CN111069594B - 一种低成本、可修复陶瓷合金复合衬板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低成本、可修复陶瓷合金复合衬板的制造方法，包括：将陶瓷颗粒进行预处理；将陶瓷颗粒与粘结剂混合均匀得混合物；在混合物中加入陶瓷粉末并均匀混合得颗粒混合物；将颗粒混合物均匀装入泡沫陶瓷舟，紧实后放入干燥箱中干燥得陶瓷预制件；将陶瓷预制件固定在陶瓷合金耐磨件铸型型腔表面，然后浇注耐磨合金金属液，得到陶瓷合金耐磨件；将陶瓷合金耐磨件进行热处理并机加工；熔炼母体金属材料形成母体金属液，然后浇注进入铸型型腔，得衬板底座；将热处理后的陶瓷合金耐磨件通过卡槽固定在衬板底座上，制造出一种低成本、可修复陶瓷合金复合衬板。本发明衬板表面陶瓷合金层是由高耐磨的陶瓷预制件与耐磨合金复合而成，具有双重耐磨性能。

Description

一种低成本、可修复陶瓷合金复合衬板的制造方法
技术领域
本发明涉及一种低成本、可修复金属陶瓷复合衬板及其制造方法，可适用于火力发电、水泥、冶金、矿山等行业各种衬板。
背景技术
在火力发电、水泥、冶金、矿山等行业，磨盘衬板被广泛应用在制粉系统中。作为主要的耐磨件，衬板的耐磨性能直接影响到制粉的工作效率、粉体质量、材料消耗和生产成本。由于制粉工况条件恶劣，衬板在使用中都会出现较为严重的磨损。当磨损出现较严重的凹坑和沟槽后，磨煤机的磨粉效率下降，磨煤机出力不足。目前火力发电厂所用的磨盘衬板大部分为高铬铸铁整体铸造，成本较高，可加工性差。运行出现磨损后在衬板上反复堆焊耐磨合金材料可以提高磨辊的使用寿命，但是堆焊层遇到煤质较差时磨粉过程中容易出现脱落，且高铬铸铁可焊性差，只能堆焊3次。采用在低碳钢基体上堆焊耐磨层制备复合衬板，可提升堆焊次数到5次左右，但堆焊过程会产生应力集中，降低使用寿命，需要频繁进行停机维护，增加了维护成本。采用陶瓷棒镶嵌高铬铸铁材料制备出陶瓷复合衬板，磨损初期能起到一定的耐磨作用，但磨损后期由于金属材料优先被磨出，陶瓷棒孤立凸出在衬板表面，在受到挤压、剪切力时容易断裂，起不到耐磨效果。比利时Magotteaux公司生产的陶瓷颗粒复合增强衬板能起到很好的耐磨效果，但是采用整体浇注成型，磨损后不能采用堆焊修复，使用成本高。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种低成本、可修复陶瓷合金复合衬板的制造方法。
技术方案：本发明所述的一种低成本、可修复陶瓷合金复合衬板的制造方法，包括如下步骤：
（1）将粒径为8-30目的陶瓷颗粒进行预处理；
（2）将预处理的陶瓷颗粒与粘结剂按一定比例混合均匀得混合物，其中，粘结剂的加入量是陶瓷颗粒质量的1%-6% ；
（3）在步骤（2）混合物中加入一定比例陶瓷粉末并均匀混合，得颗粒混合物，其中，陶瓷粉末的粒径为200-500目，加入量是混合物质量的1%-8% ；
（4）将步骤（3）颗粒混合物均匀装入泡沫陶瓷舟，紧实后放入干燥箱中50℃-200℃干燥24-72小时，干燥出箱后脱模后得陶瓷预制件；
