CN110410590B - 一种复合管道及其制备方法 - Google Patents

一种复合管道及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110410590B
CN110410590B CN201910724648.6A CN201910724648A CN110410590B CN 110410590 B CN110410590 B CN 110410590B CN 201910724648 A CN201910724648 A CN 201910724648A CN 110410590 B CN110410590 B CN 110410590B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wear
resistant layer
powder
propagating
self
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910724648.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110410590A (zh
Inventor
王晓溪
张翔
庄翌
陆佳鑫
董妍
夏晓雷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xuzhou University of Technology
Original Assignee
Xuzhou University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xuzhou University of Technology filed Critical Xuzhou University of Technology
Priority to CN201910724648.6A priority Critical patent/CN110410590B/zh
Publication of CN110410590A publication Critical patent/CN110410590A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110410590B publication Critical patent/CN110410590B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/129—Flame spraying
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L57/00—Protection of pipes or objects of similar shape against external or internal damage or wear
    • F16L57/06—Protection of pipes or objects of similar shape against external or internal damage or wear against wear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00—Rigid pipes
    • F16L9/14—Compound tubes, i.e. made of materials not wholly covered by any one of the preceding groups

Abstract

本发明提供了一种复合管道及其制备方法，涉及物料输送设备领域。本发明提供的复合管道，由外至内依次包括钢材基体、自蔓延耐磨层和超音速火焰喷涂耐磨层，聚晶金刚石复合片圆柱贯穿所述超音速火焰喷涂耐磨层和自蔓延耐磨层，并镶嵌于所述钢材基体内；所述钢材基体内壁设有沟槽；所述自蔓延耐磨层充填所述沟槽。本发明提供的复合管道中超音速火焰喷涂耐磨层、自蔓延耐磨层、PDC圆柱和钢材基体紧密结合，可有效利用超音速火焰喷涂耐磨层、自蔓延耐磨层、PDC圆柱和钢材基体的超高硬度和高耐磨的特性，延长管道的使用寿命。

Description

一种复合管道及其制备方法
技术领域
本发明涉及物料输送设备领域，尤其涉及一种复合管道及其制备方法。
背景技术
