变形并且通过不同扩散过程与钨颗粒彼此冶金结合，以便形成扩散结合的金属基合金颗粒和碳化钨颗粒的密实连贯部件。在冶金结合过程中，金属表面与没有诸如氧化物、夹杂物或其它污染物的缺陷的界面完美结合在一起。
在粉末混合物固结之后，在最终制成的耐磨部件上不想要的可能包覆部分从具有其耐磨涂层的耐磨部件去除。
在用于热等静压的粉末混合物中，根据本公开的耐磨涂层、所含粉末量被选择成使得：第一WC粉末构成粉末混合物总体积的30-70体积％，第二金属基合金粉末构成粉末混合物总体积的70-30体积％。例如，如果粉末混合物总体积的30体积％由WC粉末构成，则剩余是70体积％金属基合金粉末。“WC”是指纯碳化钨或铸造共晶碳化物(WC/W2C)。与共晶WC/W2C碳化物相对的宏观结晶纯WC的使用是优选的。碳化钨的WC相抵抗溶解能力比W2C好得多。共晶碳化钨包括80-90体积％W2C并且因此比纯碳化钨对溶解更敏感。
形成在耐磨部件4、14、23的钢质本体6、16、25上的耐磨涂层8、18、27的金属基的基质的复合材料是镍基金属基质的复合材料或钴基金属基质的复合材料或铁基金属基质的复合材料。碳化钨颗粒可作为离散的不互连的颗粒分布在金属基合金基质中。
镍基金属基质的复合材料
在本公开的范围内并适合借助于HIP固结的镍基合金的合适组成(以重量％的形式)的示例是：
C：0.1；Si：2.3；B：1.25；Fe：1.25；余量的Ni和不可避免的杂质。
C：0.1；Si：2.3；B：1.75；Fe：1.25；余量的Ni和不可避免的杂质。
C：0.1；Si：3.2；B：1.25；Fe：1.25；余量的Ni和不可避免的杂质。
C：0.25；Cr：5.0；Si：3.25；B：1.25；Fe：1.0；余量的Ni和不可避免的杂质。
C：0.35；Cr：8.5；Si：2.5；B：1.25；Fe：1.0；余量的Ni和不可避免的杂质。
C：0.35；Cr：9.5；Si：3.0；B：2.0；Fe：3.0；余量的Ni和不可避免的杂质。
C：0.5；Cr：11.5；Si：4.0；B：2.5；Fe：3.0；余量的Ni和不可避免的杂质。
C：0.75；Cr：14.0；Si：4.0；B：2.0；Fe：4.5；余量的Ni和不可避免的杂质。
镍基合金颗粒具有大致球形形状、或者变形的球形形状。合金元素含量增加将会产生更硬和更脆性材料。上述示例在从大约14的硬度(Rc)至大约62的硬度(Rc)的范围内。金属合金的硬度是在某个程度上获得耐磨金属基质的复合材料的重要特性。然而，一定延展性也是合金的必需特性，因为这使金属基质的复合材料更不容易断裂。已经证明不易断裂的金属基质的复合材料具有比更易断裂的相应金属基质的复合材料更好的耐磨性。
在镍基金属基质的复合材料的情况下，具有在30-40、优选地33-37范围内的硬度(Rc)的镍基合金已经被证明是特别有利的，同时产生足够硬且又有延展性的金属基质的复合材料。上述在本公开范围内的可能的镍基合金的示例之中，下列组成(以重量％的形式)已经被证明产生因其硬度和延展性组合而具有非常好耐磨特性的金属基质的复合材料，并且因此是优选的：
0.35C
8.5Cr
2.5Si
1.8B
2.5Fe
余量的Ni和不可避免杂质。
为了产生所述金属基质的复合材料，具有d90＝22μm粒径的上述组成的粉末用于待热等静压的粉末混合物，即90％的粉末颗粒具有小于22μm的粒径。
优选的碳化钨具有在105-250μm范围内的粒径。具有大约50体积％碳化钨的金属基质的复合材料是优选的。这对应于大约67重量％碳化钨。因此，耐磨涂层由其中33重量％是金属基质和67重量％是碳化钨的金属基质的复合材料形成。
钴基金属基质的复合材料
作为镍基金属基质的复合材料的替代，钴基金属基质的复合材料可以用作耐磨涂层。将钴基合金用于金属基质的复合材料中的主要优点是，这些合金具有引起合金的适当变形硬化行为的低层错能。在没有结合任何理论的情况下，这被认为是钴基合金对以侵蚀性介质的高冲击角的侵蚀有良好抵抗力的一个理由。
