專利名稱：一種等離子弧熔覆制備耐高溫磨損襯板的方法
技術領域：
本發明屬于機械加工工藝領域，具體說是涉及一種等離子弧熔覆制備耐高溫磨損襯板的方法。
背景技術：
隨著工業現代化的發展，高溫生產環境越來越多，比如冶金領域中的高爐、焦爐、連鑄生產系統，石化領域中的煉化、合成系統等，一般這些高溫場合工況溫度能達到800°以上，這種工況條件對工作中的高溫襯板提出了更高要求要求滿足耐高溫、抗氧化、耐磨損、耐高溫沖擊等性能。高溫襯板的選用直接影響到企業安全生產和連續生產的進行，還直接影響企業生產成本。目前國內主要的冶金企業、焦化企業、石化企業中，要求大于800°的耐高溫襯板需求量非常大。目前這類高溫襯板常選用單一材質，比如ZG35Cr24Ni7SiN、lCrl8Ni9Ti、耐熱不銹鋼等。但是這些材料均存在成本高，高溫抗氧化性能較差，特別是耐 高溫磨損和抗高溫沖擊性能比較低，導致高溫襯板的使用壽命低，影響企業連續生產，提高了生產成本。近年來，針對高溫襯板壽命低、成本高的問題，國內外開展了很多研究工作，但主要集中于單一材質的研究方面。由于單一材質在強度、韌性、硬度、耐高溫、抗磨損及抗氧化性等方面性能無法兼顧，所以開發出的單一材質高溫襯板在現場實際復雜高溫工況條件下，不是由于激冷激熱開裂，就是由于高溫氧化失效，還存在抗高溫磨損性能低，而且成本普遍高、可靠性低，無法滿足現代企業的需求。

發明內容
本發明的目的在于，提供一種等離子弧熔覆制備耐高溫磨損襯板的方法。采用高溫襯板，能夠滿足高溫磨損要求，具有良好抗氧化性能、耐激冷激熱性能、抗沖擊、易于加工，成本低廉等特點。為實現上述目的，本發明的一種等離子弧熔覆制備耐高溫磨損襯板的方法，包括
1、對金屬基材表面進行預處理；
2、根據金屬基材和工況要求，配制金屬基陶瓷顆粒增強型合金粉末，其中各成分的合金粉末質量百分比為=C O. I- O. 65%，Cr 10-25%, Ni 5_10%，余量為Al，進行混合；
3、將混合后的合金粉末與乳白膠按重量比為161混合攪拌，攪拌混合后的合金粉末具有一定粘度且無結塊，然后將混合的合金粉末均勻涂刷在金屬基材的表面，預涂層厚度為O. 8 2mm,自然干燥；
4、將帶有預涂層的金屬基材固定在等離子弧熔覆設備加工機床上，等離子弧對金屬基材表面預涂層進行單道掃描，等離子弧熔覆的工藝參數為工作電流為180 200A，工作電壓為18 20V，掃描寬度為4mm，掃描速度為25(T300mm/min，搭接率5%，噴嘴距離工件3mm,用気氣為保護和電離氣體,保護氣體量15L/min,電離氣體量llL/min,通過等離子弧的移動，在金屬基材表面均勻熔覆得到層厚度為O. 3 I. 5mm的熔覆層。在本發明中，在本發明中，所述的合金粉末的粒度為100 320目。在本發明中，所述的合金粉末采用機械式混粉器混合均勻。在本發明中，所述的金屬基材可以是鑄鋼、冷熱軋鋼板，要求金屬基材耐熱工作溫度達到800°以上。本發明利用在金屬基材表面預涂金屬基陶瓷顆粒增強型合金粉末，通過高能等離子弧加熱涂層，合金粉末涂層因吸收大量的熱能而快速熔化、分解、電離，并把部分熱量傳遞給金屬基材，使基材表面一薄層金屬同時被加熱到熔融狀態。