目前，道路清扫车、扫路车、洗扫车等环卫车辆的工作原理多为通过扫盘或者吸盘将道路地面垃圾清扫后吸入车辆储尘箱或垃圾箱内完成道路清洁。扫盘降尘系统主要由扫吸盘、垃圾箱及连接两者的管道构成，一般由大功率清扫发动机(副发动机)给风机系统提供动力，驱动高压离心风机(转速可达2000～4500r/min)高速旋转(产生风量约3000～10000m3/h)，进而抽离空气形成负压将扫吸盘处的粉尘垃圾通过管道吸入垃圾箱内，实现道路地面清扫作业。清扫作业时，由于路况不同，往往会吸入较硬的颗粒或块状物体，如石头、金属颗粒、泥沙等。当固体硬物类垃圾高速飞入连接管道，将会强烈撞击管道内壁，产生较大的冲击作用并伴有剧烈的磨损，使得管道内壁常因未达设计使用寿命即被磨穿或破损。一旦管道破损漏气，扫盘降尘系统与风机系统效率将大大降低，导致清扫作业失败。此外，连接管道多位于垃圾箱下部或底部，不通过专用的升降系统或者作业沟槽便无法完成此类管道的更换，造成道路清扫车作业效率大大降低。
目前，常采用物理复合法在管道内壁复合一层耐磨管或者高硬陶瓷层。物理复合法通常是通过工业粘结剂将耐磨材料或者高硬陶瓷材料通过物理作用粘贴到管道内部。但物理复合法存在以下几点技术缺陷：(1)通过物理复合的管道，整体耐磨管与管道内壁的结合强度不高。由于长期的振动、冲击与磨损作用，在磨损到一定程度后，可能发生整体或局部剥落导致提前失效；(2)通过物理复合的管道，高硬陶瓷层通常分片布满管道内部。一方面，陶瓷片之间会存在缝隙或薄弱处，而吸扫的粉尘硬颗粒容易对这些部位形成长时间的冲蚀导致其提前失效；另一方面，陶瓷片与基体管道之间的物理结合强度有限，长时间、高速度的硬物冲击容易造成局部结合失效，一旦有一片或多片陶瓷片剥落，基体管道将很快被磨穿，导致复合耐磨设计失效。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供复合管道及其制备方法，本发明提供的复合管道具有超耐磨特性，耐磨层与钢材基体管道结合紧密，不易脱落。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种复合管道，由外至内依次包括钢材基体、自蔓延耐磨层和超音速火焰喷涂耐磨层，聚晶金刚石复合片圆柱贯穿所述超音速火焰喷涂耐磨层和自蔓延耐磨层，并镶嵌于所述钢材基体内；所述钢材基体内壁设有沟槽；所述自蔓延耐磨层充填所述沟槽；所述自蔓延耐磨层包含以下质量份数的组分：18～22份W、36～44份Ti、9～11份钒铁、15～19份石墨和18～22份合金，所述合金包含以下百分含量的组分：30～35wt％Ni、20～25wt％Co、16～21wt％Mo、5.5～8.0wt％Cu、2.6～4.3wt％B和余量的Fe；所述超音速火焰喷涂耐磨层包括以下百分含量的组分：11.5～12.4wt％Co和余量的WC。
优选地，所述聚晶金刚石复合片圆柱包括金刚石层和硬质合金基体，所述金刚石层和硬质合金基体的高度比为(0.5～4):(1～10)。
优选地，所述沟槽的形状为倒T型、T型、V型或半圆形。
优选地，所述钢材基体包括高锰钢、碳钢或合金钢。
本发明还提供上述技术方案所述复合管道的制备方法，包括以下步骤：
将W粉末、Ti粉末、钒铁粉末、石墨粉末、Ni粉末、Co粉末、Mo粉末、Cu粉末、B粉末、Fe粉末和聚乙烯醇溶液混合，得到自蔓延涂料膏剂；
在基体模型内壁开设圆柱孔和沟槽后，将所述自蔓延涂料膏剂涂抹在所述基体模型内壁及所述沟槽内，烘干后，将聚晶金刚石复合片圆柱镶嵌在所述圆柱孔内，得到铸件模型；
在真空条件下，将钢材熔炼后浇注到所述铸件模型的基体模型内，然后冷却，得到覆有自蔓延耐磨层的钢材基体；
将WC粉末和Co粉末混合后，得到超音速火焰喷涂涂料，将所述超音速火焰喷涂涂料在所述覆有自蔓延耐磨层的钢材基体的表面进行超音速火焰喷涂，得到所述复合管道。
优选地，所述浇注的温度为1485～1500℃。
优选地，所述真空条件的真空度为0.05～0.07MPa。
优选地，所述超音速火焰喷涂的燃料压力为1.1～1.2MPa，流量为20.1～23.1L/h。
优选地，所述超音速火焰喷涂的氧气压力为1.2～1.6MPa，流量为50.5～57.5L/h。
优选地，所述超音速火焰喷涂的粉末流量为5～5.7kg/h，喷涂距离为205～218m。
本发明提供了一种复合管道，由外至内依次包括钢材基体、自蔓延耐磨层和超音速火焰喷涂耐磨层，聚晶金刚石复合片圆柱贯穿所述超音速火焰喷涂耐磨层和自蔓延耐磨层，并镶嵌于所述钢材基体内；所述钢材基体内壁设有沟槽；所述自蔓延耐磨层充填所述沟槽；所述自蔓延耐磨层包含以下质量份数的组分：18～22份W、36～44份Ti、9～11份钒铁、15～19份石墨和18～22份合金，所述合金包含以下百分含量的组分：30～35wt％Ni、20～25wt％Co、16～21wt％Mo、5.5～8.0wt％Cu、2.6～4.3wt％B和余量的Fe；所述超音速火焰喷涂耐磨层包括以下百分含量的组分：10～18wt％Co和余量的WC。本发明通过在钢材基体内壁设有沟槽，将聚晶金刚石复合片(PDC)圆柱贯穿于自蔓延耐磨层，并镶嵌于钢材基体内，使自蔓延耐磨层、PDC圆柱和钢材基体紧密结合，一体成型，可有效利用自蔓延耐磨层、PDC圆柱和钢材基体的超高硬度和高耐磨的特性，延长复合管道的使用寿命。