CN115807189A - 密炼机转子的高温耐磨涂层及其制备方法和转子修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种密炼机转子的高温耐磨涂层及其制备方法和转子修复方法。采用由Fe基合金粉末及TiC粉末组成的复合合金粉末为原材料，具备良好的耐高温特性和耐磨性。通过机械球磨方式混合均匀，原材料制备操作简便，有效降低了密炼机转子在高温工作时的磨损率，同时通过调控Cr元素含量可以提升该涂层的耐腐蚀性能。利用同轴激光送粉熔覆设备在密炼机转子的棱峰和棱侧熔化并沉积高温耐磨涂层材料，通过调整激光工艺参数，如激光功率、扫描速度、送粉速率、搭接率等，即可获得该高温耐磨涂层。本发明提供的激光熔覆方法可对破损的密炼机转子表面进行局部修复再制造，大大提升密炼机转子的循环使用寿命，降低使用成本。

Description

密炼机转子的高温耐磨涂层及其制备方法和转子修复方法

技术领域

本发明涉及一种密炼机转子的高温耐磨涂层及其制备方法和转子修复方法，属于激光熔覆领域。

背景技术

密闭式炼胶机，简称密炼机，是橡胶机械领域对聚合物材料进行塑炼和混炼的重要设备。转子作为密炼机的关键核心部件，通过转子间的相对回转运动，将投送物料夹住并在挤压和剪切作用下带入辊缝，物料碰到下顶拴尖棱被分为两部分，随后分别沿前后室壁与转子间缝隙回到辊隙上方。转子常用材料为ZG45钢，密炼机工作过程中，转子受到胶料强烈摩擦、挤压作用，且胶料温度急剧上升，长时间工作过程中转子因受到高温摩擦而出现严重磨损问题。而现代橡胶机械工业密炼机发展的标志为高速、高压、高机台效能，对转子的耐高温磨损能力提出了更高的要求。因此，为了提高转子的使用寿命，满足现代密炼机的发展需求，需要在转子的棱峰和棱侧沉积耐高温磨损涂层。

因此，有必要发明一种密炼机转子的高温耐磨涂层及其制备方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效稳定且性能优异的密炼机转子的高温耐磨涂层及其制备方法和转子修复方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种密炼机转子的高温耐磨涂层，由组分A和组分B固化形成；

其中，所述组分A为合金粉末，包括以下质量分数的成分：C：0.30～0.50％，Cr：4～10％，Si：0.8～1.2％，Mn：0.2～0.5％，Mo：1.10～1.75％，余量为Fe；

所述组分B为TiC粉末；

一种密炼机转子的高温耐磨涂层的制备方法，用于制备密炼机转子的高温耐磨涂层，包括如下步骤：

S1、将所述组分A和组分B按85:15～70:30的体积比混合，利用机械球磨法将混合后的两种粉末球磨并充分混匀，得到高温耐磨涂层材料；

S2、将所述高温耐磨涂层材料加入到同轴激光熔覆设备的送粉机中，设定好对应的所述同轴激光熔覆设备的激光工艺参数，所述激光工艺参数为：激光功率1500-2700W，扫描速度10-17mm/s，送粉机送粉速率4r/min，搭接率50％，通过所述同轴送粉激光熔覆设备将所述高温耐磨涂层材料熔化沉积到熔化沉积到密炼机转子的棱峰和棱侧位置，在所述密炼机转子与所述同轴激光熔覆设备协同配合下，实现所述密炼机转子高温耐磨涂层的制备。

进一步地，所述高温耐磨涂层材料中所述组分A和所述组分B的体积比为70:30。

进一步地，所述激光工艺参数为：激光功率2700W，扫描速度17mm/s，送粉机送粉速率4r/min，搭接率50％。

进一步地，所述高温耐磨涂层材料加入所述送粉机前需先进行干燥处理，所述干燥处理可采用远红外加热炉干燥机、金属粉末烘干机及真空干燥机中的一种。

进一步地，所述干燥处理采用真空干燥机，设定温度100℃，干燥12h。

进一步地，所述球磨并充分混匀的过程采用行星式球磨机，球磨总时间为6h，球磨过程设置球磨20min间歇10min。

进一步地，所述高温耐磨涂层的制备方法还包括：根据所述密炼机转子的尺寸及精度要求，利用机床去除所述高温耐磨涂层表面的多余材料，得到所需的高温耐磨涂层。

一种密炼机转子的修复方法，适用于密炼机转子破损表面的修复，其特征在于，包括如下步骤：

S1、取所述高温耐磨涂层材料，加入到同轴激光熔覆设备的送粉机中；

S2、规划修复破损的密炼机转子的激光熔覆路径；

S3、设定好对应的同轴激光熔覆设备的激光工艺参数，所述激光工艺参数为：激光功率1500-2700W，扫描速度10-17mm/s，送粉机送粉速率4r/min，搭接率50％，按规划好的所述激光熔覆路径，通过所述同轴送粉激光熔覆设备将所述高温耐磨涂层材料熔化沉积到所述密炼机转子的破损位置，层层堆积修复所述破损位置。