熔化的合金粉末與金屬基材表面金屬形成共同的熔池，熔池以“液珠”的形式存在，熔池“液珠”在金屬表面張力、氣體動力、等離子弧吹力及重力的共同作用下，于金屬基材表面鋪展開來，氣體上浮，當等離子弧移開后，在基材和空氣的雙重作用下，快速凝固結晶，實現高性能合金粉末與基材的冶金結合。由于金屬基陶瓷顆粒熔點高，大部分在等離子弧作用下沒有熔化，均勻分布在合金·熔覆層中，在基材表面形成彌散分布的耐高溫磨損、抗氧化的合金層，明顯提高了高溫襯板的使用性能和壽命。本發明的方法制備的耐高溫磨損襯板，在金屬基材表面冶金結合形成具有特殊性能的金屬陶瓷層，獲得了高性能復合材料，使得襯板具有了優秀的高硬度、抗氧化、耐高溫等特性，同時以鑄鋼和冷熱軋鋼板為襯板基材，保證了良好的高溫抗沖擊能力，發揮了材料性能潛力。另外，本發明的耐高溫磨損襯板，具有理想的抗高溫磨粒磨損及硬面磨損性能。同時，金屬陶瓷層具有的抗氧化性能優秀，金屬基陶瓷層在高溫下形成鈍化膜，保護了基材金屬，防止其發生氧化，整體提高了高溫性能；金屬陶瓷層高溫性能穩定；加工性能良好，可以滿足不同尺寸和形狀要求。此外，本發明的等離子弧熔覆工藝可控性強，成本低，生產質量穩定，制備過程無污染，而且實施方便，便于大規模生產。
具體實施例方式下面將結合實施實例對本發明進一步說明。實施例I
首先噴砂辦法清除熱軋鋼板lCrl3金屬基材表面的銹蝕、油污、氧化皮等；根據金屬基材的特點和工況要求，配制金屬基陶瓷顆粒增強型合金粉末，其中各合金粉末成分的末質量百分比為C O. 1%, Cr 10%,Ni 5%，余量為Al，粒度為180目，采用機械式混粉器混合2小時，將混合后的合金粉末與乳白膠混合，然后將混合好的合金粉末均勻地涂刷在金屬基材表面，預涂層厚度為O. 8mm,自然干燥，將帶有預涂層的金屬基材固定在等離子弧熔覆設備加工機床上，等離子弧對金屬基材表面預涂層進行單道掃描，等離子弧熔覆的工藝參數為工作電流為180A，工作電壓為18V，掃描寬度為4_，掃描速度為300mm/min，搭接率5%，噴嘴距離工件3mm，用氬氣為保護和電離氣體，保護氣體量15L/min，電離氣體量llL/min，隨著等離子弧的移動，在金屬基材表面均勻熔覆合金粉末預涂層得到熔覆層，熔覆層厚度為O. 3mm。所制備的耐高溫磨損襯板，表面金屬陶瓷層光滑、無裂紋。實施例2
首先噴砂辦法清除熱軋鋼板2Crl3金屬基材表面的銹蝕、油污、氧化皮，根據金屬基材的特點和工況要求，配制金屬基陶瓷顆粒增強型合金粉末，其中各合金粉末成分的質量百分比為C O. 35%, Cr 15%,Ni 8%，余量為Al，粒度為180目，采用機械式混粉器混合2小時，將混合后的合金粉末與乳白膠混合，然后將混合好的合金粉末均勻涂刷在金屬基材表面，預涂層厚度為1mm，自然干燥，將帶有預涂層的金屬基材固定在等離子弧熔覆設備加工機床上，等離子弧對金屬基材表面預涂層進行單道掃描，等離子弧熔覆的工藝參數為工作電流為180A，工作電壓為18V，掃描寬度為4mm，掃描速度為290mm/min，搭接率5%，噴嘴距離工件3mm，用氬氣為保護和電離氣體，保護氣體量15L/min，電離氣體量llL/min，隨著等離子弧的移動，在金屬基材表面均勻熔覆合金粉末預涂層得到熔覆層，熔覆層厚度為O. 5mm。所制備的耐高溫磨損襯板，表面金屬陶瓷層光滑、無裂紋。實施例3