（5）将步骤（4）陶瓷预制件固定在陶瓷合金耐磨件铸型型腔表面，然后浇注耐磨合金金属液，得到表面由陶瓷预制件与耐磨合金材料呈冶金结合的陶瓷合金耐磨件；
（6）将步骤（5）陶瓷合金耐磨件进行热处理，使其耐磨合金硬度达到60-64HRC。将热处理的陶瓷合金耐磨件进行机加工；
（7）熔炼母体金属材料形成母体金属液，然后浇注进入铸型型腔，得衬板底座；
（8）将热处理后的陶瓷合金耐磨件通过卡槽固定在衬板底座上，用螺栓将衬板端面法兰与衬板底座和陶瓷合金耐磨件压紧固定，浇注金属液填满陶瓷合金耐磨件与衬板底座之间的间隙，冷却后打磨耐磨件与衬板底座的间隙，制造出一种低成本、可修复陶瓷合金复合衬板。
进一步的，所述的陶瓷颗粒预处理是将陶瓷颗粒表面包覆铁基、镍基或钴基低熔点合金材料。
进一步的，所述陶瓷颗粒为氧化铝、氧化锆、碳化硅、碳化钛、碳化钨、氮化钛中的一种或任意几种的组合。
进一步的，所述的粘结剂为硅溶胶、水玻璃、铝溶胶、碳酸钠、聚乙烯醇、酚醛树脂中的一种或任意几种的组合。
进一步的，所述的陶瓷粉末为碳化硼、碳化硅、氧化钇中的一种或任意几种的组合。
进一步的，步骤（5）所述的耐磨合金材料为高铬铸铁或高锰钢。
进一步的，步骤（7）所述的母体金属材料为球墨铸铁、低碳钢或中碳钢中的一种。
进一步的，步骤（8）所述的金属液为铝或铝合金。
进一步的，所述的衬板底座圆弧面上设有深度为10mm的凹槽，凹槽表面设有多个圆形凸台，呈交错排列，凸台高度与凹槽深度相同。
进一步的，步骤（4）所述的陶瓷预制件表面呈蜂窝状或网格状，预制件厚度为10-60mm，陶瓷预制件底面为平面或曲面。
有益效果：本发明的有益效果如下：
（1）衬板底座采用普通球墨铸铁或中、低碳钢，材料成本低且易加工；
（2）衬板底座内弧面设计圆柱凸台，陶瓷合金耐磨件底面与凸台整体配合有间隙时，可通过打磨凸台消除间隙，打磨工作量大大减少；
（3）衬板磨损后期，可现场拆卸衬板端面法兰，将磨损严重的陶瓷合金耐磨件拆掉，并更换为新制陶瓷合金耐磨件，解决了金属陶瓷复合衬板不可修复的难题，同时也降低用户采购成本；
（4）陶瓷合金耐磨件与衬板底座拼装方便，采用浇注金属液充实缝隙，保证耐磨件和衬板底座贴合紧密；
（5）衬板表面陶瓷合金层是由高耐磨的陶瓷预制件与耐磨合金复合而成，具有双重耐磨性能；
（6）陶瓷预制件采用蜂窝状或网格状，运行磨损时表面不同耐磨材料形成了高度差，有助于提高煤粉的研磨效率。
附图说明
图1为本发明复合衬板的结构剖视图；
图2为本发明复合衬板的立体结构示意图；
图3为本发明陶瓷预制件的结构示意图；
图4为图3的结构剖视图；
图5为本发明陶瓷合金耐磨件的结构示意图；
图6为图5的结构剖视图；
图7为本发明衬板底座的结构示意图；
图8为图7的结构剖视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
实施例1
一种低成本、可修复陶瓷合金复合衬板的制造方法，包括如下步骤：
（1）将粒径为8-30目氧化铝颗粒进行预处理，将陶瓷颗粒表面包覆铁基合金材料；
（2）将预处理的氧化铝颗粒与硅溶胶按一定比例混合均匀得混合物，其中，硅溶胶的加入量是陶瓷质量的1% ；