且超音速火焰喷涂耐磨涂层喷涂于PDC圆柱间隙中，其硬度低于PDC圆柱，在复合管道的作业期间，PDC圆柱可以有效吸收部分高速飞入硬颗粒物的冲击功，有效延长超音速火焰喷涂耐磨涂层的使用寿命，而当超音速火焰喷涂耐磨涂层被磨损到一定程度时，可再次进行超音速火焰喷涂，可实现复合管道内壁的快速修复，大大节约使用成本，延长复合管道的使用寿命。实施例结果表明，本发明制备的复合管道超音速火焰喷涂耐磨层涂层硬度为1145～1298HV，结合强度为78～112MPa，耐磨等级为5～9级，耐蚀等级为2～8级，韧性等级为2～9级，沉积效率34％～50％。适用于细碎砂石硬颗粒、潮湿砂石硬颗粒、含水泥沙岩石和含酸碱或盐水泥沙硬岩石清扫路况。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明提供的复合管道剖面图，其中1为钢材基体；2为沟槽；3为PDC圆柱；4为自蔓延耐磨层；5为超音速火焰喷涂耐磨层；
图2为本发明提供的复合管道立体图，其中1为钢材基体；2为沟槽；3为PDC圆柱；4为自蔓延耐磨层；5为超音速火焰喷涂耐磨层；
图3为本发明提供的沟槽形式示意图，其中，1为T型沟槽；2为倒T型沟槽；3为半圆形沟槽；4为V型沟槽；5为钢材基体；
图4为本发明提供的PDC圆柱的结构示意图，其中1为金刚石层；2为硬质合金基体。
具体实施方式
本发明提供了一种复合管道，由外至内依次包括钢材基体、自蔓延耐磨层和超音速火焰喷涂耐磨层，聚晶金刚石复合片圆柱贯穿所述超音速火焰喷涂耐磨层和自蔓延耐磨层，并镶嵌于所述钢材基体内；所述钢材基体内壁设有沟槽；所述自蔓延耐磨层充填所述沟槽；所述自蔓延耐磨层包含以下质量份数的组分：18～22份W、36～44份Ti、9～11份钒铁、15～19份石墨和18～22份合金，所述合金包含以下百分含量的组分：30～35wt％Ni、20～25wt％Co、16～21wt％Mo、5.5～8.0wt％Cu、2.6～4.3wt％B和余量的Fe；所述超音速火焰喷涂耐磨层包括以下百分含量的组分：10～18wt％Co和余量的WC。
图1～2分别为本发明提供的复合管道剖面图和立体图，其中1为钢材基体；2为沟槽；3为PDC圆柱(聚晶金刚石复合片圆柱)；4为自蔓延耐磨层；5为超音速火焰喷涂耐磨层。
如图1～2所示，所述复合管道由外至内依次包括钢材基体1、自蔓延耐磨层4和超音速火焰喷涂耐磨层5；聚晶金刚石复合片圆柱3贯穿所述超音速火焰喷涂耐磨层5和自蔓延耐磨层4，并镶嵌于所述钢材基体1内；所述钢材基体1的内壁设有沟槽2；所述自蔓延耐磨层4充填所述沟槽2。在本发明中，所述超音速火焰喷涂耐磨层的厚度优选为0.2～2.0mm，进一步优选为0.23～0.70mm。在本发明中，所述自蔓延耐磨层的厚度优选为2～10mm，进一步优选为3～5mm。在本发明中，所述沟槽的深度优选为1.0～10.0mm，进一步优选为2.5mm。本发明采用的沟槽的深度能够有效地提高自蔓延耐磨层与钢材基体之间的结合强度。
图3为本发明提供的沟槽形式示意图，其中，1为T型；2为倒T型；3为半圆形；4为V型；5为钢材基体。
如图3所示，所述沟槽的形状优选为T型1、倒T型2、半圆形3或V型4。在本发明中，所述沟槽的形状可根据实际作业工况的要求进行选择。在本发明中，所述沟槽的排布方式优选为轴向竖排、径向环圆周排、轴向S型曲线、轴向圆弧曲线、轴向不规则曲线、轴向样条曲线、点装或点阵装。在本发明中，所述沟槽的排布方式可根据实际作业工况的要求进行选择。
在本发明中，所述钢材基体的厚度优选为12～35mm，进一步优选为15～30mm。所述钢材基体优选包括高锰钢、碳钢或合金钢。在本发明实施例中，进一步优选为高锰钢，所述高锰钢优选包含以下质量百分含量的组分：C：1.00％～1.30％、Si：0.30％～0.80％、Mn：11.5％～14.0％、Mo：0.80％～1.18％、P：0.07％、S：0.04％和余量的铁。本发明对所述钢材基体的原料来源没有特殊的限定，采用本领域常规市售原料即可。本发明采用的钢材基体具有良好的抗冲击磨损性能，可有效地减少管道基体的磨损率，提高管道的使用寿命。
图4为本发明提供的PDC圆柱的结构示意图，其中1为金刚石层；2为硬质合金基体。
