CN207224719U - 带有模块化复合耐磨蚀层的金属构件 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于材料技术领域，具体涉及一种带有模块化复合耐磨蚀层的金属构件。该金属构件包括金属基材和耐磨蚀层，金属基材的耐磨蚀层安装面上设置有多个固定孔，耐磨蚀层包括多个耐磨蚀模块，每个耐磨蚀模块对应固定于耐磨蚀层安装面的一个或几个固定孔上，相邻的耐磨蚀模块之间以及耐磨蚀模块与金属基材之间的缝隙里充满耐磨蚀充填料。本实用新型采用耐磨蚀模块进行组合安装的手段替代了传统的整体耐磨蚀层的加装方式，化大模具为小模具、化复杂模具为简单模具，极大地降低了模具的制作难度和制造成本，同时延长了模具的使用寿命。

Description

带有模块化复合耐磨蚀层的金属构件

技术领域

本实用新型属于材料技术领域，具体涉及一种带有模块化复合耐磨蚀层的金属构件。

背景技术

磨蚀是磨损与腐蚀或气蚀同时作用而形成的一种较为特殊的腐蚀失效类型。相应的，耐磨蚀性是衡量材料使用性能的众多指标中非常重要的一项，特别是对于应用在带有高速流动的固体颗粒或腐蚀性流体的环境中的金属构件而言，其耐磨蚀性能的好坏关乎到整个器件的安全性、稳定性以及使用寿命。在矿产业的选矿、矿石制粉中选矿用泵、磨粉设备、输送管道、轴流风机以及火力发电厂用于煤粉转运的输送管道、用于煤粉加工的磨辊和磨盘、脱硫泵以及各种结构形式的砂浆泵、泥浆泵的泵体内壳和叶轮等等金属构件都对材料的耐磨蚀性提出了极高的要求。而为了提高各种金属构件的耐磨蚀性，较为有效的解决方案是在金属构件主要的存在磨蚀可能性的部位加装耐磨蚀层。

公布于2015年3月25日的发明专利CN104449211A提出了一种基于热固性树脂以及碳化硅颗粒的耐磨蚀层的制备工艺，该制备工艺主要是通过制作多级组合装配式模具，安装到金属基材或者金属构件上以后再充填耐磨蚀材料进而形成耐磨蚀层。公布于2015年5月20日的发明专利CN104626622A提出了一种在金属构件上加装复合耐磨蚀层的制备工艺，该制备工艺主要是针对形状复杂、体型小的工件设计了两级模具以便耐磨蚀材料在工件的翻边、翘角、曲缝、死角等处进行均匀填充。公布于2015年9月2日的发明专利申请CN104875362A提出了一种在管道内侧加装复合耐磨蚀层的制备工艺及制备工装，该制备工艺是先用模具制作抗磨蚀复合管，然后再将抗磨蚀复合管安装到管道内侧。公布于2015年7月29日的发明专利申请CN104802105A提出了一种在电磨磨辊套和/或泵芯的金属基材上加装复合耐磨蚀层的工艺及制备工装，该工艺及制备工装主要是在磨辊套和/或泵芯的金属基材上利用整体模具和分体模的配合加装结构陶瓷柱和耐磨蚀充填料以形成耐磨蚀层。公布于2016年10月26日的发明专利申请CN106050724A提出了一种内衬树脂碳化硅的脱硫泵及其制备方法，该脱硫泵主要是通过在泵壳以及叶轮上分别加装脂碳化硅材质的泵壳内衬以及叶轮衬的方式以达到增强耐磨蚀性的目的。

以上几种方案都可以在一定程度上提高应用于不同场合不同环境下的金属构件的耐磨蚀性，但是这些方案的实施都需要依赖于与相应金属构件的结构和形状相适配的模具，模具适配程度将对耐磨蚀层的形成产生决定性地影响。而且在一些转折点或者连接点部位的模具制作十分困难，同时也增加了耐磨蚀层的成型难度。