根据一个实施例，金属基质的复合材料包括碳化钨颗粒和钴基合金的基质，其中钴基合金包括：20–35重量％Cr、0–20重量％W、0–15重量％Mo、0–10重量％Fe、0-5Ni重量％、0.05–4重量％C以及余量的Co和不可避免的杂质。铬被添加用来抗腐蚀并确保硬碳化铬通过与合金中的碳反应来形成。钨和/或钼也可以包含在钴基合金中，用于碳化物形成和固溶体硬化。碳化物、即碳化铬、碳化钨和/或富钼碳化物会增加延展性钴相的硬度并由此增加其耐磨性。然而，太高含量的合金元素Cr、W和Mo会导致碳化物析出量过多，这会降低金属基质的延展性。铁被添加用来稳定合金的FCC晶体结构并因此提高合金的变形抗力。然而，太高含量的铁可能负面影响力学特性、腐蚀特性和摩擦学特性。
根据另一实施例，钴基合金可包括27–32重量％Cr、0–2重量％W、4–9重量％Mo、0–2重量％Fe、2–4重量％Ni、0.1–1.7重量％C以及余量的Co。
根据替代实施例，钴基合金可包括：26–30重量％Cr、4–8重量％Mo、0-8重量％W、0-4重量％Ni、0–1.7重量％C以及余量的Co。
根据又一实施例，钴基合金可包括：26–29重量％Cr、4.5–6重量％Mo、2-3重量％Ni、0.20–0.35重量％以及余量的Co。
为了实现本公开，优选的金属基质的复合材料包括大约50体积％WC颗粒和50体积％的钴基合金，该钴基合金包括：26-29重量％Cr、4.5-6重量％Mo和0.2-0.35％C以及余量的Co和不可避免的杂质。这个组成借助于HIP固结。由此，优选地是，具有100-200μm的平均粒径的WC粉末和具有45-95μm的平均粒径的钴基合金粉末可形成待通过HIP固结的粉末混合物。
铁基金属基质的复合材料
作为镍基金属基质的复合材料或钴基金属基质的复合材料的替代，铁基金属基质的复合材料可以用作耐磨涂层。优选地，铁基合金重量百分比上包括：0.5–3重量％C；0–30重量％Cr；0–3重量％Si；0-10重量％Mo；0-10重量％W；0-10重量％Co；0-15重量％V；0–2重量％Mn；余量的Fe和不可避免的杂质。根据优选实施例，铁基合金在重量％上包括：1–2.9重量％C；4–25重量％Cr；0.3–1.5重量％Si；4-8重量％Mo；4-8重量％W；0-8重量％Co；3-15重量％V；0.4–1.5重量％Mn；余量的Fe和不可避免的杂质。
为了实现本公开，优选的铁基金属基质的复合材料包括大约50体积％WC颗粒和50体积％的铁基合金，该铁基合金在重量％上具有下述组成：1.9-2.1重量％C；26重量％Cr；0.6-0.8重量％Si；0.4-0.6重量％Mn；余量的Fe和不可避免的杂质。这个组成借助于HIP固结。由此，优选地是，具有100-200μm的平均粒径的WC粉末和具有45-95μm的平均粒径的铁基合金粉末可以形成待通过HIP固结的粉末混合物。

Claims (15)

1.一种粉碎颗粒物料的耐磨部件(4、14、23)，包括钢质本体(6、16、25)以及附接到所述钢质本体(6、16、25)的前部的硬质合金制成的前缘部分(7、17、26)，其中，所述部件包括金属基质的复合材料制成的耐磨涂层(8、18、27)，所述耐磨涂层(8、18、27)附接到与所述前缘部分(7、17、26)相连的所述钢质本体(6、16、25)的至少一个表面(10、11；20、21；28)，其特征在于，所述耐磨涂层(8、18、27)通过固结粉末混合物并且通过借助热等静压将所述粉末混合物以冶金的方式结合到所述钢质本体来形成。
2.根据权利要求1所述的耐磨部件(4、14、23)，其特征在于，所述金属基质的复合材料是镍基的金属基质的复合材料或钴基的金属基质的复合材料或铁基的金属基质的复合材料。