如图4所示，所述PDC圆柱优选包括金刚石层和硬质合金基体，所述金刚石层和硬质合金基体的高度比优选为(0.5～4):(1～10)，进一步优选为(1～2):(2～5)，更优选为1.5：4.5。本发明对所述圆柱的底面积没有特殊的限定，可根据实际工况的要求进行调整。在本发明中，所述PDC圆柱优选由包括以下步骤的方法制备：将金刚石粉末与硬质合金基体混合，进行超高温高压烧结后，得到所述PDC圆柱。在本发明中，所述超高温高压烧结的温度优选为1450～1620℃，压力优选为5.3～5.8GPa。本发明对所述金刚石粉末与硬质合金基体的具体来源没有特殊的限定，采用本领域常规市售产品即可。本发明对所述超高温高压烧结的具体操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的超高温高压烧结方式即可。本发明制备的PDC圆柱既具有金刚石的高硬度、高耐磨性与导热性，又具有硬质合金的强度与抗冲击韧性，可有效地减少管道基体的磨损率，提高管道的使用寿命。在本发明中，所述PDC圆柱的排布方式优选为轴向竖排、径向环圆周排、轴向S型曲线、轴向圆弧曲线、轴向不规则曲线、轴向样条曲线、点装或点阵装。在本发明中，所述PDC圆柱的排布方式可根据实际作业工况的要求进行选择。在本发明的实施例中进一步优选为轴向竖排，所述轴向竖排的径向间隔优选为10°～90°，进一步优选为40°，间距优选为所述PDC圆柱直径的2～8倍，进一步优选为4倍。
在本发明中，所述自蔓延耐磨层包括18～22重量份数的W，进一步优选为20份。在本发明中，所述W的平均粒径优选为3.0～4.0μm。
以所述W的重量份数为基准，所述自蔓延耐磨层包括36～44重量份数的Ti，进一步优选为37份。在本发明中，所述Ti的平均粒径优选为8.0～9.0μm。
以所述W的重量份数为基准，所述自蔓延耐磨层包括9～11重量份数的钒铁，进一步优选为10份。在本发明中，所述钒铁的平均粒径优选为10～12μm。在本发明中，所述钒铁中钒元素和铁元素的质量比优选为4.0：5.5。
以所述W的重量份数为基准，所述自蔓延耐磨层包括15～19重量份数的石墨，进一步优选为15份。在本发明中，所述石墨的平均粒径优选为10～15μm。
以所述W的重量份数为基准，所述自蔓延耐磨层包括18～22重量份数的合金，进一步优选为18份。在本发明中，所述合金的平均粒径优选为30～40μm。在本发明中，所述合金包含以下百分含量的组分：30～35wt％Ni、20～25wt％Co、16～21wt％Mo、5.5～8.0wt％Cu、2.6～4.3wt％B和余量的Fe，进一步优选为32wt％Ni、24wt％Co、17.5wt％Mo、6.0wt％Cu、3.1wt％B和余量的Fe。本发明对所述自蔓延耐磨层的原料来源没有特殊的限定，采用本领域常规市售产品即可。
在本发明中，所述超音速火焰喷涂耐磨层包括以下百分含量的组分：10～18wt％Co和余量的WC，进一步优选为12.1wt％Co和余量的WC。本发明对所述超音速火焰喷涂耐磨层的原料来源没有特殊的限定，采用本领域常规市售产品即可。本发明中的超音速火焰喷涂耐磨层原料与自蔓延耐磨层原料的化学组成及特性相近，将超音速火焰喷涂耐磨层直接喷涂在自蔓延耐磨层表面后，两层耐磨层的结合强度高，可有效利用超音速火焰喷涂耐磨层的高耐磨特性。
本发明还提供上述技术方案所述复合管道的制备方法，包括以下步骤：
将W粉末、Ti粉末、钒铁粉末、石墨粉末、Ni粉末、Co粉末、Mo粉末、Cu粉末、B粉末、Fe粉末和聚乙烯醇溶液混合，得到自蔓延涂料膏剂；
在基体模型内壁开设圆柱孔和沟槽后，将所述自蔓延涂料膏剂涂抹在所述基体模型内壁及所述沟槽内，烘干后，将聚晶金刚石复合片圆柱镶嵌在所述圆柱孔内，得到铸件模型；
在真空条件下，将钢材熔炼后浇注到所述铸件模型的基体模型内，然后冷却，得到覆有自蔓延耐磨层的钢材基体；
将WC粉末和Co粉末混合后，得到超音速火焰喷涂涂料，将所述超音速火焰喷涂涂料在所述覆有自蔓延耐磨层的钢材基体的表面进行超音速火焰喷涂，得到所述复合管道。
本发明将W粉末、Ti粉末、钒铁粉末、石墨粉末、Ni粉末、Co粉末、Mo粉末、Cu粉末、B粉末、Fe粉末和聚乙烯醇溶液混合，得到自蔓延涂料膏剂。
在本发明中，所述混合的方式优选为将W粉末、Ti粉末、钒铁粉末、石墨粉末、Ni粉末、Co粉末、Mo粉末、Cu粉末、B粉末和Fe粉末进行第一混合后，再与聚乙烯醇溶液进行第二混合。
在本发明中，所述第一混合的方式优选为球磨，所述球磨优选在球磨机中进行，所述球磨的转速优选为280～320r/min，进一步优选为300r/min，时间优选为10～14h，进一步优选为12h，球料比优选为4～5:1，进一步优选4.5:1。本发明对所述球磨的具体操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的球磨方式即可。
在本发明中，所述聚乙烯醇溶液中聚乙烯醇与W粉末的质量比优选为(4～6):1，进一步优选为5:1，所述聚乙烯醇溶液的质量浓度优选为6.5～8.5wt％，进一步优选为7.5wt％。在本发明中，所述第二混合的方式优选为研磨，所述研磨的时间优选为3～9h，进一步优选为6h。本发明对所述研磨的具体操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的研磨方式即可。
本发明在基体模型内壁开设圆柱孔和沟槽后，将所述自蔓延涂料膏剂涂抹在所述基体模型内壁及所述沟槽内，烘干后，将聚晶金刚石复合片圆柱镶嵌在所述圆柱孔内，得到铸件模型。
