CN113249628B - 一种耐磨辊轮及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐磨辊轮及其制造方法。一种耐磨辊轮，包括辊轮本体、嵌体，所述嵌体由金属陶瓷材料混合制成，金属陶瓷材料按重量百分比，W的含量为65％，Co的含量为20％‑25％，Hf的含量为3％‑4％，Nb的含量为2％，Zr的含量为0.5％‑0.7％，Mo的含量为0.5％‑1％,余量为陶瓷和少量的杂质；一种耐磨辊轮的制造方法：加工嵌槽→粉末合金→消除内应力→焊接保温→二次焊接→表面处理。本发明能够明显提升辊轮的耐磨性能，大幅度提高辊轮的使用寿命。

Description

一种耐磨辊轮及其制造方法
技术领域
本发明涉及辊轮制造领域，具体为一种耐磨辊轮及其制造方法。
背景技术
众所周知，在冶金、矿产、电力等领域，辊轮是不可或缺的关键配置结构件，一般辊轮的工作环境都较为恶劣，受到冲击、高温等影响，辊轮一般都为易耗件，使用寿命较短，更换辊轮成本也很高。
目前，辊轮为了提高使用寿命，一般采用以下几种方法：一是提升辊轮本体的材质，通过添加稀有金属来提升耐磨性和耐高温性；二是在辊轮表面涂覆耐磨和耐高温合金层；三是如专利所述，使用陶瓷层，以上三种方式均有明显缺点，第一种方法提升辊轮整体材质造价昂贵，成本高；第二种方式利用合金涂层，工艺复杂，且合金涂层易磨损易脱落，再次涂覆时工艺复杂，难处理；第三种方式如专利CN201120072906.6所述的一种表面镶嵌陶瓷的橡胶辊，虽然工艺相对简单，但是陶瓷片之间利用粘合剂拼接效果不好，易脱落。因此，亟需一种新的技术解决现有的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种耐磨辊轮及其制造方法，以解决现有辊轮使用寿命低、耐磨效果差的技术难题。
为实现上述目的，一种耐磨辊轮，包括辊轮本体、嵌体，所述嵌体由金属陶瓷材料混合制成，金属陶瓷材料按重量百分比，W的含量为65％，Co的含量为20％-25％，Hf的的含量为3％-4％，Nb的含量为2％，Zr的含量为0.5％-0.7％，Mo的含量为0.5％-1％,余量为陶瓷和少量的杂质。
作为优选的技术方案，所述金属陶瓷材料至少包括Cu和Ni中的一种,按重量百分比，Cu的含量为1％-2％，Ni的含量为2％-4％。
另一方面，本发明还提供了一种耐磨辊轮的制造方法，包括以下步骤：
S1：在辊体表面加工嵌槽；
S2：将按照重量比构成含有金属元素组分的金属粉末和陶瓷粉末混合，通过粉末冶金制造所述金属陶瓷材料，在粉末成型之前，再进行一次氧化还原去碳，最终成型得到所述金属陶瓷材料制成的陶瓷片；
S3：将步骤2得到的陶瓷片进行振动时效和热时效处理，以去除内应力；
S4：在步骤1中的嵌槽内进行焊接，在真空环境下，使用焊膏，对步骤3处理后的若干个陶瓷片进行焊接使其相连，陶瓷片与辊轮本体的表面进行焊接，陶瓷片焊接后为圆环状，焊后进行真空保温，每小时均匀降温；
S5：步骤4得到的成品初步完成后，再进行打磨，去除表面氧化层，对陶瓷片进行二次焊接，焊接材料为软金属，焊接时在加热块上进行，焊接区域温度控制在800°以内，二次焊接完成后，进行保温，直接放在石棉中，3-4小时后取出；
S6：对步骤5得到的成品进行表面处理，得到陶瓷片相连而成的嵌体。
作为优选的技术方案，步骤2中陶瓷片的形状为梯形。
作为优选的技术方案，步骤4中的焊膏为定制焊膏，所述定制焊膏的熔点为1150°。
作为优选的技术方案，步骤5中的软金属为银。
本发明的有益效果：
1)本发明中在辊轮本体表面设置嵌槽，并在嵌槽内设置陶瓷层，陶瓷层由若干个陶瓷片拼接而成，结构简单，能够保护辊体，提升辊轮的耐磨性，延长使用寿命；
2)本发明提供一种全新的金属陶瓷材料配比，此材料制成的陶瓷片耐磨性大幅度提升，从而增加辊轮的使用寿命，与普通辊轮相比，使用寿命能提升15-24倍，与此同时能够大幅度提升辊轮的耐高温性能；