首先噴砂辦法清除熱軋鋼板2Crl3金屬基材表面的銹蝕、油污、氧化皮，根據金屬基材的特點和工況要求，配制金屬基陶瓷顆粒增強型合金粉末，其中各合金粉末成分的質量百分比為C 0.4%，Cr 25%,Ni 10%，余量為Al，粒度為230目，采用機械式混粉器混合2小時，將混合后的合金粉末與乳白膠混合，然后將混合好的合金粉末均勻涂刷在金屬基材表面，預涂層厚度為1.5mm，自然干燥將帶有預涂層的金屬基材固定在等離子弧熔覆設備加工機 床上，等離子弧對金屬基材表面預涂層進行單道掃描，等離子弧熔覆的工藝參數為工作電流為190A，工作電壓為19V，掃描寬度為4mm，掃描速度為260mm/min，搭接率5%，噴嘴距離工件3mm，用氬氣為保護和電離氣體，保護氣體量15L/min，電離氣體量llL/min，隨著等離子弧的移動，在金屬基材表面均勻熔覆合金粉末預涂層得到熔覆層，熔覆層厚度為1mm。所制備的耐高溫磨損襯板，表面金屬陶瓷層光滑、無裂紋。實施例4
首先噴砂辦法清除熱軋鋼板lCrl3金屬基材表面的銹蝕、油污、氧化皮等；根據金屬基材的特點和工況要求，配制金屬基陶瓷顆粒增強型合金粉末，其中各合金粉末成分的質量百分比為C O. 25%，Cr 15%，Ni 7%，余量為Al，粒度為150目，采用機械式混粉器混合I小時，將混合后的合金粉末與乳白膠混合，然后將混合好的合金粉末均勻涂刷在金屬基材表面，預涂層厚度為2mm，自然干燥，將帶有預涂層的金屬基材固定在等離子弧熔覆設備加工機床上，等離子弧對金屬基材表面預涂層進行單道掃描，等離子弧熔覆的工藝參數為工作電流為200A，工作電壓為20V，掃描寬度為4mm，掃描速度為250mm/min，搭接率5%，噴嘴距離工件3mm，用氬氣為保護和電離氣體，保護氣體量15L/min，電離氣體量llL/min，隨著等離子弧的移動，在金屬基材表面均勻熔覆合金粉末預涂層得到熔覆層，熔覆層厚度為
I.5mm。所制備的耐高溫磨損襯板，表面金屬陶瓷層光滑、無裂紋。實施例5
首先噴丸辦法清除ZGlCrl3金屬基材表面的銹蝕、氧化皮等，根據金屬基材的特點和工況要求，配制金屬基陶瓷顆粒增強型合金粉末，其中各合金粉末成分的質量百分比為CO. 5%，Cr 20%, Ni 8%，余量為Al，粒度為100目，采用機械式混粉器混合I. 5小時，將混合后的合金粉末與乳白膠混合，然后將混合好的合金粉末均勻涂刷在金屬基材表面，預涂層厚度為1.5_，自然干燥，將帶有預涂層的金屬基材固定在等離子弧熔覆設備加工機床上，等離子弧對金屬基材表面預涂層進行單道掃描，等離子弧熔覆的工藝參數為工作電流為190A，工作電壓為19V，掃描寬度為4mm，掃描速度為25(T300mm/min，搭接率5%，噴嘴距離工件3mm，用氬氣為保護和電離氣體，保護氣體量15L/min，電離氣體量llL/min，隨著等離子弧的移動，在金屬基材表面均勻熔覆合金粉末預涂層得到熔覆層，熔覆層厚度為1mm。所制備的耐高溫磨損襯板，表面金屬陶瓷層光滑、無裂紋。實施例6