在本发明中，所述模型优选为石蜡或泡沫模型。在本发明中，所述圆柱孔内无需涂抹自蔓延涂料膏剂。在本发明中，所述聚晶金刚石复合片圆柱的高度优选大于圆柱孔的深度，所述聚晶金刚石复合片圆柱高度与所述圆柱孔深度的高度差优选为1～5mm。本发明采用高度大于圆柱孔深度的聚晶金刚石复合片圆柱，能够同时满足自蔓延耐磨层、钢材基体和聚晶金刚石复合片圆柱的紧密结合。
所述自蔓延涂料膏剂涂抹完成后，本发明优选将得到的模型进行第一烘干，将烘干后的模型外部涂覆防粘砂涂料后，再进行第二烘干。
在本发明中，所述第一烘干的温度优选为57～65℃，时间优选为12.5～15.0h；所述第二烘干的温度优选为52～55℃，时间优选为6.5～8.5h。在本发明中，所述防粘砂涂料优选为镁砂粉，所述防粘砂涂料的厚度优选为2.1～2.5mm，所述镁砂粉的粒径优选为0.5～2.0mm。本发明对所述烘干的具体操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的烘干方式即可。
得到铸件模型后，本发明在真空条件下，将钢材熔炼后浇注到所述铸件模型的基体模型内，然后冷却，得到覆有自蔓延耐磨层的钢材基体。
在本发明中，所述真空条件的真空度优选为0.05～0.07MPa。
在本发明中，所述钢材熔炼优选在中频感应电炉中进行，所述熔炼的温度优选为1600～1700℃。本发明对所述熔炼的具体操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的熔炼方式即可。
在本发明中，所述浇注的温度优选为1485～1500℃。本发明对所述浇注的具体操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的浇注方式即可。本发明在浇注过程中，在负压条件下，将熔炼后的高温钢液浇注到所述铸件模型的基体模型内，基体模型气化，高温钢液占据原基体模型的位置，冷却后得到钢材基体。本发明利用钢材熔炼后高温钢液释放的热量，瞬间引发自蔓延涂料膏剂发生自蔓延高温合成反应，得到自蔓延耐磨层，使自蔓延耐磨层与PDC圆柱和钢材基体紧密结合，可在作业过程中充分利用自蔓延耐磨层、PDC圆柱和钢材基体的超高硬度和高耐磨特性，提高管道的使用寿命。
在本发明中，所述冷却的方式优选为埋沙冷却，温度优选为室温。
所述冷却完成后，本发明优选将冷却后得到的铸件依次进行清理和打磨，得到覆有自蔓延耐磨层的钢材基体。本发明对所述清理和打磨的具体操作方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的清理和打磨操作即可。
得到覆有自蔓延耐磨层的钢材基体后，本发明将WC粉末和Co粉末混合后，得到超音速火焰喷涂涂料。将所述超音速火焰喷涂涂料在所述覆有自蔓延耐磨层的钢材基体的表面进行超音速火焰喷涂，得到所述复合管道。
在本发明中，所述混合的方式优选为球磨工艺，球磨机转数为450r/min，球配比为1:2，球料比为10:1，球磨时间为10h。
在本发明中，所述超音速火焰喷涂的燃料压力优选为1.1～1.2MPa，进一步优选为1.15MPa，流量优选为20.1～23.1L/h，进一步优选为22.1L/h，氧气压力优选为1.2～1.6MPa，进一步优选为1.5MPa，流量优选为50.5～57.5L/h，进一步优选为55.3L/h，粉末流量优选为5～5.7kg/h，进一步优选为5.5kg/h，喷涂距离优选为205～218m。本发明对所述超音速火焰喷涂的具体操作方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的超音速火焰喷涂的操作方式即可。
下面结合实施例对本发明提供的复合管道及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
在本发明实施例中，采用高锰钢作为钢材基体，高锰钢包括以下质量百分含量的组分：
C：1.18％、Si：0.55％、Mn：13.00％、Mo：1.12％、P：0.07％，S：0.04％和余量的铁。
在本发明实施例中，PDC圆柱孔按轴向竖排的方式进行阵列布置，具体的径向间隔为40°，间距为PDC圆柱直径的4倍。
实施例1
1)称取2.0kg平均粒度为3.0μm的W粉末，4.0kg平均粒度为8μm的Ti粉末，1kg平均粒度为10μm的钒铁粉末，1.70kg平均粒度为10μm的石墨粉末，2.0kg平均粒度为30μm的合金粉末，其中，钒铁中钒元素和铁元素的质量比为4.0：5.5，合金粉末包括以下质量百分含量的组分：30wt％Ni粉末、20wt％Cr粉末、16wt％Mo粉末、5.5wt％Cu粉末、2.6wt％B粉末和余量的Fe粉末，在球磨机中混合球磨12小时，球磨转速为300r/min，球料比为4.5:1；
2)在步骤1)得到的混合均匀的粉末中加入400g聚乙烯醇(浓度为7.5wt％)水溶液，研磨3小时，混合均匀制成自蔓延涂料膏剂；