进一步地，所述激光熔覆路径的规划包括如下步骤：

S1、采用三维扫描仪，对所述密炼机转子的破损位置进行点数据的采集，然后将点数据导入通用的三维CAD软件，运用逆向模块进行实体建模，得到所述破损位置的CAD模型；

S2、将所述CAD模型离散化，切片分层，得到所述破损位置对应层的截面形貌，进而得到修复破损密炼机转子的激光熔覆路径。

本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的密炼机转子的高温耐磨涂层采用由Fe基合金粉末及TiC粉末按一定配比组成的复合合金粉末为原材料，具备良好的耐高温特性和耐磨性，通过机械球磨方式混合均匀，原材料制备操作简便，有效降低了密炼机转子在高温工作时的磨损率，同时通过调控Cr元素含量可以提升该涂层的耐腐蚀性能；

2、本发明提供的密炼机转子的高温耐磨涂层的制备方法利用同轴激光送粉熔覆设备在密炼机转子的棱峰和棱侧熔化并沉积高温耐磨涂层材料，通过调整激光工艺参数，如激光功率、扫描速度、送粉速率、搭接率等，即可获得性能优异的耐磨涂层；

3、本发明提供的激光熔覆方法可对破损的密炼机转子表面进行局部修复再制造，大大提升密炼机转子的循环使用寿命，降低使用成本。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为密炼机转子材料(a)与本发明实施例2所提供的高温耐磨涂层(b)的磨损表面形貌图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明公开了一种密炼机转子的高温耐磨涂层及其制备方法和转子修复方法，其适用于高效稳定地制备密炼机转子的高温耐磨涂层，该方法所制备的密炼机转子的高温耐磨涂层具备良好的高温耐磨性；可通过该方法对破损的密炼机转子表面进行修复处理，实现密炼机转子的循环使用，使用寿命大大延长。

一种密炼机转子的高温耐磨涂层，由组分A和组分B固化形成；

其中，组分A为合金粉末，包括以下质量分数的成分：C：0.30～0.50％，Cr：4～10％，Si：0.8～1.2％，Mn：0.2～0.5％，Mo：1.10～1.75％，余量为Fe；组分B为TiC粉末。

均匀分布的TiC颗粒自身具有较好的热稳定性，加入后可显著细化晶粒，对合金基体具有显著增强作用，提升涂层的高温强度和耐磨性；高温耐磨涂层，TiC颗粒与Fe合金基体之间具有"load transfer"效应，进一步提升涂层的高温强度和耐磨性。

本发明的高温耐磨涂层的制备步骤为：

将组分A和组分B按85:15～70:30的体积比混合，在本发明的一实施例中，组分A和组分B的体积比为70:30，可增强涂层的高温耐磨性能；在其他实施例中，体积比还可以为85:15、75:25等。

利用机械球磨法将混合后的两种粉末球磨并充分混匀，得到高温耐磨涂层材料。在本发明的一实施例中，球磨并充分混匀的过程采用行星式球磨机，设定球磨机转速为350r/min，球磨总时间为6h，球磨过程设置球磨20min，间歇10min，以得到高温耐磨涂层材料。行星式球磨机能用干、湿两种方法研磨和混合粒度不同、材料各异的产品，研磨产品最小粒度可至0.1微米，能很好的实现各种工艺参数要求；同时由于其小批量、低功耗、低价位的优点，是进行粉碎工艺、新材料、涂料研究的首选设备；间歇10min可促进球磨料混合均匀。在其他实施例中，还可以使用管式球磨机、节能球磨机等，在此不作限定。

经过球磨后的高温耐磨涂层材料需进行干燥处理，以清除组分A可能吸附的水分，防止其影响激光熔覆过程。干燥处理可采用远红外加热炉干燥机、金属粉末烘干机、及真空干燥机中的一种，在此不作限定。在本发明的一实施例中，干燥处理采用真空干燥机，设定温度100℃，干燥12h，彻底地去除高温耐磨涂层复合粉末中可能存在的水分。