（3）在上述混合物中加入一定比例碳化硼并均匀混合，得颗粒混合物，其中，碳化硼的粒径为200-500目，加入量是混合物质量的1% ；
（4）将颗粒混合物均匀装入泡沫陶瓷舟，泡沫陶瓷舟的材料为聚苯乙烯，紧实后放入干燥箱中50℃干燥24小时，干燥出箱后脱模后得蜂窝状陶瓷预制件；
（5）将蜂窝状陶瓷预制件固定在陶瓷合金耐磨件铸型型腔表面，然后浇注高铬铸铁金属液，得到表面由蜂窝状陶瓷预制件与高铬铸铁呈冶金结合的陶瓷合金耐磨件；
（6）将陶瓷合金耐磨件进行热处理，使其耐磨合金硬度达到60-64HRC，将热处理后的陶瓷合金耐磨件进行机加工；
（7）熔炼球墨铸铁材料形成金属液，然后浇注进入铸型型腔，得衬板底座；
（8）将热处理后的陶瓷合金耐磨件通过卡槽固定在衬板底座上，用螺栓将衬板端面法兰与衬板底座和陶瓷合金耐磨件压紧固定，浇注铝合金金属液填满陶瓷合金耐磨件与衬板底座之间的间隙，冷却后打磨陶瓷合金耐磨件与衬板底座的间隙，制造出一种低成本、可修复陶瓷合金复合衬板。
实施例2
一种低成本、可修复陶瓷合金复合衬板的制造方法，包括如下步骤：
（1）将粒径为8-30目的氧化锆颗粒进行预处理，将氧化锆颗粒表面包覆镍基合金材料；
（2）将预处理的氧化锆颗粒与水玻璃按一定比例混合均匀得混合物，其中，水玻璃的加入量是陶瓷质量的2% ；
（3）在上述混合物中加入一定比例碳化硅粉末并均匀混合，得颗粒混合物，其中，碳化硅粉末的粒径为200-500目，加入量是混合物质量的3% ；
（4）将颗粒混合物均匀装入泡沫陶瓷舟，紧实后放入干燥箱中100℃干燥36小时，干燥出箱后脱模后得网格状陶瓷预制件；
（5）将网格状陶瓷预制件固定在陶瓷合金耐磨件铸型型腔表面，然后浇注高锰钢金属液，得到表面由网格状陶瓷预制件与耐磨合金材料呈冶金结合的陶瓷合金耐磨件；
（6）将陶瓷合金耐磨件进行热处理，使其耐磨合金硬度达到60-64HRC，将热处理后的陶瓷合金耐磨件机加工；
（7）熔炼低碳钢材料形成金属液，然后浇注进入铸型型腔，得衬板底座；
（8）将热处理后的陶瓷合金耐磨件通过卡槽固定在衬板底座上，用螺栓将衬板端面法兰与衬板底座和陶瓷合金耐磨件压紧固定，浇注铝合金金属液填满陶瓷合金耐磨件与衬板底座之间的间隙，冷却后打磨陶瓷合金耐磨件与衬板底座的间隙，制造出一种低成本、可修复陶瓷合金复合衬板。
实施例3
一种低成本、可修复陶瓷合金复合衬板的制造方法，包括如下步骤：
（1）将粒径为8-30目的碳化硅颗粒进行预处理，将碳化硅颗粒表面包覆钴基合金材料；
（2）将预处理的碳化硅颗粒与碳酸钠按一定比例混合均匀得混合物，其中，碳酸钠的加入量是陶瓷质量的4% ；
（3）在上述混合物中加入一定比例氧化钇粉末并均匀混合，得颗粒混合物，其中，氧化钇粉末的粒径为200-500目，加入量是混合物质量的5% ；
（4）将颗粒混合物均匀装入泡沫陶瓷舟，紧实后放入干燥箱中150℃干燥48小时，干燥出箱后脱模后得蜂窝状陶瓷预制件；
（5）将蜂窝状陶瓷预制件固定在陶瓷合金耐磨件铸型型腔表面，然后浇注高铬铸铁金属液，得到表面由蜂窝状陶瓷预制件与耐磨合金材料呈冶金结合的陶瓷合金耐磨件；
（6）将陶瓷合金耐磨件进行热处理，使其耐磨合金硬度达到60-64HRC，将热处理后的陶瓷合金耐磨件机加工；
（7）熔炼低碳钢材料形成金属液，然后浇注进入铸型型腔，得衬板底座；
（8）将热处理后的陶瓷合金耐磨件通过卡槽固定在衬板底座上，用螺栓将衬板端面法兰与衬板底座和陶瓷合金耐磨件压紧固定，浇注铝合金金属液填满陶瓷合金耐磨件与衬板底座之间的间隙，冷却后打磨陶瓷合金耐磨件与衬板底座的间隙，制造出一种低成本、可修复陶瓷合金复合衬板。
实施例4：
（1）将粒径为8-30目的碳化钨颗粒进行预处理，将陶瓷颗粒表面包覆铁基合金材料；
（2）将预处理的碳化钨颗粒与聚乙烯醇按一定比例混合均匀得混合物，其中，聚乙烯醇的加入量是陶瓷质量的6% ；
（3）在上述混合物中加入一定比例碳化硅粉末并均匀混合，得颗粒混合物，其中，碳化硅粉末的粒径为200-500目，加入量是混合物质量的8% ；
（4）将颗粒混合物均匀装入泡沫陶瓷舟，紧实后放入干燥箱中200℃干燥72小时，干燥出箱后脱模后得蜂窝状陶瓷预制件；
（5）将蜂窝状陶瓷预制件固定在陶瓷合金耐磨件铸型型腔表面，然后浇注高锰钢金属液，得到表面由蜂窝状陶瓷预制件与耐磨合金材料呈冶金结合的陶瓷合金耐磨件；
（6）将陶瓷合金耐磨件进行热处理，使其耐磨合金硬度达到60-64HRC，将热处理后的陶瓷合金耐磨件机加工；
（7）熔炼球墨铸铁材料形成金属液，然后浇注进入铸型型腔，得衬板底座；
（8）将热处理后的陶瓷合金耐磨件通过卡槽固定在衬板底座上，用螺栓将衬板端面法兰与衬板底座和陶瓷合金耐磨件压紧固定，浇注铝合金金属液填满陶瓷合金耐磨件与衬板底座之间的间隙，冷却后打磨陶瓷合金耐磨件与衬板底座的间隙，制造出一种低成本、可修复陶瓷合金复合衬板。
最终制成的陶瓷合金复合衬板的其中一种实施例的结构如图1到图8所示，包括陶瓷预制件1、陶瓷合金耐磨件2、衬板底座3、卡槽4、衬板端面法兰5，陶瓷合金耐磨件2是由陶瓷预制件1与耐磨合金材料结合而成，将陶瓷预制件1固定在陶瓷合金耐磨件铸型型腔表面，然后浇注耐磨合金金属液，得到表面由陶瓷预制件与耐磨合金材料结合的陶瓷合金耐磨件2。
陶瓷预制件1的表面呈蜂窝状或网格状，陶瓷预制件厚度为10-60mm，陶瓷预制件底面为平面或曲面。
衬板底座3是由母体金属材料浇铸而成，首先母体金属材料形成金属液，然后浇注进入铸型型腔，得衬板底座3。
最后，将热处理后的陶瓷合金耐磨件2通过卡槽4固定在衬板底座3上，卡槽4为圆弧或倒角状，角度小于90°。衬板底座和陶瓷合金耐磨件上端面在同一平面，上端面用螺栓将衬板端面法兰5与衬板底座3和陶瓷合金耐磨件2压紧固定，浇注铝合金金属液填满陶瓷合金耐磨件2与衬板底座3之间的间隙，冷却后打磨陶瓷合金耐磨件2与衬板底座3的间隙，制造出一种低成本、可修复陶瓷合金复合衬板。