3)在管道铸件EPS泡沫模型内壁开设圆柱孔，圆柱孔布置方式为轴向竖排，用于预埋PDC圆柱；
4)在管道铸件EPS泡沫模型内壁开设倒T型沟槽，倒T型沟槽的深度为2.5mm，将步骤2)得到自蔓延涂料膏剂均匀填充满倒T型沟槽内，并在管道铸件EPS泡沫模型内壁表面均匀涂抹自蔓延涂料膏剂，预埋PDC圆柱孔内无需涂抹自蔓延涂料膏剂；将带有自蔓延涂料膏剂的铸件模型进行57℃下烘干12.5小时后，在烘干自蔓延涂料膏剂的铸件模型外表面均匀涂覆2.1mm厚度的镁砂粉末防粘砂涂料，继续在52℃下进行烘干6.5小时；
5)将与预埋PDC圆柱孔同直径但高度大于圆柱孔的PDC圆柱插入步骤4)得到的管道铸件EPS泡沫模型内壁圆柱孔；
6)将管道基体高锰钢的原料在中频感应电炉中熔炼，熔炼温度为1600℃，组装浇注装置，浇注温度为1485℃，抽真空浇注真空度为0.05MPa；
7)铸件埋砂冷却到室温后翻出铸件，进行表面清理、打磨，得到覆有自蔓延耐磨层的钢材基体；
8)称取质量百分含量为10.2wt％的Co粉末和89.8wt％的WC粉末球磨均匀后，得到超音速火焰喷涂涂料，球磨转速为450r/min，球配比为1:2，球料比为10:1，球磨时间为10h，在铸件内壁喷涂超音速火焰喷涂涂料，喷涂燃料压力为1.1MPa，流量为20.1L/h，氧气压力为1.2MPa，流量为50.5m3/h，粉末流量为5.7kg/h，喷涂距离为205mm，超音速火焰喷涂耐磨层的厚度为0.23mm，得到复合管道。
对得到的复合管道的力学性能及耐磨性能进行测试，其中力学性能的测试方法为GB/T4340.1-2009《金属材料维氏硬度试验第1部分：试验方法》，耐磨性能的测试方法为销盘摩擦磨损试验。超音速火焰喷涂耐磨层的涂层硬度为1298HV，结合强度为78MPa，耐磨等级为9级，耐蚀等级为2级，韧性等级为2级，沉积效率为34％。适用于细碎砂石硬颗粒的清扫路况，具有高的耐磨性能，低的耐蚀与抗冲击性能。
实施例2
1)采用实施例1制备得到的覆有自蔓延耐磨层的钢材基体；
2)称取质量百分含量为12.1wt％的Co粉末和87.9wt％的WC粉末球磨均匀后，得到超音速火焰喷涂涂料，球磨转速为450r/min，球配比为1:2，球料比为10:1，球磨时间为10h，在铸件内壁喷涂超音速火焰喷涂涂料，喷涂燃料压力为1.15MPa，流量为22.1L/h，氧气压力为1.5MPa，流量为55.3m3/h，粉末流量为5.5kg/h，喷涂距离为210mm，超音速火焰喷涂耐磨层的厚度为0.30mm，得到复合管道。
对得到的复合管道的力学性能及耐摩擦测性能进行测试，其中力学性能的测试方法为GB/T4340.1-2009《金属材料维氏硬度试验第1部分：试验方法》，耐磨性能的测试方法为销盘摩擦磨损试验。超音速火焰喷涂耐磨层的涂层硬度为1250HV，结合强度99MPa，耐磨等级为8级，耐蚀等级为5级，韧性等级为4级，沉积效率为39％。适用于潮湿砂石硬颗粒的清扫路况，具有高的耐磨性能，中等的耐蚀与抗冲击性能。
实施例3
1)采用实施例1制备得到的覆有自蔓延耐磨层的钢材基体；
2)称取质量百分含量为15.3wt％的Co粉末和84.7wt％的WC粉末球磨均匀后，得到超音速火焰喷涂涂料，球磨转速为450r/min，球配比为1:2，球料比为10:1，球磨时间为10h，在铸件内壁喷涂超音速火焰喷涂涂料，喷涂燃料压力为1.18MPa，流量为22.8L/h，氧气压力为1.55MPa，流量为56.1m3/h，粉末流量为5.3kg/h，喷涂距离为215mm，超音速火焰喷涂耐磨层的厚度为0.50mm，得到复合管道。
对得到的复合管道的力学性能及耐摩擦测性能进行测试，其中力学性能的测试方法为GB/T4340.1-2009《金属材料维氏硬度试验第1部分：试验方法》，耐磨性能的测试方法为销盘摩擦磨损试验。超音速火焰喷涂耐磨层的其涂层硬度1220HV，结合强度105MPa，耐磨等级为6级，耐蚀等级为7级，韧性等级为7级，沉积效率42％。适用于含水泥沙岩石的清扫路况，具有中等的耐磨性能，较好的耐蚀与抗冲击性能。
实施例4
1)采用实施例1制备得到的覆有自蔓延耐磨层的钢材基体；
2)称取质量百分含量为16.8wt％的Co粉末和83.2wt％的WC粉末球磨均匀后，得到超音速火焰喷涂涂料，球磨转速为450r/min，球配比为1:2，球料比为10:1，球磨时间为10h，在铸件内壁喷涂超音速火焰喷涂涂料，喷涂燃料压力为1.2MPa，流量为23.1L/h，氧气压力为1.6MPa，流量为57.5m3/h，粉末流量为5.1kg/h，喷涂距离为218mm，超音速火焰喷涂耐磨层的厚度为0.70mm，得到复合管道。