实用新型内容

本实用新型目的是克服现有技术中存在的上述问题，而提供了一种带有模块化复合耐磨蚀层的金属构件。

本实用新型的技术解决方案是：一种带有模块化复合耐磨蚀层的金属构件，包括金属基材和耐磨蚀层，其特殊之处在于：所述金属基材的耐磨蚀层安装面上设置有多个固定孔，所述耐磨蚀层包括多个耐磨蚀模块，每个耐磨蚀模块对应固定于耐磨蚀层安装面的一个或几个固定孔上，相邻的耐磨蚀模块之间以及耐磨蚀模块与金属基材之间的缝隙里充满耐磨蚀充填料。

进一步地，上述固定孔是用于安装螺栓的螺栓孔，所述耐磨蚀模块包括模块本体和位于模块本体上的安装孔，螺栓穿过安装孔后将耐磨蚀模块固定于固定孔上；所述安装孔内充满耐磨蚀充填料。

进一步地，上述耐磨蚀模块由结构陶瓷制成或者由耐磨蚀颗粒和热固性树脂的复合材料制成。

进一步地，上述结构陶瓷为氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷中的一种或多种的复合。

进一步地，上述耐磨蚀充填料是由耐磨蚀颗粒和热固性树脂混合构成。

进一步地，上述耐磨蚀颗粒为碳化硅颗粒、氧化铝颗粒或者氮化硅颗粒中的一种或几种的混合；所述热固性树脂为环氧树脂、改性环氧树脂、聚酰亚胺树脂、乙烯基树脂、改性乙烯基树脂或者酚醛树脂中的一种或几种的混合。

进一步地，上述耐磨蚀颗粒由三种不同粒径大小的颗粒混合而成，大颗粒的粒径大于700微米且小于或等于2000微米，中颗粒的粒径大于150微米且小于或等于700微米，小颗粒的粒径大于50微米且小于或等于150微米；其中，大颗粒的质量分数为25％～40％，中颗粒的质量分数为35～55％，小颗粒的质量分数为5～40％。

本实用新型还提供一种如上所述的带有模块化复合耐磨蚀层的金属构件的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)制作耐磨蚀模块；

1.1)根据金属构件的结构需要设计制作耐磨蚀模块的模具；

1.2)取三种不同粒径大小的耐磨蚀颗粒混合并装填入模具；

1.3)在真空环境下将混合有固化剂的热固性树脂注入模具固化制成带有安装孔的耐磨蚀模块；

2)制作金属基材并加装耐磨蚀模块；

2.1)金属基材成型，并在金属基材的耐磨蚀层安装面上设置多个固定孔；

2.2)使用固定件穿过耐磨蚀模块的安装孔后，将耐磨蚀模块固定于金属基材耐磨蚀层安装面的固定孔上；

3)在相邻的耐磨蚀模块之间、耐磨蚀模块的安装孔内的螺栓周围以及耐磨蚀模块与金属基材之间的缝隙里加填入耐磨蚀颗粒，将充满耐磨蚀颗粒的金属构件放置入成型腔中，注入热固性树脂并固化成型。

进一步地，步骤3)包括：

3.1)将混合好的三种不同粒径大小的耐磨蚀颗粒填充至相邻的耐磨蚀模块之间、耐磨蚀模块的安装孔内的螺栓周围以及耐磨蚀模块与金属基材之间的缝隙里；

3.2)先用带胶封闭材料封住所有填充了耐磨蚀颗粒的缝隙和孔，然后再用覆膜对整个金属构件进行封闭；

3.3)将金属构件放置入带有随形磨具的成型腔中；

3.4)在真空环境下将混合有固化剂的热固性树脂注入到金属构件上相邻的耐磨蚀模块之间、耐磨蚀模块的安装孔内的螺栓周围以及耐磨蚀模块与金属基材之间的缝隙里，使热固性树脂充满耐磨蚀颗粒之间的空隙；

3.5)根据所用的树脂和固化剂的不同对金属构件进行对应温度的加热，使耐磨蚀层中的热固性树脂固化成型；

3.6)固化成型完毕后，自然冷却至室温，拆除成型腔、随形模具并除去金属构件表面的带胶封闭材料和覆膜，完成带有模块化复合耐磨蚀层的金属构件的制备。

本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型采用耐磨蚀模块进行组合安装的手段替代了传统的整体耐磨蚀层的加装方式，化大模具为小模具、化复杂模具为简单模具，极大地降低了模具的制作难度和制造成本，同时延长了模具的使用寿命。