将干燥后的高温耐磨涂层材料加入到同轴激光熔覆设备的送粉机中，设定好对应的同轴激光熔覆设备的激光工艺参数，在本发明的一实施例中，所使用高温耐磨涂层材料所对应的的激光工艺参数为：激光功率2700W，扫描速度17mm/s，送粉机送粉速率4r/min，搭接率50％。通过同轴送粉激光熔覆设备将高温耐磨涂层材料熔化沉积到密炼机转子的棱峰和棱侧位置，在密炼机转子与同轴激光熔覆设备协同配合下，可实现密炼机转子的高温耐磨涂层的制备；设定搭接率为50％可避免涂层出现孔洞、不致密等情况。在其他实施例中，还可以根据所使用高温耐磨涂层材料的不同配比使用其他的激光工艺参数，在此不作限定。

根据密炼机转子的尺寸及精度要求，利用机床去除高温耐磨涂层表面的多余材料，进一步降低其粗糙度，得到所需的密炼机转子的高温耐磨涂层。

对制备成功的密炼机转子的高温耐磨涂层进行磨损率和摩擦系数测试，测试采用高频往复式摩擦磨损试验机，随机抽取每批密炼机转子样品中的3个进行测试。

本发明的破损密炼机转子的修复步骤为：

采用三维扫描仪，对密炼机转子的破损位置进行点数据的采集，然后将点数据导入通用的三维CAD软件，运用逆向模块进行实体建模，得到破损位置的CAD模型；将CAD模型离散化，以便对模型进行切片分层，得到破损位置对应层的截面形貌，进而得到修复破损密炼机转子的激光熔覆路径。

取上述干燥后的高温耐磨涂层材料，加入到同轴激光熔覆设备的送粉机中，设定好对应的同轴激光熔覆设备的激光工艺参数：激光功率2700W，扫描速度17mm/s，送粉机送粉速率4r/min，搭接率50％，按规划好的激光熔覆路径，通过同轴送粉激光熔覆设备将高温耐磨涂层材料熔化沉积到密炼机转子的破损位置，层层堆积修复破损位置。

利用机床去除修复后的密炼机转子表面的多余材料，进一步降低其粗糙度，得到修复好的密炼机转子，可进行循环再利用。

以下结合具体实施例进一步说明该制备方法及修复方法。

实施例1：

S1、将组分A和组分B按85：15的体积比混合后放入行星式球磨机，设定球磨机转速为350r/min,球磨总时间为6h，球磨过程设置球磨20min间歇10min；将球磨后的粉末在真空干燥箱中放置12h，设定温度为100℃，得到高温耐磨涂层复合粉末。

S2、取干燥结束的高温耐磨涂层复合粉末于激光熔覆送粉机中，设定送粉机转速4r/min，激光功率为1500w,扫描速度为10mm/s,搭接率为50％,制备均匀致密的高温耐磨涂层；利用机床去除涂层表面的多余材料，得到所需的密炼机转子的高温耐磨涂层。

S3、对制备成功的高温耐磨涂层进行300℃往复摩擦试验测试。请参见表1所示，测得此高温耐磨涂层的平均摩擦系数约为0.44，磨损率约为密炼机转子材料的50％，其性能明显优于无涂层的密炼机转子材料。

表1密炼机转子的高温耐磨涂层摩擦磨损测试结果1

实施例2：

S1、将组分A和组分B按70:30的体积比混合后放入行星式球磨机，设定球磨机转速为350r/min,球磨总时间为6h，球磨过程设置球磨20min间歇10min；将球磨后的粉末在真空干燥箱中放置12h，设定温度为100℃，得到高温耐磨涂层复合粉末。

S2、取干燥结束的高温耐磨涂层复合粉末于激光熔覆送粉机中，设定送粉机转速4r/min，激光功率为2700w,扫描速度为17mm/s,搭接率为50％,制备均匀致密的高温耐磨涂层；利用机床去除涂层表面的多余材料，得到所需的密炼机转子的高温耐磨涂层。

S3、对制备成功的高温耐磨涂层进行磨损率和摩擦系数测试。请参件表2及图1所示，测得平均摩擦系数约为0.32，磨损率约为密炼机转子材料的27％，其性能明显优于无涂层的密炼机转子材料，且优于使用组分A和组分B的体积比为85:15的高温耐磨涂层材料进行激光熔覆得到的密炼机转子的高温耐磨涂层。

表2密炼机转子的高温耐磨涂层摩擦磨损测试结果2

实施例3：

S1、将组分A和组分B按70：30的体积比混合后放入行星式球磨机，设定球磨机转速为350r/min,球磨总时间为6h，球磨过程设置球磨20min间歇10min；将球磨后的粉末在真空干燥箱中放置12h，设定温度为100℃，得到高温耐磨涂层复合粉末。

S2、对螺杆破损位置进行扫描、三维建模、切片，通过计算机规划熔覆路径。

S3、取干燥结束的高温耐磨涂层复合粉末于激光熔覆送粉机中，设定送粉机转速4r/min，激光功率为2700w,扫描速度为17mm/s,搭接率为50％，按规划好的熔覆路径进行激光熔覆，层层堆积修复破损位置；利用机床去除修复后的螺杆表面的多余材料，得到修复好的密炼机转子。