对得到的复合管道的力学性能及耐摩擦测性能进行测试，其中力学性能的测试方法为GB/T4340.1-2009《金属材料维氏硬度试验第1部分：试验方法》，耐磨性能的测试方法为销盘摩擦磨损试验。超音速火焰喷涂耐磨层的其涂层硬度1145HV，结合强度112MPa，耐磨等级为5级，耐蚀等级为8级，韧性等级为9级，沉积效率50％。适用于含酸碱或盐水泥沙硬岩石的清扫路况，具有一般的耐磨性能，高的耐蚀与抗冲击性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种复合管道，其特征在于，由外至内依次包括钢材基体、自蔓延耐磨层和超音速火焰喷涂耐磨层，聚晶金刚石复合片圆柱贯穿所述超音速火焰喷涂耐磨层和自蔓延耐磨层，并镶嵌于所述钢材基体内；所述钢材基体内壁设有沟槽；所述自蔓延耐磨层充填所述沟槽；所述沟槽的排布方式为轴向竖排、径向环圆周排、轴向样条曲线、点装或点阵装；所述自蔓延耐磨层由以下质量份数的组分组成：18～22份W、36～44份Ti、9～11份钒铁、15～19份石墨和18～22份合金，所述合金由以下百分含量的组分组成：30～35wt％Ni、20～25wt％Co、16～21wt％Mo、5.5～8.0wt％Cu、2.6～4.3wt％B和余量的Fe；所述超音速火焰喷涂耐磨层由以下百分含量的组分组成：10～18wt％Co和余量的WC；所述聚晶金刚石复合片圆柱包括金刚石层和硬质合金基体；所述金刚石层和硬质合金基体的高度比为1.5:4.5；所述所述聚晶金刚石复合片圆柱的高度与所述圆柱孔深度的高度差为1～5mm；所述自蔓延耐磨层在制备前需将各组分和聚乙烯醇混合得到自蔓延膏剂。
2.根据权利要求1所述的复合管道，其特征在于，所述沟槽的形状为倒T型、T型、V型或半圆形。
3.根据权利要求1所述的复合管道，其特征在于，所述钢材基体包括高锰钢、碳钢或合金钢。
4.权利要求1～3任一项所述复合管道的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将W粉末、Ti粉末、钒铁粉末、石墨粉末、Ni粉末、Co粉末、Mo粉末、Cu粉末、B粉末、Fe粉末和聚乙烯醇溶液混合，得到自蔓延涂料膏剂；
在基体模型内壁开设圆柱孔和沟槽后，将所述自蔓延涂料膏剂涂抹在所述基体模型内壁及所述沟槽内，烘干后，将聚晶金刚石复合片圆柱镶嵌在所述圆柱孔内，得到铸件模型；
在真空条件下，将钢材熔炼后浇注到所述铸件模型的基体模型内，然后冷却，得到覆有自蔓延耐磨层的钢材基体；
将WC粉末和Co粉末混合后，得到超音速火焰喷涂涂料，将所述超音速火焰喷涂涂料在所述覆有自蔓延耐磨层的钢材基体的表面进行超音速火焰喷涂，得到所述复合管道。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述浇注的温度为1485～1500℃。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述真空条件的真空度为0.05～0.07MPa。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述超音速火焰喷涂的燃料压力为1.1～1.2MPa，流量为20.1～23.1L/h。
8.根据权利要求4或7所述的制备方法，其特征在于，所述超音速火焰喷涂的氧气压力为1.2～1.6MPa，流量为50.5～57.5L/h。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述超音速火焰喷涂的粉末流量为5～5.7kg/h，喷涂距离为205～218m。
CN201910724648.6A 2019-08-07 2019-08-07 一种复合管道及其制备方法 Active CN110410590B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910724648.6A CN110410590B (zh) 2019-08-07 2019-08-07 一种复合管道及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910724648.6A CN110410590B (zh) 2019-08-07 2019-08-07 一种复合管道及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110410590A CN110410590A (zh) 2019-11-05
CN110410590B true CN110410590B (zh) 2021-08-24

Family

ID=68366370

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910724648.6A Active CN110410590B (zh) 2019-08-07 2019-08-07 一种复合管道及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110410590B (zh)