3)与涂覆合金层的技术相比，陶瓷层耐磨性更好，不易脱落；
4)使用焊膏和软金属作为焊接材料，优选的，选用特质焊膏和银，陶瓷片之间的连接更加紧密，并且陶瓷片之间没有缝隙，使得陶瓷层的耐冲击力和耐高温性大幅度提升，从而提升辊轮的使用寿命。
附图说明
图1为本发明中的耐磨辊轮的结构图；
图2为本发明中的陶瓷片结构图；
图3为本发明中的嵌体结构图。
在图1-3中，1.辊轮本体、2.嵌体、201.陶瓷片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
请参阅图1-3，本发明提供一种耐磨辊轮，包括辊轮本体1、嵌体2，所述嵌体2由金属陶瓷材料混合制成，金属陶瓷材料按重量百分比，W的含量为65％，Co的含量为20％-25％，Hf的含量为3％-4％，Nb的含量为2％，Zr的含量为0.5％-0.7％，Mo的含量为0.5％-1％,余量为陶瓷和少量的杂质。
本发明中的金属陶瓷材料各元素的协同作用如下：
钨元素是金属陶瓷材料形成硬质合金相不可或缺的元素，能够提高金属陶瓷材料的热强性和硬度，本发明中钨元素的含量为65％，此数值下钨元素形成硬质相效果最好。
钴元素是金属陶瓷材料中金属相不可或缺的元素，能够大幅度提高金属陶瓷材料的耐磨性性和硬度，并能提升金属陶瓷材料的耐高热性，本发明中钴元素的含量为20％-25％，当钴元素与钨元素形成硬质合金时，钴元素的含量为20％-25％时效果最佳。
铪元素能够增加金属陶瓷材料的抗冲击性，并且耐高温抗腐蚀，由于其熔点高用作金属陶瓷材料中的硬质合金相的添加剂，本发明中铪元素的含量为3％-4％。
铌元素能够使金属陶瓷材料形成氧化层，铪元素、锆元素和铌元素均能增强抗腐蚀的能力，本发明中铌元素的含量为2％。
锆元素能够脱氧、除氮、去硫，并改善金属陶瓷材料的抗冲击性能，为了防止混料不均匀，锆元素含量最低为0.5％，锆元素含量无需过高，锆元素超过0.7％后对金属陶瓷材料性能的提升减弱，锆元素含量应为0.5％-0.7％，此范围内效果最佳。
钼元素能够提升金属陶瓷材料的综合性性能，提高强韧性、淬透性、抑制回火脆性，并且是金属陶瓷材料中金属相较好的粘合剂，为了达到理想的效果，钼元素含量为0.5％-1％。
铜元素能够起到粘合剂的作用，能够增加韧性，抗陶瓷蹦口，本发明中铜元素的含量为1％-2％。
镍元素能够提高金属陶瓷材料的可焊接性和耐腐蚀性，增加金属陶瓷材料的延展性，本发明中镍元素的含量为2％-4％。
请参阅图1-3，具体的前述耐磨辊轮的制造方法，包括以下步骤：
S1：在辊体表面加工嵌槽；
S2：将按照重量比构成含有金属元素组分的金属粉末和陶瓷粉末混合，通过粉末冶金制造陶瓷材料，在粉末成型之前，再进行一次氧化还原去碳，最终成型得到所述金属陶瓷材料制成的陶瓷片201；
S3：将步骤2得到的陶瓷片201进行振动时效和热时效处理，以去除内应力，通过双实效处理，消除内应力效果更好；
S4：在步骤1中的嵌槽内进行第一次焊接，在真空环境下，使用焊膏，对步骤3处理后的若干个陶瓷片201进行焊接使其相连形成，陶瓷片201与辊轮本体1的表面进行焊接，陶瓷片201焊接后为圆环状，焊后进行真空保温，每小时降温50°，均匀降温，陶瓷片201的焊缝不会由于降温过快产生裂缝、脱落的现象；优选的，选用熔点为1150℃的特质焊膏，焊接效果更好，陶瓷片201之间的连接更为牢固，并且在真空下进行焊接，使得焊接效果更加稳定；