(2)本实用新型解决了由于模具大并且复杂而产生的耐磨蚀颗粒料装填不均匀造成的废品率高居不下的问题。

(3)本实用新型采用的耐磨蚀模块在成型时已经消除了热固性树脂固化时的固化收缩，因此消除了耐磨蚀层因热固性树脂固化收缩而产生的暗裂纹，有效地提高了产品质量。

(4)本实用新型的制作工艺比传统的制作工艺简单，从而提高了加装耐磨蚀层的生产工效、降低了生产成本。

(5)本实用新型在相邻的耐磨蚀模块、耐磨蚀模块的安装孔内的螺栓周围以及耐磨蚀模块与金属基材之间的缝隙里均充满耐磨蚀充填料，并采用先充填耐磨蚀颗粒再进行真空加注热固性树脂的方式，既保证了相邻耐磨蚀颗粒之间的刚性高强度接触，同时又可以确保热固性树脂可以充分填满耐磨蚀颗粒之间形成的空隙，极大地提高了抵抗大颗粒物撞击的能力。

(6)本实用新型能够将结构陶瓷耐磨蚀模块安装在构件的重要部位，其它部位安装由耐磨蚀颗粒和热固性树脂构成的耐磨蚀模块，组合制作成了性能接近于全部是结构陶瓷的构件，提高了构件的品质，同时降低造价。

(7)本实用新型中使用的耐磨蚀颗粒是由三种不同粒径大小的颗粒混合而成的，通过控制合适的质量配比可以充分降低相邻颗粒之间的空隙大小，在保证热固性树脂充填足量的前提下，尽量降低热固性树脂在耐磨蚀充填料内的质量占比，进而提高整体耐磨蚀能力。

附图说明

图1为本实用新型带有模块化复合耐磨蚀层的金属构件中耐磨蚀模块的较佳安装方式剖视图。

图2为本实用新型带有模块化复合耐磨蚀层的金属构件实施例一结构示意图(径向剖面视图)。

图3为本实用新型带有模块化复合耐磨蚀层的金属构件实施例一结构示意图(轴向剖面视图)。

图4为本实用新型带有模块化复合耐磨蚀层的金属构件实施例二结构示意图。

其中，附图标记为：1-磨辊，2-耐磨蚀层，3-耐磨蚀模块，4-耐磨蚀充填料，5-泵芯，6-螺栓，7-金属基材，8-固定孔，9-固定件，10-叶片。

具体实施方式

参见图1，本实用新型提供一种带有模块化复合耐磨蚀层的金属构件，包括金属基材7和耐磨蚀层2，金属基材7的耐磨蚀层安装面上设置有多个固定孔8。耐磨蚀层2包括多个耐磨蚀模块3，耐磨蚀模块3可以选用统一规格的结构陶瓷或者是由耐磨蚀颗粒和热固性树脂的复合材料制成，每个耐磨蚀模块3上均可以设置一个或者多个安装孔，固定件9穿过安装孔后进入固定孔8中，进而将耐磨蚀模块3紧密固定到金属基材7的耐磨蚀层安装面上。相邻的耐磨蚀模块之间以及耐磨蚀模块与金属基材之间的缝隙内均充满耐磨蚀充填料4，每个耐磨蚀模块3的安装孔内也充满耐磨蚀充填料4。

下面结合具体实施例对本实用新型的技术方案做详细说明。

实施例一

如图2和图3所示，本实施例是加装耐磨蚀层2的磨辊1的制作方法，该方法包括以下步骤：

1)制作耐磨蚀模块；

1.1)根据磨辊1的结构需要设计制作耐磨蚀模块3的模具；

1.2)取三种不同粒径大小的碳化硅颗粒作为耐磨蚀颗粒混合并装填入模具；其中，大颗粒的粒径大于700微米且小于或等于2000微米，占颗粒总质量的40％；中颗粒的粒径大于150微米且小于或等于700微米，占颗粒总质量的55％；小颗粒的粒径大于50微米且小于或等于150微米，占颗粒总质量的5％。