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3102427B1 (ja) * 1999-05-18 2000-10-23 住友電気工業株式会社 多結晶ダイヤモンド工具
US20030192613A1 (en) * 2002-04-15 2003-10-16 Harber Industry (Canada) Inc. Pipe and method for resisting erosion, abrasion and corrosion
CN1331634C (zh) * 2004-12-22 2007-08-15 攀钢集团攀枝花钢铁研究院 一种镍基喷熔合金粉及其制备方法
CN101104814B (zh) * 2006-07-13 2010-10-13 中国石油化工集团公司 一种耐磨喷管
CN101185969A (zh) * 2006-11-15 2008-05-28 上海宝钢设备检修有限公司 一种用于炉辊表面涂层的热喷涂金属陶瓷粉末
CN201575275U (zh) * 2009-12-31 2010-09-08 贵州优拓材料有限公司 一体化复合抗磨管
CN201666416U (zh) * 2010-03-12 2010-12-08 夏德坤 陶瓷橡胶耐磨管
CN102424969B (zh) * 2011-11-30 2013-06-26 中联重科股份有限公司 制造薄壁管件内衬层的设备及方法
US20140212320A1 (en) * 2013-01-30 2014-07-31 Colorado School Of Mines Laser ignition of reaction synthesis systems
CN105177567A (zh) * 2015-09-24 2015-12-23 安庆市灵宝机械有限责任公司 一种钢基表面耐磨涂层的制备方法
CN107218449A (zh) * 2017-06-07 2017-09-29 江苏万奇电器集团有限公司 一种具有保温功能的管件

Also Published As

Publication number Publication date
CN110410590A (zh) 2019-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017084132A1 (zh) 一种复合硬面材料及其制备方法
CN108098603A (zh) 一种含有超硬磨料金属陶瓷结合剂的打磨列车专用砂轮及其制备方法
CN104513944B (zh) 一种稀土掺杂纳米复合陶瓷涂层及其制备工艺
CN100535162C (zh) 碳化钨颗粒增强钢/铁基复合耐磨板材及其制备工艺
CN103103470A (zh) 一种防粘涂层
CN101138787A (zh) SiC/钢基表面复合材料的制备方法
CN211680418U (zh) 一种以金刚石涂层为主体的耐磨结构
CN103057207A (zh) 一种三明治结构复合耐磨衬板
CN110904406B (zh) 一种煤矿采煤机截齿用高硬度高耐磨纳米涂层及其制备方法
CN104561881A (zh) 一种高温可磨耗封严涂层的制备方法
JP2011148083A (ja) 回転研削工具およびその製造方法
CN103286516A (zh) 一种水力机械过流部件空蚀复合修复覆层及其制备方法
CN109439960A (zh) 磨损罗茨风机盖板的冷喷涂増材修复材料与修复方法
CN110410590B (zh) 一种复合管道及其制备方法
CN106350758A (zh) 使用热喷涂方法制备石墨烯增强铁基复合材料的方法
CN108160923A (zh) 一种颗粒增强铁基超耐磨斗齿的制备方法
CN101817941A (zh) 一种橡胶中镶嵌耐磨合金的复合材料及其制备方法
CN110144539B (zh) 一种湿式缸套外壁抗穴蚀涂层的制备方法
CN106244971A (zh) 使用热喷涂方法制备石墨烯增强复合材料的方法
CN101942628A (zh) 一种制砖机铰刀叶片表面防磨处理方法
CN101705445B (zh) 一种高锰钢基SiC颗粒表面复合材料的制备方法
CN107598782B (zh) 一种金属结合剂、制备方法及金刚石砂轮
CN106704718B (zh) 复合管道、扫路车和复合管道的制造方法
CN115340410A (zh) 一种用于碳化硅纤维增强的碳化硅复合材料表面的陶瓷基封严涂层及其制备方法和应用
CN106244976A (zh) 使用热喷涂方法制备金属基石墨烯增强复合材料的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant