CN1919599A - 高强度耐磨金属复合板的制备方法和工艺装备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高强度耐磨金属复合板技术领域，特别是一种高强度耐磨金属复合板的制备方法和工艺装备，其制备方法包括下述工艺过程：原材料检验：检查基体板材表面质量；粗加工：尺寸公差达到规定要求；去水去油处理；喷砂处理并检验喷砂处理后的基体板材表面质量；预涂涂层：将水溶性粘接剂和自熔性合金粉按比例混合均匀后采用冷预涂或热喷涂法涂到基体板材表面上形成均匀的预涂层；熔覆涂层：利用高频电磁加热装置和专用卧式机床配合来完成，电磁线圈置于特制的冷却水盒内，对预涂涂层进行熔涂加热，由于冷却水盒的作用，十分有效地解决了导磁体的失磁现象，使复合板的性能更加稳定，工艺更加完善，并且可以进行大规模的工业生产。

Description

高强度耐磨金属复合板的制备方法和工艺装备

技术领域

本发明涉及高强度耐磨金属复合板技术领域，特别是一种高强度耐磨金属复合板的制备方法和工艺装备。

背景技术

高强度耐磨金属复合板是一种具有优质表面涂层的耐磨复合材料，它具有良好的表面强度、表面耐磨性、表面硬度与抗腐蚀性能，属于金属表面技术领域。在表面工程技术中，有很多板材表面处理的方法，普遍采用的方法有：电镀硬铬、火焰喷涂喷焊、渗氮、渗碳、电弧喷涂、电镀铜、镀锌磷化、发兰、发黑等。这些技术都存在不足之处。例如，其中比较先进的电镀硬铬受到因微裂纹导致脱皮的困扰；火焰喷涂喷焊难以解决空隙问题；渗氮渗碳受真空设备的限制且防腐蚀性能不好。就是利用一些高新技术，如感应熔涂，也同样存在着复杂的技术难题：在感应加热时，由于辐射导致磁体温度超过“居里点”而失磁，使加工区呈梯形递减，直接影响到产品的质量。

传统的耐磨板有：1、调质钢板，采用标准结构钢淬火的方法制造，金属表面变硬，而内部还是软的，一旦外表被磨掉，里面软的部分就很难起到耐磨作用，需要经常更换；2、铸造白口铁，通过往金属混合物中增加合金含量，可以生产高铬白口铁铸件，其耐磨性能优于普通耐磨钢板，但是由于铸造模具的原因，不能将合金粉加到用户所需要的部件中去，此外焊接也是问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度耐磨金属复合板的制备方法和工艺装备。利用高频感应趋肤效应的原理，通过一定的方法和工艺，将自熔性合金粉末加热后熔覆在基体表面上，形成有一定涂层厚度的复合板。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

按照本发明的高强度耐磨金属复合板的制备方法和工艺，其制备方法包括下述工艺过程：

1)原材料检验：检查基体板材钢板表面质量，钢板表面不得有明显的斑疤、裂纹、氧化锈蚀；

1)粗加工：把下好料的基体板材用饱床或铣床加工，尺寸公差达到规定要求，加工面的四棱角倒角2.5mm×45度；

2)去水去油处理；

3)喷砂处理，把上道工序处理好的基体板材放到喷砂箱内进行喷砂处理，检验喷砂处理后的基体板材表面质量，表面粗糙度控制在12.5～25之间，基体表面呈现出灰暗色，无光反射斑点或亮线，与下道工序的转换时间不得超过一小时，以防处理好的基体表面被氧化；

4)预涂涂层，将水溶性粘接剂和自熔性合金粉按1∶8～11的比例混合均匀后，采用冷预涂或热喷涂法涂到基体板材表面上形成预涂涂层，采用冷预涂时需加热烘干涂层；

5)熔覆涂层：对预涂涂层进行熔涂加热，本工序是利用高频电磁加热装置和专用卧式机床配合来完成的，电磁线圈置于冷却水盒内，带有预涂层的板材置于卧式机床的工作平台上，将线圈导磁体下表面与板材上表面之间的间隙调整到2.25mm+冷却水盒的底厚mm，高频设备的一档两档预热灯丝后高压接通，启动卧式机床的步进电机，当工件进入第二根线圈时接通电磁加热线圈进行加热，完成热熔；