S5：步骤4得到的成品初步完成后，再进行打磨，去除表面氧化层，进行二次焊接，焊接材料为软金属，优选的为银，焊接时在加热块上进行，焊接区域温度控制在800°以内，由于第一次焊接温度达到1150℃以上，因此，第二次焊接区域温度控制在800°以内可以拉开与第一次焊接的温差，降低对第一次焊接的影响；二次焊接完成后，进行保温，直接放在石棉中，3-4小时后取出，保温时间控制在3-4小时可以防止陶瓷片201由于温度骤降导致表面开裂，影响焊接效果；采用软金属作为二次焊接材料，因为软金属的延展性更好，能够更好地填补第一次焊接后陶瓷片201之间的缝隙，使得焊接后陶瓷片201之间没有缝隙，并且银能够在陶瓷片201之间起到缓冲作用，减轻冲击力带来的影响，提升耐磨辊轮的使用寿命，在完成二次焊接后整体也更美观，优选的采用银，银作为焊接材料时，能同时焊接多个工件，焊接效率高，并且均匀受热，没有缺焊点，焊接后的工件更坚固。
S6：对步骤5得到的成品进行表面处理，得到陶瓷片201相连而成的嵌体2。
如图1-3所述，步骤2中陶瓷片201的形状为梯形，陶瓷片201制成梯形，相邻的两个陶瓷片201反方向放置，并使两个陶瓷片201表面贴合，在同等高度下，梯形状的陶瓷片201之间的接触面更大，焊接效果更好；梯形结构焊接后更加稳定，受力结构更合理，能够提升嵌体的耐冲击性。
实施例1
一种耐磨辊轮，包括辊轮本体1、嵌体2，所述嵌体2由金属陶瓷材料混合制成，金属陶瓷材料按重量百分比，W的含量为65％，Co的含量为20％，Hf的含量为3％，Nb的含量为2％，Zr的含量为0.5％，Mo的含量为0.5％，余量为陶瓷和少量的杂质。
一种耐磨辊轮的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在辊体表面加工嵌槽；
S2：将按照重量比构成含有金属元素组分的金属粉末和陶瓷粉末混合，通过粉末冶金制造所述金属陶瓷材料，在粉末成型之前，再进行一次氧化还原去碳，最终成型得到所述金属陶瓷材料制成的陶瓷片201；
S3：将步骤2得到的陶瓷片201进行振动时效和热时效处理，以去除内应力；
S4：在步骤1中的嵌槽内进行焊接，在真空环境下，使用熔点为1150℃的焊膏，对步骤3处理后的若干个陶瓷片201进行焊接使其相连，陶瓷片201与辊轮本体1的表面进行焊接，焊后进行真空保温，每小时降温50°，均匀降温；
S5：步骤4得到的成品初步完成后，再进行打磨，去除表面氧化层，对陶瓷片201进行二次焊接，焊接材料为银，焊接时在加热块上进行，焊接区域温度控制在700°，二次焊接完成后，进行保温，直接放在石棉中，3小时后取出；
S6：对步骤5得到的成品进行表面处理，得到陶瓷片201相连而成的嵌体2。
实施例2
一种耐磨辊轮，包括辊轮本体1、嵌体2，所述嵌体2由金属陶瓷材料混合制成，金属陶瓷材料按重量百分比，W的含量为65％，Co的含量为25％，Hf的含量为3.5％，Nb的含量为2％，Zr的含量为0.7％，Mo的含量为1％,Cu的含量为1％，Ni的含量为2％，余量为陶瓷和少量的杂质。
一种耐磨辊轮的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在辊体表面加工嵌槽；
S2：将按照重量比构成含有金属元素组分的金属粉末和陶瓷粉末混合，通过粉末冶金制造所述金属陶瓷材料，在粉末成型之前，再进行一次氧化还原去碳，最终成型得到所述金属陶瓷材料制成的梯形状的陶瓷片201；
S3：将步骤2得到的陶瓷片201进行振动时效和热时效处理，以去除内应力；
S4：在步骤1中的嵌槽内进行焊接，在真空环境下，使用熔点为1150℃的焊膏，对步骤3处理后的若干个陶瓷片201进行焊接使其相连，陶瓷片201与辊轮本体1的表面进行焊接，焊后进行真空保温，每小时降温50°，均匀降温；
S5：步骤4得到的成品初步完成后，再进行打磨，去除表面氧化层，对陶瓷片201进行二次焊接，焊接材料为银，焊接时在加热块上进行，焊接区域温度控制在800°,二次焊接完成后，进行保温，直接放在石棉中，4小时后取出；
S6：对步骤5得到的成品进行表面处理，得到陶瓷片201相连而成的嵌体2。
实施例3
一种耐磨辊轮，包括辊轮本体1、嵌体2，所述嵌体2由金属陶瓷材料混合制成，金属陶瓷材料按重量百分比，W的含量为65％，Co的含量为23％，Hf的含量为4％，Nb的含量为2％，Zr的含量为0.6％，Mo的含量为0.7％,Ni的含量为4％，余量为陶瓷和少量的杂质。
