CN107881407A - 一种低磨耗耐腐蚀耐磨球及其制备方法 - Google Patents

一种低磨耗耐腐蚀耐磨球及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低磨耗耐腐蚀耐磨球及其制备方法，所述低磨耗耐腐蚀耐磨球由耐磨球基体和包覆在耐磨球基体外表面的薄膜组成，耐磨球基体包括以下组分：C、Mg、Al、B、Si、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Sr、Nb、Mo、La、Ce、Nd，其余为Fe及不可避免的杂质；薄膜的原料包括：钴基合金粉末、纳米陶瓷粉末。本发明提出的一种低磨耗耐腐蚀耐磨球及其制备方法，通过优化配方及其制备工艺，使本发明制品具有良好的耐腐蚀、耐磨、耐高温及力学性能，且磨耗低，使用寿命长。

Description

一种低磨耗耐腐蚀耐磨球及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐磨材料技术领域，尤其涉及一种低磨耗耐腐蚀耐磨球及其制备方法。
背景技术
球磨机是物料被破碎之后，再进行粉碎的关键设备，被广泛应用于矿山、玻璃、陶瓷、水泥等行业。耐磨球作为球磨机中的粉碎介质，也是球磨机运行工作过程中的重要消耗性材料，其工作原理是利用耐磨球与物料之间的冲击和研磨使物料粉碎，耐磨球的整体性能也直接影响待粉碎物料的粉碎效果及球磨机的工作效率。由于耐磨球工作环境复杂，易腐蚀，磨耗大，容易影响耐磨球的使用寿命。因此，研制一种耐腐蚀、低磨耗、使用寿命长的耐磨球是目前急需解决的问题。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种低磨耗耐腐蚀耐磨球及其制备方法，通过优化配方及其制备工艺，使本发明制品具有良好的耐腐蚀、耐磨、耐高温及力学性能，且磨耗低，使用寿命长。
本发明提出了一种低磨耗耐腐蚀耐磨球，由耐磨球基体和包覆在耐磨球基体外表面的薄膜组成，耐磨球基体按质量百分数包括以下组分：C：2.2-2.8％、Mg：0.02-0.05％、Al：0.05-0.1％、B：0.12-0.2％、Si：1.2-1.8％、Ti：0.15-0.25％、V：0.1-0.2％、Cr：1.2-3％、Mn：0.3-0.55％、Ni：0.3-0.45％、Cu：0.22-0.35％、Sr：0.02-0.06％、Nb：0.12-0.2％、Mo：0.12-0.22％、La：0.15-0.25％、Ce：0.1-0.2％、Nd：0.08-0.16％，其余为Fe及不可避免的杂质。
优选地，耐磨球基体与薄膜之间的重量比为1000-1500:1-4。
优选地，薄膜的原料按重量份包括：钴基合金粉末80-100份、纳米陶瓷粉末10-15份。
优选地，纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：SiC：15-25份、TiC：8-15份、TiO2：5-10份、MgO：2-5份、BN:5-10份、TiN：5-10份。
本发明还提出了一种低磨耗耐腐蚀耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
S1、将废钢熔炼，得到钢水，然后加入锰铁、铬铁、钛铁、镍锭、铜铁和增碳剂，搅拌，再加入镁铝合金、硅铁和稀土铁合金，检测，得到合金液；
S2、将合金液浇注成型，得到铸件，经热处理，得到耐磨球球胚；
S3、将耐磨球球胚清洗，预热，得到预热耐磨球球胚，然后将薄膜原料涂覆在预热耐磨球球胚外表面，经等离子熔覆，得到低磨耗耐腐蚀耐磨球。
优选地，S1中，将废钢置于熔炼炉中，升温至1530-1550℃进行熔炼，得到钢水。
优选地，S2中，热处理工艺具体步骤如下：将铸件升温至520-560℃，保温1-2h，然后升温至650-700℃，保温1-1.5h，再升温至900-920℃，保温6-12min，空冷至室温。
优选地，S3中，等离子熔覆工艺参数具体如下：离子气流量为3-4.5L/min，保护气体为氩气且氩气流量为7-8.5L/min，电流为80-120A，功率为2.4-2.6KW，扫描速度为240-320mm/min。