6)产品的检验：用肉眼观察工件的加工表面有无类似于麻点的熔渣浮出，工件的边缘有无由于过熔造成的区域；

7)机加工：对工件进行机加工磨削，达到尺寸要求。

所述的去水去油处理方法为通过碱性水溶液去除板材表面上的油渍后加热烘干，溶液温度为50～60℃，烘干温度为200±10℃。

所述的去水去油处理方法用的碱性水溶液的配方重量百分比为：氢氧化钠1％，碳酸钠0.8％，十二烷基磺酸0.05％，余量为水。

所述的去水去油处理方法也可以采用氧～乙炔火焰烘烤，火焰温度：3000℃±100℃，烘烤时间：5～8分钟。

所述的喷砂处理的喷砂方式为射吸式，砂粒或磨料为棕刚玉，喷砂用的压缩空气压力为0.5～0.7Mpa，喷砂距离为80～100mm，喷砂角度60～75度，喷砂时间7～9分钟。

所述的水溶性粘接剂为水玻璃，所述的自熔性合金粉为Ni基自熔性合金粉加重量百分比为10％～80％的碳化钨。

所述的电磁加热装置的电磁振荡频率为200～250Hz，电磁振荡功率为100kW，输出加热功率为55kW。

所述的电磁加热装置在加热接通时的高压为11kV，槽路电压为10kV，栅极电流为1A，阳极电流为5A。

一种用于所述的高强度耐磨金属复合板的制备方法的工艺装备，包括用于去水去油处理的碱液池、烘干箱、喷砂用的设备，其特征在于还包括用于预涂涂层的专用工装、涂层烘干箱、用于熔覆涂层的专用卧式机床和加热设备，所述的专用卧式机床由机床的床体、装在此床体上的步进电机-变速箱、与变速箱相连接的工作平台的走行机构、装在此工作平台走行机构上的工作平台，所述的加热设备包括电磁加热线圈及其电源、与此电磁加热线圈相配合的冷却水盒，所述的冷却水盒由具有良好的绝缘性能、不导磁、高强度的材料制成。

所述的水盒由纯度为99％的氧化铝或碳化钨烧结成型，水盒底的厚度为0.8～2.5mm。

本发明的优点是：

1，涂层与基体是熔融态冶金结合，结合力强，硬度均匀，无梯示度，抗冲击，耐疲劳，不脱落，可最大限度地提高板材的有效承载能力。

2，涂层轻充分熔化再结晶，形成抗腐蚀、耐磨损、优质的金相组织，涂层内几乎无空隙、气孔或微裂纹，提高了抗磨能力和防腐能力。

3，利用感应快速趋肤加热，将工件的热变形量降到最低限度，热影响区的深度极浅。

4，可以根据不同的工况要求，设计不同的涂层材料形成不同性能、不同厚度、不同硬度的耐磨涂层。

5，熔融涂层的厚度均匀，表面光清，加工余量小，工件只作抛光处理就可应用。

6，由于采用了合理的熔涂技术和有效地防止了导磁体失磁的工艺装置：电磁加热线圈及与其相配合的冷却水盒，此冷却水盒由具有良好的绝缘性能、不导磁、高强度的材料制成，具其良好的热稳定性，将自熔性合金粉末均匀地涂覆到基体板材的表面上，并且在熔覆涂层过程中由于冷却水盒的有效冷却，使导磁体的温度不超过居里点而失磁，从而生产出了性能优良的高强度耐磨复合板。由于本发明的工艺和方法有效地解决了导磁体的失磁现象，故而复合板的性能更加稳定，工艺更加完善，开创了高强度耐磨金属复合板生产的新方法和新工艺。

附图说明

图1为本发明的专用工装的结构示意图。

图2为图1的仰视图。

图3为电磁加热线圈及与其相配合的冷却水盒的结构示意图。

图4为图3的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

本发明的高强度耐磨金属复合板的制备方法，其特征在于包括下述工艺过程：

1)原材料检验：检查基体板材钢板表面质量，钢板表面不得有明显的斑疤、裂纹、氧化锈蚀；

2)粗加工：把下好料的基伪板材用饱床或铣床加工，尺寸公差达到规定要求，加工面的四棱角倒角2.5mm×45度；

3)去水去油处理；

4)喷砂处理，把上道工序处理好的基体板材放到喷砂箱内进行喷砂处理，检验喷砂处理后的基体板材表面质量，表面粗糙度控制在12.5～25之间，基体表面呈现出灰暗色，无光反射斑点或亮线，与下道工序的转换时间不得超过一小时，以防处理好的基体表面被氧化；