一种耐磨辊轮的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在辊体表面加工嵌槽；
S2：将按照重量比构成含有金属元素组分的金属粉末和陶瓷粉末混合，通过粉末冶金制造所述金属陶瓷材料，在粉末成型之前，再进行一次氧化还原去碳，最终成型得到所述金属陶瓷材料制成的梯形状的陶瓷片201；
S3：将步骤2得到的陶瓷片201进行振动时效和热时效处理，以去除内应力；
S4：在步骤1中的嵌槽内进行焊接，在真空环境下，使用熔点为1150℃的焊膏，对步骤3处理后的若干个陶瓷片201进行焊接使其相连，陶瓷片201与辊轮本体1的表面进行焊接，焊后进行真空保温，每小时降温50°，均匀降温；
S5：步骤4得到的成品初步完成后，再进行打磨，去除表面氧化层，对陶瓷片201进行二次焊接，焊接材料为银，焊接时在加热块上进行，焊接区域温度控制在750°，二次焊接完成后，进行保温，直接放在石棉中，3.5小时后取出；
S6：对步骤5得到的成品进行表面处理，得到陶瓷片201相连而成的嵌体2。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的描述，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种耐磨辊轮，包括辊轮本体（1）、嵌体（2），所述嵌体（2）相连形成圆周面，所述嵌体（2）由金属陶瓷材料混合制成的陶瓷片（201），其特征在于：金属陶瓷材料按重量百分比，W的含量为65%，Co的含量为20%-25%，Hf的含量为3%-4%，Nb的含量为2%，Zr的含量为0.5%-0.7%，Mo的含量为0.5%-1%,余量为陶瓷和少量的杂质；所述陶瓷片（201）为梯形，相邻的两个陶瓷片（201）反方向放置，并使两个陶瓷片（201）表面贴合。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨辊轮，其特征在于：所述金属陶瓷材料含有Cu、Ni 中的至少一种,按重量百分比，Cu的含量为1%-2%，Ni的含量为2%-4%。
3.根据权利要求1或2所述的一种耐磨辊轮的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：在辊体表面加工嵌槽；
S2：将按照重量比构成含有金属元素组分的金属粉末和陶瓷粉末混合，通过粉末冶金制造所述金属陶瓷材料，在粉末成型之前，再进行一次氧化还原去碳，最终成型得到所述金属陶瓷材料制成的陶瓷片（201）；
S3：将步骤2得到的陶瓷片（201）进行振动时效和热时效处理，以去除内应力；
S4：在步骤1中的嵌槽内进行焊接，在真空环境下，使用焊膏，对步骤3处理后的若干个陶瓷片（201）进行焊接使其相连，陶瓷片（201）与辊轮本体（1）的表面进行焊接，陶瓷片（201）焊接后为圆环状，焊后进行真空保温，每小时均匀降温；
S5：步骤4得到的成品初步完成后，再进行打磨，去除表面氧化层，对陶瓷片（201）进行二次焊接，焊接材料为软金属，焊接时在加热块上进行，焊接区域温度控制在800°以内，二次焊接完成后，进行保温，直接放在石棉中，3-4小时后取出；
S6：对步骤5得到的成品进行表面处理，得到陶瓷片（201）相连而成的嵌体（2）。
4.根据权利要求3所述的一种耐磨辊轮的制造方法,其特征在于：步骤2中陶瓷片（201）的形状为梯形。
5.根据权利要求3所述的一种耐磨辊轮的制造方法,其特征在于：步骤4中的焊膏的熔点为1150℃ 。
6.根据权利要求3所述的一种耐磨辊轮的制造方法,其特征在于：步骤5中的软金属为银。
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