3.根据权利要求1或2所述的耐磨部件(4、14、23)，其特征在于，碳化钨颗粒以离散的不互相连接的颗粒的形式分布在金属基合金的基质中。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的耐磨部件(4、14、23)，其特征在于，所述金属基质的复合材料包括碳化钨颗粒和镍基合金的基质，其中所述镍基合金由以下构成：0–1.0重量％C；5-14.0重量％Cr；0.5–4.5重量％Si；1.25–3.0重量％B；1.0–4.5重量％Fe；余量的Ni和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1-3中的任一项所述的耐磨部件(4、14、23)，其特征在于：所述金属基质的复合材料包括碳化钨颗粒和钴基合金的基质，其中所述钴基合金由以下构成：20–35重量％Cr、0–20重量％W、0–15重量％Mo、0–10重量％Fe、0-5Ni重量％、0.05–4重量％C以及余量的Co和不可避免的杂质。
6.根据权利要求1-3中的任一项所述的耐磨部件(4、14、23)，其特征在于，所述金属基质的复合材料包括碳化钨颗粒和钴基合金的基质，其中所述钴基合金包括：26–29重量％Cr、4.5–6重量％Mo、0.20–0.35重量％C、2-3重量％Ni以及余量的Co和不可避免的杂质。
7.根据权利要求1-3中的任一项所述的耐磨部件(4、14、23)，其特征在于，所述金属基质的复合材料包括碳化钨颗粒和铁基合金的基质，其中所述铁基合金包括：0.5–3重量％C；0–30重量％Cr；0–3重量％Si；0-10重量％Mo；0-10重量％W；0-10重量％Co；0-15重量％V；0–2重量％Mn；余量的Fe和不可避免的杂质。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的耐磨部件(4、14、23)，其特征在于，所述前缘部分(7、17、26)具有渐缩的横截面并且在所述钢质本体(6、16、25)的所述前部处形成尖端或边缘。
9.根据权利要求1-8中的任一项所述的耐磨部件(4、14、23)，其特征在于，所述钢质本体(6、16)包括底面(9、19)和与所述底面(9、19)相对的顶面(10、20)，并且金属基质的复合材料制成的所述耐磨涂层(8、18)附接到所述顶面(10、20)。
10.根据权利要求9所述的耐磨部件(4、14、23)，其特征在于，在所述底面(9、19)和所述顶面(10、20)之间，所述钢质本体(6、16)包括相对的侧面(11、21)，其中，金属基质的复合材料制成的所述耐磨涂层(8、18、27)附接到所述侧面(11、21)的至少部分。
11.根据权利要求8所述的耐磨部件(4、14、23)，其特征在于，所述钢质本体(25)具有截头圆锥的形状，其中，所述前缘部分(26)形成所述截头圆锥上的鼻部，并且所述表面是所述截头圆锥的覆盖面(28)，并且金属基质的复合材料制成的所述耐磨涂层(27)附接到所述覆盖面(28)的至少部分。
12.根据权利要求1-11中的任一项所述的耐磨部件(4、14、23)，其特征在于，所述耐磨部件(4、14、23)是下列中的任一种：冲击锤；或滚碎机齿；或二级破碎机和/或三级破碎机的破碎机齿；或破碎机的磨损段；或破碎机的耐磨板；或浆料处理系统的部件。
13.一种物料机械分解装置(1)，其特征在于，其包括根据权利要求1至12中的任一项所述的耐磨部件(4、14、23)。
14.根据权利要求13所述的物料机械分解装置(1)，包括至少一个旋转元件(2)和另一元件(3)，其中，所述旋转元件(2)与所述另一元件(3)之间有间隙，其特征在于，在所述旋转元件(2)的外周表面上设置有至少一个根据权利要求1至12中的任一项所述的耐磨部件(4、14、23)，并且当所述旋转元件(2)旋转时，所述耐磨部件(4、14、23)将会首先通过其前缘部分(7、17、26)移动进入所述间隙，用于机械分解存在于所述间隙中的颗粒物质。
15.根据权利要求14所述的物料机械分解装置，其特征在于，所述另一元件(3)是另一旋转元件，并且在所述另一旋转元件的外周表面上设置有至少一个根据权利要求1至12中的任一项所述的耐磨部件(4、14、23)，并且当所述另一旋转元件(3)旋转时，该另一旋转元件上的所述耐磨部件(4、14、23)将会首先通过其前缘部分(7、17、26)移动进入所述间隙，以机械分解存在于所述间隙中的颗粒物质。
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