5)预涂涂层，将水溶性粘接剂和自熔性合金粉按1∶8～11的比例混合均匀后，采用冷预涂或热喷涂法涂到基体板材表面上形成预涂涂层，采用冷预涂时需加热烘干涂层；

6)熔覆涂层：对预涂涂层进行熔涂加热，本工序是利用高频电磁加热装置和专用卧式机床配合来完成的，电磁线圈置于冷却水盒内，带有预涂层的板材置于卧式机床的工作平台上，将线圈导磁体下表面与板材上表面之间的间隙调整到2.25mm+冷却水盒的底厚mm，高频设备的一档两档预热灯丝后高压接通，启动卧式机床的步进电机，当工件进入第二根线圈时接通电磁加热线圈进行加热，完成热熔；

7)产品的检验：用肉眼观察工件的加工表面有无类似于麻点的熔渣浮出，工件的边缘有无由于过熔造成的区域；

8)机加工：对工件进行机加工磨削，达到尺寸要求。

所述的去水去油处理方法为通过碱性水溶液去除板材表面上的油渍后加热烘干，溶液温度为50～60℃，烘干温度为200±10℃。

所述的去水去油处理方法用的碱性水溶液的配方重量百分比为：氢氧化钠1％，碳酸钠0.8％，十二烷基磺酸0.05％，余量为水。

所述的去水去油处理方法也可以采用氧-乙炔火焰烘烤，火焰温度：3000℃±100℃，烘烤时间：5～8分钟。

所述的喷砂处理的喷砂方式为射吸式喷砂，砂粒或磨料为棕刚玉，喷砂用的压缩空气压力为0.5～0.7MPa，喷砂距离为80～100mm，喷砂角度60～75度，喷砂时间7～9分钟。

作为一个实施例，所述的水溶性粘接剂为水玻璃，所述的自熔性合金粉为Ni基自熔性合金粉加重量百分比为10％～80％的碳化钨；所述的电磁加热装置的电磁振荡频率为200～250Hz，电磁振荡功率为100kW，输出加热功率为55kW；所述的电磁加热装置在加热接通时的高压为11kV，槽路电压为10kV，栅极电流为1A，阳极电流为5A。

用于上述的高强度耐磨金属复合板的制备方法的工艺装备，包括用于去水去油处理的碱液池、烘干箱、喷砂用的设备，其特征在于还包括用于预涂涂层的专用工装1(见图1、图2)、涂层烘干箱、用于熔覆涂层的专用卧式机床和加热设备，所述的专用卧式机床由机床的床体、装在此床体上的步进电机-变速箱、与变速箱相连接的工作平台的走行机构、装在此工作平台走行机构上的工作平台，所述的加热设备(见图3、图4)包括电磁加热线圈2及其电源、与此电磁加热线圈相配合的冷却水盒3。

所述的冷却水盒3(见图3、图4)由具有良好的绝缘性能、不导磁、高强度的材料制成。

例如，所述的冷却水盒3可由纯度为99％的氧化铝或碳化钨烧结成型，如图4所示，冷却水盒的盒底4的厚度为0.8～2.5mm。

试生产实践证明，采用本发明的工艺装备和方法，能够有效地生产出性能稳定、质量优良的高强度耐磨金属复合板，并且可以进行大规模的工业生产。采用本发明的制备方法也可以对回转体件(如轧辊、抽油杆柱塞、瓦套、曲轴等)进行复合涂层，以提高其表面强度、表面硬度、表面耐磨强度与抗腐蚀性能。

Claims (10)