本发明中通过降低Cr的含量，有效减少重金属污染，同时通过控制Ni、Mn、Cu、V的含量，为本发明制品具有良好的耐磨性、耐腐蚀及韧性、强度、硬度等力学性能奠定了基础；通过合理添加锰铁、钛铁、镁铝合金、硅铁和稀土铁合金，并控制Mn、Ti、Mg、Al、Si、La、Ce、Nd的含量，具有良好的脱氧、脱硫、脱氢、固氮效果，有效净化合金液，改善本发明组织结构，细化组织晶粒，促进枝晶破碎，提高位错密度，避免本发明耐磨球心部的球化衰退问题，有效提高本发明制品强度、硬度、冲击韧性、耐磨性、耐腐蚀性等性能，且在使用过程中不易失圆，不易破碎，性能稳定性好，有效延长本发明制品使用寿命；通过合理添加增碳剂，控制本发明中C含量，在本发明制品中形成强碳化物，呈细小、孤立状分布，起到弥散强化的作用，进一步提高本发明制品整体性能。通过优化热处理工艺，进一步有效细化组织晶粒，抑制二次结晶，促进针状铁素体的形成，增加本发明制品内部组织的位错密度，使本发明制品组织致密，显著提高本发明制品强度、耐腐蚀性、耐磨性能、冲击韧性、抗开裂和抗蠕变性，提高本发明制品性能稳定，有效延长本发明制品使用寿命。薄膜中，钴基合金粉末和纳米陶瓷粉末相互配合，具有协同作用，将钴基合金粉末优异的耐磨、耐腐蚀、耐高温氧化及力学性能与纳米陶瓷粉末的耐腐蚀、耐磨、耐高温性进行结合，具有增强效果，通过优化等离子熔覆工艺，薄膜与耐磨球基体结合力强，有效优化本发明制品外表面结构，消除本发明制品外表面枝晶紊乱形态，进一步细化组织晶粒，有效提高本发明制品外表面耐磨、耐腐蚀、耐高温和力学性能等性能，显著延长本发明制品使用寿命。本发明提出的一种低磨耗耐腐蚀耐磨球及其制备方法，通过优化配方及其制备工艺，使本发明制品具有良好的耐腐蚀、耐磨、耐高温及力学性能，且磨耗低，使用寿命长。
将本发明低磨耗耐腐蚀耐磨球制成耐磨球，对其性能进行测试测试，测试结果如下：平均球耗为25-32g/t,破碎率为0.02-0.03％，使用寿命约为普通耐磨球的12-13倍。
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
本发明提出的一种低磨耗耐腐蚀耐磨球，由耐磨球基体和包覆在耐磨球基体外表面的薄膜组成，耐磨球基体按质量百分数包括以下组分：C：2.2％、Mg：0.02％、Al：0.05％、B：0.2％、Si：1.2％、Ti：0.15％、V：0.2％、Cr：1.2％、Mn：0.3％、Ni：0.3％、Cu：0.35％、Sr：0.02％、Nb：0.2％、Mo：0.12％、La：0.25％、Ce：0.1％、Nd：0.08％，其余为Fe及不可避免的杂质。
本发明还提出的一种低磨耗耐腐蚀耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
S1、将废钢熔炼，得到钢水，然后加入锰铁、铬铁、钛铁、镍锭、铜铁和增碳剂，搅拌，再加入镁铝合金、硅铁和稀土铁合金，检测，得到合金液；
S2、将合金液浇注成型，得到铸件，经热处理，得到耐磨球球胚；
S3、将耐磨球球胚清洗，预热，得到预热耐磨球球胚，然后将薄膜原料涂覆在预热耐磨球球胚外表面，经等离子熔覆，得到低磨耗耐腐蚀耐磨球。
实施例2
本发明提出的一种低磨耗耐腐蚀耐磨球，由耐磨球基体和包覆在耐磨球基体外表面的薄膜组成，耐磨球基体按质量百分数包括以下组分：C：2.8％、Mg：0.05％、Al：0.1％、B：0.12％、Si：1.8％、Ti：0.25％、V：0.1％、Cr：3％、Mn：0.55％、Ni：0.45％、Cu：0.22％、Sr：0.06％、Nb：0.12％、Mo：0.22％、La：0.15％、Ce：0.2％、Nd：0.16％，其余为Fe及不可避免的杂质。
其中，耐磨球基体与薄膜之间的重量比为1500:1；
薄膜的原料按重量份包括：钴基合金粉末80份、纳米陶瓷粉末15份；
纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：SiC：15份、TiC：15份、TiO2：10份、MgO：2份、BN:5份、TiN：5份。
本发明还提出的一种低磨耗耐腐蚀耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
S1、将废钢置于熔炼炉中，升温至1530℃进行熔炼，得到钢水，然后加入锰铁、铬铁、钛铁、镍锭、铜铁和增碳剂，搅拌，再加入镁铝合金、硅铁和稀土铁合金，检测，得到合金液；
S2、将合金液浇注成型，得到铸件，将铸件升温至520℃，保温2h，然后升温至650℃，保温1.5h，再升温至920℃，保温6min，空冷至室温，得到耐磨球球胚；
S3、将耐磨球球胚清洗，预热，得到预热耐磨球球胚，然后将薄膜原料涂覆在预热耐磨球球胚外表面，经等离子熔覆，得到低磨耗耐腐蚀耐磨球；其中，等离子熔覆工艺参数具体如下：离子气流量为3L/min，保护气体为氩气且氩气流量为7L/min，电流为80A，功率为2.4KW，扫描速度为240mm/min。
实施例3
本发明提出的一种低磨耗耐腐蚀耐磨球，由耐磨球基体和包覆在耐磨球基体外表面的薄膜组成，耐磨球基体按质量百分数包括以下组分：C：2.5％、Mg：0.04％、Al：0.08％、B：0.16％、Si：1.5％、Ti：0.2％、V：0.15％、Cr：2.2％、Mn：0.42％、Ni：0.38％、Cu：0.28％、Sr：0.04％、Nb：0.16％、Mo：0.18％、La：0.2％、Ce：0.16％、Nd：0.11％，其余为Fe及不可避免的杂质。
其中，耐磨球基体与薄膜之间的重量比为600:1；
薄膜的原料按重量份包括：钴基合金粉末90份、纳米陶瓷粉末12份；
纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：SiC：20份、TiC：12份、TiO2：8份、MgO：4份、BN:7份、TiN：8份。
本发明还提出的一种低磨耗耐腐蚀耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
S1、将废钢置于熔炼炉中，升温至1540℃进行熔炼，得到钢水，然后加入锰铁、铬铁、钛铁、镍锭、铜铁和增碳剂，搅拌，再加入镁铝合金、硅铁和稀土铁合金，检测，得到合金液；
S2、将合金液浇注成型，得到铸件，将铸件升温至540℃，保温1.5h，然后升温至680℃，保温1.2h，再升温至910℃，保温9min，空冷至室温，得到耐磨球球胚；
S3、将耐磨球球胚清洗，预热，得到预热耐磨球球胚，然后将薄膜原料涂覆在预热耐磨球球胚外表面，经等离子熔覆，得到低磨耗耐腐蚀耐磨球；其中，等离子熔覆工艺参数具体如下：离子气流量为3.5L/min，保护气体为氩气且氩气流量为7.8L/min，电流为100A，功率为2.5KW，扫描速度为280mm/min。
实施例4
本发明提出的一种低磨耗耐腐蚀耐磨球，由耐磨球基体和包覆在耐磨球基体外表面的薄膜组成，耐磨球基体按质量百分数包括以下组分：C：2.4％、Mg：0.04％、Al：0.08％、B：0.18％、Si：1.4％、Ti：0.22％、V：0.12％、Cr：1.5％、Mn：0.35％、Ni：0.42％、Cu：0.25％、Sr：0.03％、Nb：0.14％、Mo：0.15％、La：0.18％、Ce：0.16％、Nd：0.1％，其余为Fe及不可避免的杂质。
其中，耐磨球基体与薄膜之间的重量比为250:1；
薄膜的原料按重量份包括：钴基合金粉末100份、纳米陶瓷粉末10份；
纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：SiC：25份、TiC：8份、TiO2：5份、MgO：5份、BN:10份、TiN：10份。
本发明还提出的一种低磨耗耐腐蚀耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
S1、将废钢置于熔炼炉中，升温至1550℃进行熔炼，得到钢水，然后加入锰铁、铬铁、钛铁、镍锭、铜铁和增碳剂，搅拌，再加入镁铝合金、硅铁和稀土铁合金，检测，得到合金液；
S2、将合金液浇注成型，得到铸件，将铸件升温至560℃，保温1h，然后升温至700℃，保温1h，再升温至900℃，保温12min，空冷至室温，得到耐磨球球胚；
S3、将耐磨球球胚清洗，预热，得到预热耐磨球球胚，然后将薄膜原料涂覆在预热耐磨球球胚外表面，经等离子熔覆，得到低磨耗耐腐蚀耐磨球；其中，等离子熔覆工艺参数具体如下：离子气流量为4.5L/min，保护气体为氩气且氩气流量为8.5L/min，电流为120A，功率为2.6KW，扫描速度为320mm/min。
实施例5
本发明提出的一种低磨耗耐腐蚀耐磨球，由耐磨球基体和包覆在耐磨球基体外表面的薄膜组成，耐磨球基体按质量百分数包括以下组分：C：2.6％、Mg：0.03％、Al：0.06％、B：0.14％、Si：1.6％、Ti：0.17％、V：0.18％、Cr：2.6％、Mn：0.52％、Ni：0.35％、Cu：0.32％、Sr：0.05％、Nb：0.18％、Mo：0.2％、La：0.22％、Ce：0.12％、Nd：0.15％，其余为Fe及不可避免的杂质。