1.3)在真空环境下将混合有固化剂的环氧树脂注入模具固化制成带有安装孔的耐磨蚀模块；

2)制作磨辊并加装耐磨蚀模块；

2.1)磨辊成型，并在磨辊的耐磨蚀层安装面上设置多个固定孔；

2.2)使用固定件穿过耐磨蚀模块的安装孔后，将耐磨蚀模块固定于磨辊耐磨蚀层安装面的固定孔上；

3)在相邻的耐磨蚀模块之间、耐磨蚀模块的安装孔内的螺栓周围以及耐磨蚀模块与磨辊之间的缝隙里加填入耐磨蚀颗粒，将充满耐磨蚀颗粒的磨辊放置入成型腔中，注入环氧树脂并固化成型。这里所用的耐磨蚀颗粒与制作耐磨蚀模块所用的耐磨蚀颗粒相同。

步骤3)具体包括：

3.1)将混合好的三种不同粒径大小的耐磨蚀颗粒填充至相邻的耐磨蚀模块之间、耐磨蚀模块的安装孔内的螺栓周围以及耐磨蚀模块与磨辊之间的缝隙里；

3.2)先用带胶封闭材料封住所有填充了耐磨蚀颗粒的缝隙和孔，然后再用覆膜对整个磨辊进行封闭；

3.3)将磨辊放置入带有随形磨具的成型腔中；

3.4)在真空环境下将混合有固化剂的环氧树脂注入到磨辊上相邻的耐磨蚀模块之间、耐磨蚀模块的安装孔内的螺栓周围以及耐磨蚀模块与磨辊之间的缝隙里，使环氧树脂充满耐磨蚀颗粒之间的空隙；

3.5)将磨辊加热至90℃并保温2小时，使耐磨蚀层中的环氧树脂固化成型；

3.6)固化成型完毕后，自然冷却至室温，拆除成型腔、随形模具并除去磨辊表面的带胶封闭材料和覆膜，完成带有模块化复合耐磨蚀层的磨辊的制作。

实施例二

如图4所示，本实施例是加装耐磨蚀层2的泵芯5的制作方法，该方法包括以下步骤：

1)制作耐磨蚀模块；

1.1)根据泵芯5的结构需要设计制作耐磨蚀模块3的模具；

1.2)取三种不同粒径大小的氧化铝陶瓷颗粒作为耐磨蚀颗粒混合并装填入模具；其中，大颗粒的粒径大于700微米且小于或等于2000微米，占颗粒总质量的25％；中颗粒的粒径大于150微米且小于或等于700微米，占颗粒总质量的35％；小颗粒的粒径大于50微米且小于或等于150微米，占颗粒总质量的40％。

1.3)在真空环境下将混合有固化剂的乙烯基树脂注入模具固化制成带有安装孔的耐磨蚀模块；

2)制作带有叶片10的泵芯5，并加装耐磨蚀模块3；

2.1)带有叶片的泵芯成型，并在泵芯的耐磨蚀层安装面上设置多个固定孔；

2.2)使用固定件(本实施例中选用螺栓6)穿过耐磨蚀模块的安装孔后，将耐磨蚀模块固定于泵芯耐磨蚀层安装面的固定孔上；

3)在相邻的耐磨蚀模块之间、耐磨蚀模块的安装孔内的螺栓周围以及耐磨蚀模块与泵芯之间的缝隙里加填入耐磨蚀颗粒，将充满耐磨蚀颗粒的泵芯放置入成型腔中，注入乙烯基树脂并固化成型。这里所用的耐磨蚀颗粒与制作耐磨蚀模块所用的耐磨蚀颗粒相同。

步骤3)具体包括：

3.1)将混合好的三种不同粒径大小的耐磨蚀颗粒填充至相邻的耐磨蚀模块之间、耐磨蚀模块的安装孔内的螺栓周围以及耐磨蚀模块与泵芯之间的缝隙里；

3.2)先用带胶封闭材料封住所有填充了耐磨蚀颗粒的缝隙和孔，然后再用覆膜对整个泵芯进行封闭；

3.3)将泵芯放置入带有随形磨具的成型腔中；

3.4)在真空环境下将混合有固化剂的乙烯基树脂注入到泵芯上相邻的耐磨蚀模块之间、耐磨蚀模块的安装孔内的螺栓周围以及耐磨蚀模块与泵芯之间的缝隙里，使乙烯基树脂充满耐磨蚀颗粒之间的空隙；