该复合衬板包括有母体金属材料浇注而成的衬板底座，所述的衬板底座小头端面为卡槽结构设计，衬板底座圆弧面上设有凹槽，凹槽深度为5-10mm，圆柱呈交错排列，凹槽表面设有多个圆柱凸台，凸台高度与凹槽深度相同。陶瓷合金耐磨件和衬板底座上端面用衬板端面法兰固定，所述的端面法兰设有螺栓孔，所述的螺栓孔中装有与衬板上端面连接的螺栓，所述的陶瓷合金耐磨件是由耐磨合金材料与陶瓷预制件复合浇注而成，所述陶瓷预制件是由陶瓷颗粒、粘结剂及陶瓷粉混合常压成型。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种低成本、可修复陶瓷合金复合衬板的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将粒径为8-30目的陶瓷颗粒进行预处理，所述的陶瓷颗粒预处理是将陶瓷颗粒表面包覆铁基、镍基或钴基低熔点合金材料；
(2)将预处理的陶瓷颗粒与粘结剂按一定比例混合均匀得混合物，其中，粘结剂的加入量是陶瓷颗粒质量的1％-6％；
(3)在步骤(2)混合物中加入一定比例陶瓷粉末并均匀混合，得颗粒混合物，其中，陶瓷粉末的粒径为200-500目，加入量是混合物质量的1％-8％；
(4)将步骤(3)颗粒混合物均匀装入泡沫陶瓷舟，紧实后放入干燥箱中50℃-200℃干燥24-72小时，干燥出箱后脱模后得陶瓷预制件；
(5)将步骤(4)陶瓷预制件固定在陶瓷合金耐磨件铸型型腔表面，然后浇注耐磨合金金属液，得到表面由陶瓷预制件与耐磨合金材料呈冶金结合的陶瓷合金耐磨件；
(6)将步骤(5)陶瓷合金耐磨件进行热处理，使其耐磨合金硬度达到60-64HRC，将热处理后的陶瓷合金耐磨件进行机加工；
(7)熔炼母体金属材料形成母体金属液，然后浇注进入铸型型腔，得衬板底座，所述的衬板底座圆弧面上设有深度为10mm的凹槽，凹槽表面设有多个圆形凸台，呈交错排列，凸台高度与凹槽深度相同；
(8)将机加工后的陶瓷合金耐磨件通过卡槽固定在衬板底座上，用螺栓将衬板端面法兰与衬板底座和陶瓷合金耐磨件压紧固定，浇注金属液填满陶瓷合金耐磨件与衬板底座之间的间隙，所述的金属液为铝或铝合金，冷却后打磨耐磨件与衬板底座的间隙，制造出一种低成本、可修复陶瓷合金复合衬板。
2.根据权利要求1所述的一种低成本、可修复陶瓷合金复合衬板的制造方法，其特征在于：所述陶瓷颗粒为氧化铝、氧化锆、碳化硅、碳化钛、碳化钨、氮化钛中的一种或任意几种的组合。
3.根据权利要求1所述的一种低成本、可修复陶瓷合金复合衬板的制造方法，其特征在于：所述的粘结剂为硅溶胶、水玻璃、铝溶胶、碳酸钠、聚乙烯醇、酚醛树脂中的一种或任意几种的组合。
4.根据权利要求1所述的一种低成本、可修复陶瓷合金复合衬板的制造方法，其特征在于：所述的陶瓷粉末为碳化硼、碳化硅、氧化钇中的一种或任意几种的组合。
5.根据权利要求1所述的一种低成本、可修复陶瓷合金复合衬板的制造方法，其特征在于：步骤(5)所述的耐磨合金材料为高铬铸铁或高锰钢。
6.根据权利要求1所述的一种低成本、可修复陶瓷合金复合衬板的制造方法，其特征在于：步骤(7)所述的母体金属材料为球墨铸铁、低碳钢或中碳钢中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种低成本、可修复陶瓷合金复合衬板的制造方法，其特征在于：步骤(4)所述的陶瓷预制件表面呈蜂窝状或网格状，预制件厚度为10-60mm，陶瓷预制件底面为平面或曲面。
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