其中，耐磨球基体与薄膜之间的重量比为1200:1；
薄膜的原料按重量份包括：钴基合金粉末95份、纳米陶瓷粉末12份；
纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：SiC：20份、TiC：10份、TiO2：6份、MgO：4份、BN:8份、TiN：8份。
本发明还提出的一种低磨耗耐腐蚀耐磨球的制备方法，包括以下步骤：
S1、将废钢置于熔炼炉中，升温至1545℃进行熔炼，得到钢水，然后加入锰铁、铬铁、钛铁、镍锭、铜铁和增碳剂，搅拌，再加入镁铝合金、硅铁和稀土铁合金，检测，得到合金液；
S2、将合金液浇注成型，得到铸件，将铸件升温至550℃，保温1.2h，然后升温至690℃，保温1.2h，再升温至915℃，保温8min，空冷至室温，得到耐磨球球胚；
S3、将耐磨球球胚清洗，预热，得到预热耐磨球球胚，然后将薄膜原料涂覆在预热耐磨球球胚外表面，经等离子熔覆，得到低磨耗耐腐蚀耐磨球；其中，等离子熔覆工艺参数具体如下：离子气流量为4.2L/min，保护气体为氩气且氩气流量为8L/min，电流为90A，功率为2.5KW，扫描速度为300mm/min。
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 (8)

1.一种低磨耗耐腐蚀耐磨球，其特征在于，由耐磨球基体和包覆在耐磨球基体外表面的薄膜组成，耐磨球基体按质量百分数包括以下组分：C：2.2-2.8％、Mg：0.02-0.05％、Al：0.05-0.1％、B：0.12-0.2％、Si：1.2-1.8％、Ti：0.15-0.25％、V：0.1-0.2％、Cr：1.2-3％、Mn：0.3-0.55％、Ni：0.3-0.45％、Cu：0.22-0.35％、Sr：0.02-0.06％、Nb：0.12-0.2％、Mo：0.12-0.22％、La：0.15-0.25％、Ce：0.1-0.2％、Nd：0.08-0.16％，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述低磨耗耐腐蚀耐磨球，其特征在于，耐磨球基体与薄膜之间的重量比为1000-1500:1-4。
3.根据权利要求1或2所述低磨耗耐腐蚀耐磨球，其特征在于，薄膜的原料按重量份包括：钴基合金粉末80-100份、纳米陶瓷粉末10-15份。
4.根据权利要求1-3中任一项所述低磨耗耐腐蚀耐磨球，其特征在于，纳米陶瓷粉末的原料按重量份包括：SiC：15-25份、TiC：8-15份、TiO2：5-10份、MgO：2-5份、BN:5-10份、TiN：5-10份。
5.一种根据权利要求1-4中任一项所述低磨耗耐腐蚀耐磨球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将废钢熔炼，得到钢水，然后加入锰铁、铬铁、钛铁、镍锭、铜铁和增碳剂，搅拌，再加入镁铝合金、硅铁和稀土铁合金，检测，得到合金液；
S2、将合金液浇注成型，得到铸件，经热处理，得到耐磨球球胚；
S3、将耐磨球球胚清洗，预热，得到预热耐磨球球胚，然后将薄膜原料涂覆在预热耐磨球球胚外表面，经等离子熔覆，得到低磨耗耐腐蚀耐磨球。
6.根据权利要求1-5中任一项所述低磨耗耐腐蚀耐磨球的制备方法，其特征在于，S1中，将废钢置于熔炼炉中，升温至1530-1550℃进行熔炼，得到钢水。
7.根据权利要求1-6中任一项所述低磨耗耐腐蚀耐磨球的制备方法，其特征在于，S2中，热处理工艺具体步骤如下：将铸件升温至520-560℃，保温1-2h，然后升温至650-700℃，保温1-1.5h，再升温至900-920℃，保温6-12min，空冷至室温。
8.根据权利要求1-7中任一项所述低磨耗耐腐蚀耐磨球的制备方法，其特征在于，S3中，等离子熔覆工艺参数具体如下：离子气流量为3-4.5L/min，保护气体为氩气且氩气流量为7-8.5L/min，电流为80-120A，功率为2.4-2.6KW，扫描速度为240-320mm/min。
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