综上，本发明提供的密炼机转子的高温耐磨涂层采用由Fe基合金粉末及TiC粉末按一定配比组成的复合合金粉末为原材料，具备良好的耐高温特性和耐磨性，通过机械球磨方式混合均匀，原材料制备操作简便，有效降低了密炼机转子在高温工作时的磨损率，同时通过调控Cr元素含量可以提升该涂层的耐腐蚀性能；本发明提供的密炼机转子的高温耐磨涂层的制备方法利用同轴激光送粉熔覆设备在密炼机转子的棱峰和棱侧熔化并沉积高温耐磨涂层材料，通过调整激光工艺参数，如激光功率、扫描速度、送粉速率、搭接率等，即可获得性能优异的耐磨涂层；本发明提供的激光熔覆方法可对破损的密炼机转子表面进行局部修复再制造，大大提升密炼机转子的循环使用寿命，降低使用成本。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种密炼机转子的高温耐磨涂层，其特征在于，由组分A和组分B固化形成；

其中，所述组分A为合金粉末，包括以下质量分数的成分：C：0.30～0.50％，Cr：4～10％，Si：0.8～1.2％，Mn：0.2～0.5％，Mo：1.10～1.75％，余量为Fe；

所述组分B为TiC粉末；

2.一种密炼机转子的高温耐磨涂层的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1所述的密炼机转子的高温耐磨涂层，包括如下步骤：

S1、将所述组分A和组分B按85:15～70:30的体积比混合，利用机械球磨法将混合后的两种粉末球磨并充分混匀，得到高温耐磨涂层材料；

S2、将所述高温耐磨涂层材料加入到同轴激光熔覆设备的送粉机中，设定好对应的所述同轴激光熔覆设备的激光工艺参数，所述激光工艺参数为：激光功率1500-2700W，扫描速度10-17mm/s，送粉机送粉速率4r/min，搭接率50％，通过所述同轴送粉激光熔覆设备将所述高温耐磨涂层材料熔化沉积到熔化沉积到密炼机转子的棱峰和棱侧位置，在所述密炼机转子与所述同轴激光熔覆设备协同配合下，实现所述密炼机转子高温耐磨涂层的制备。

3.如权利要求2所述的密炼机转子的高温耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述高温耐磨涂层材料中所述组分A和所述组分B的体积比为70:30。

4.如权利要求3所述的密炼机转子的高温耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述激光工艺参数为：激光功率2700W，扫描速度17mm/s，送粉机送粉速率4r/min，搭接率50％。

5.如权利要求1所述的密炼机转子的高温耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述高温耐磨涂层材料加入所述送粉机前需先进行干燥处理，所述干燥处理可采用远红外加热炉干燥机、金属粉末烘干机及真空干燥机中的一种。

6.如权利要求5所述的密炼机转子的高温耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述干燥处理采用真空干燥机，设定温度100℃，干燥12h。

7.如权利要求2所述的密炼机转子的高温耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述球磨并充分混匀的过程采用行星式球磨机，球磨总时间为6h，球磨过程设置球磨20min间歇10min。

8.如权利要求2所述的密炼机转子的高温耐磨涂层的制备方法，其特征在于，所述高温耐磨涂层的制备方法还包括：根据所述密炼机转子的尺寸及精度要求，利用机床去除所述高温耐磨涂层表面的多余材料，得到所需的高温耐磨涂层。

9.一种密炼机转子的修复方法，适用于密炼机转子破损表面的修复，其特征在于，包括如下步骤：

S1、取如权利要求1-7任一项所述的高温耐磨涂层材料，加入到同轴激光熔覆设备的送粉机中；

S2、规划修复破损的密炼机转子的激光熔覆路径；

S3、设定好对应的同轴激光熔覆设备的激光工艺参数，所述激光工艺参数为：激光功率1500-2700W，扫描速度10-17mm/s，送粉机送粉速率4r/min，搭接率50％，按规划好的所述激光熔覆路径，通过所述同轴送粉激光熔覆设备将所述高温耐磨涂层材料熔化沉积到所述密炼机转子的破损位置，层层堆积修复所述破损位置。

10.如权利要求9所述的密炼机转子的修复方法，其特征在于，所述激光熔覆路径的规划包括如下步骤：

S1、采用三维扫描仪，对所述密炼机转子的破损位置进行点数据的采集，然后将点数据导入通用的三维CAD软件，运用逆向模块进行实体建模，得到所述破损位置的CAD模型；

S2、将所述CAD模型离散化，切片分层，得到所述破损位置对应层的截面形貌，进而得到修复破损密炼机转子的激光熔覆路径。

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