3.5)将泵芯加热至130℃并保温1小时，使耐磨蚀层中的乙烯基树脂固化成型；

3.6)固化成型完毕后，自然冷却至室温，拆除成型腔、随形模具并除去泵芯表面的带胶封闭材料和覆膜，完成带有模块化复合耐磨蚀层的泵芯的制作。

实施例三

本实施例是内壁上加装耐磨蚀层的管道的制作方法，该方法包括以下步骤：

1)制作耐磨蚀模块；

1.1)根据管道的结构需要设计制作耐磨蚀模块的模具；

1.2)将耐磨蚀颗粒装填入模具；本实施例中的耐磨蚀颗粒是将粒径分布大于150微米且小于或等于700微米的碳化硅颗粒与粒径分布大于700微米且小于或等于2000微米的氧化铝陶瓷颗粒按照1:2的质量比例混合形成的。

1.3)在真空环境下将混合有固化剂的酚醛树脂注入模具固化制成带有安装孔的耐磨蚀模块；

2)制作管道并加装耐磨蚀模块；

2.1)管道成型，并在管道内壁的耐磨蚀层安装面上设置多个固定孔；

2.2)使用固定件穿过耐磨蚀模块的安装孔后，将耐磨蚀模块固定于管道内壁的固定孔上；

3)在相邻的耐磨蚀模块之间、耐磨蚀模块的安装孔内的螺栓周围以及耐磨蚀模块与管道内壁之间的缝隙里加填入耐磨蚀颗粒，将充满耐磨蚀颗粒的管道放置入成型腔中，注入酚醛树脂并固化成型。这里所用的耐磨蚀颗粒与制作耐磨蚀模块所用的耐磨蚀颗粒相同。

步骤3)具体包括：

3.1)将混合好的三种不同粒径大小的耐磨蚀颗粒填充至相邻的耐磨蚀模块之间、耐磨蚀模块的安装孔内的螺栓周围以及耐磨蚀模块与管道内壁之间的缝隙里；

3.2)先用带胶封闭材料封住所有填充了耐磨蚀颗粒的缝隙和孔，然后再用覆膜对整个管道进行封闭；

3.3)将管道放置入带有随形磨具的成型腔中；

3.4)在真空环境下将混合有固化剂的酚醛树脂注入到管道内壁上相邻的耐磨蚀模块之间、耐磨蚀模块的安装孔内的螺栓周围以及耐磨蚀模块与管道内壁之间的缝隙里，使酚醛树脂充满耐磨蚀颗粒之间的空隙；

3.5)将管道加热至180℃并保温2小时，使耐磨蚀层中的酚醛树脂固化成型；

3.6)固化成型完毕后，自然冷却至室温，拆除成型腔、随形模具并除去管道内壁表面的带胶封闭材料和覆膜，完成内壁加装有模块化复合耐磨蚀层的管道的制作。

Claims (2)

1.一种带有模块化复合耐磨蚀层的金属构件，包括金属基材和耐磨蚀层，其特征在于：所述金属基材的耐磨蚀层安装面上设置有多个固定孔，所述耐磨蚀层包括多个耐磨蚀模块，每个耐磨蚀模块对应固定于耐磨蚀层安装面的一个或几个固定孔上，相邻的耐磨蚀模块之间以及耐磨蚀模块与金属基材之间的缝隙里充满耐磨蚀充填料。

2.根据权利要求1所述的带有模块化复合耐磨蚀层的金属构件，其特征在于：所述固定孔是用于安装螺栓的螺栓孔，所述耐磨蚀模块包括模块本体和位于模块本体上的安装孔，螺栓穿过安装孔后将耐磨蚀模块固定于螺栓孔上；所述安装孔内充满耐磨蚀充填料。