1、一种高强度耐磨金属复合板的制备方法，其特征在于包括下述工艺过程：

1)原材料检验：检查基体板材表面质量，板材表面不得有明显的斑疤、裂纹、氧化锈蚀，

2)粗加工：把下好料的基体板材用饱床或铣床加工，尺寸公差达到规定要求，加工面的四棱角倒角2.5mm×45度，

3)去水去油处理，

4)喷砂处理：把上道工序处理好的基体板材放到喷砂箱内进行喷砂处理，检验喷砂处理后的基体板材表面质量，表面粗糙度控制在12.5～25之间，基体板材表面呈现出灰暗色，无光反射斑点或亮线，与下道工序的转换时间不得超过一小时，以防处理好的基体表面被氧化，

5)预涂涂层：将水溶性粘接剂和自熔性合金粉按1∶8～11的比例混合均匀后，采用冷预涂或热喷涂法涂到基体板材表面上形成预涂涂层，采用冷预涂时需加热烘干涂层，

6)熔覆涂层：对预涂涂层进行熔涂加热，本工序是利用高频电磁加热装置和专用卧式机床配合来完成的，电磁线圈置于冷却水盒内，带有预涂层的板材置于卧式机床的工作平台上，将线圈导磁体下表面与板材上表面之间的间隙调整到2.25mm+冷却水盒的底厚mm，高频设备的一档两档预热灯丝后高压接通，启动卧式机床的步进电机，当工件进入第二根线圈时接通电磁加热线圈进行加热，完成热熔，

7)产品的检验：用肉眼观察工件的加工表面有无类似于麻点的熔渣浮出，工件的边缘有无由于过熔造成的区域，

8)机加工：对工件进行机加工磨削，达到尺寸要求。

2，根据权利要求1所述的高强度耐磨金属复合板的制备方法，其特征在于所述的去水去油处理方法为通过碱性水溶液去除板材表面上的油渍后加热烘干，溶液温度为50～60℃，烘干温度为200±10℃。

3，根据权利要求2所述的高强度耐磨金属复合板的制备方法，其特征在于所述的去水去油处理方法用的碱性水溶液的配方重量百分比为：氢氧化钠1％，碳酸钠0.8％，十二烷基磺酸0.05％，余量为水。

4，据权利要求1所述的高强度耐磨金属复合板的制备方法，其特征在于所述的去水去油处理方法为采用氧-乙炔火焰烘烤，火焰温度：3000℃±100℃，烘烤时间：5～8分钟。

5，根据权利要求1所述的高强度耐磨金属复合板的制备方法，其特征在于所述的喷砂处理的喷砂方式为射吸式，砂粒或磨料为棕刚玉，喷砂用的压缩空气压力为0.5～0.7MPa，喷砂距离为80～100mm，喷砂角度60～75度，喷砂时间7～9分钟。

6，根据权利要求1所述的高强度耐磨金属复合板的制备方法，其特征在于所述的水溶性粘接剂为水玻璃，所述的自熔性合金粉为Ni基自熔性合金粉加重量百分比为10％～80％的碳化钨。

7，根据权利要求1所述的高强度耐磨金属复合板的制备方法，其特征在于所述的电磁加热装置的电磁振荡频率为200～250Hz，电磁振荡功率为100kW，输出加热功率为55kW。

8，根据权利要求1所述的高强度耐磨金属复合板的制备方法，其特征在于所述的电磁加热装置在加热接通时的高压为11kV，槽路电压为10kV，栅极电流为1A，阳极电流为5A。

9，一种用于权利要求1所述的高强度耐磨金属复合板的制备方法的工艺装备，包括用于去水去油处理的碱液池、烘干箱、喷砂用的设备，其特征在于还包括用于预涂涂层的专用工装、涂层烘干箱、用于熔覆涂层的专用卧式机床和加热设备，所述的专用卧式机床由机床的床体、装在此床体上的步进电机-变速箱、与变速箱相连接的工作平台的走行机构、装在此工作平台走行机构上的工作平台，所述的加热设备包括电磁加热线圈及其电源、与此电磁加热线圈相配合的冷却水盒，所述的冷却水盒由具有良好的绝缘性能、不导磁、高强度的材料制成。

10，根据权利要求9所述的用于高强度耐磨金属复合板的制备方法的工艺装备，其特征在于所述的水盒由纯度为99％的氧化铝或碳化钨烧结成型，水盒底的厚度为0.8～2.5mm。

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