首先噴丸辦法清除ZG2Crl3金屬基材表面的銹蝕、油污、氧化皮等；根據金屬基材的特點和工況要求，配制金屬基陶瓷顆粒增強型合金粉末，其中各合金粉末成分的質量百分比為C O. 65%，Cr 25%，Ni 10%，余量為Al，粒度為320目，采用機械式混粉器混合I小時，將混合后的合金粉末與乳白膠混合，然后將混合好的合金粉末均勻涂刷在金屬基材表面，預涂層厚度為1mm，自然干燥，將帶有預涂層的金屬基材固定在等離子弧熔覆設備加工機床上，等離子弧對金屬基材表面預涂層進行單道掃描，等離子弧熔覆的工藝參數為工作電流為200A，工作電壓為120V，掃描寬度為4mm，掃描速度為250mm/min，搭接率5%，噴嘴距離工件3mm，用氬氣為保護和電離氣體，保護氣體量15L/min，電離氣體量llL/min，隨著等離子弧的移動，在金屬基材表面均勻熔覆合金粉末預涂層得到熔覆層，熔覆層厚度為
O.5mm。所制備的耐高溫磨損襯板，表面金屬陶瓷層光滑、無裂紋。實施例7·
首先噴砂辦法清除鋼板lCrl8Ni9Ti金屬基材表面的銹蝕、油污、氧化皮，根據金屬基材的特點和工況要求，配制金屬基陶瓷顆粒增強型合金粉末，其中各合金粉末成分的質量百分比為C O. 18%，Cr 12%，Ni 6%，余量為Al，粒度為120目，采用機械式混粉器混合2小時，將混合后的合金粉末與乳白膠混合，然后將混合好的合金粉末均勻涂刷在金屬基材表面，預涂層厚度為O. 9mm,自然干燥，將帶有預涂層的金屬基材固定在等離子弧熔覆設備加工機床上，等離子弧對金屬基材表面預涂層進行單道掃描，等離子弧熔覆的工藝參數為工作電流為180A，工作電壓為18V，掃描寬度為4mm，掃描速度為270mm/min，搭接率5%，噴嘴距離工件3mm，用氬氣為保護和電離氣體，保護氣體量15L/min，電離氣體量llL/min，隨著等離子弧的移動，在金屬基材表面均勻熔覆合金粉末預涂層得到熔覆層，熔覆層厚度為
O.4mm。所制備的耐高溫磨損襯板，表面金屬陶瓷層光滑、無裂紋。實施例8
首先噴砂辦法清除鋼板316L金屬基材表面的銹蝕、油污、氧化皮，根據金屬基材的特點和工況要求，配制金屬基陶瓷顆粒增強型合金粉末，其中各合金粉末成分的質量百分比為C O. 22%, Cr 18%,Ni 8%，余量為Al，粒度為300目，采用機械式混粉器混合I. 5小時，將混合后的合金粉末與乳白膠混合，然后將混合好的合金粉末均勻涂刷在金屬基材表面，預涂層厚度為I. 2mm,自然干燥，將帶有預涂層的金屬基材固定在等離子弧熔覆設備加工機床上，等離子弧對金屬基材表面預涂層進行單道掃描，等離子弧熔覆的工藝參數為工作電流為190A，工作電壓為19V，掃描寬度為4mm，掃描速度為260mm/min，搭接率5%，噴嘴距離工件3mm，用氬氣為保護和電離氣體，保護氣體量15L/min，電離氣體量llL/min，隨著等離子弧的移動，在金屬基材表面均勻熔覆合金粉末預涂層得到熔覆層，熔覆層厚度為O. 7mm。所制備的耐高溫磨損襯板，表面金屬陶瓷層光滑、無裂紋。
權利要求
1.一種等離子弧熔覆制備耐高溫磨損襯板的方法，其方法步驟包括 (1)對金屬基材表面進行銹蝕、油污、氧化皮清除預處理； (2)根據金屬基材和工況要求，配制金屬基陶瓷顆粒增強型合金粉末，其中各合金粉末成分的質量百分比為=C O. I- O. 65%，Cr 10-25%, Ni 5_10%，余量為Al，進行混合； (3)將混合后的合金粉末與乳白膠按重量比為161混合攪拌，攪拌混合后的合金粉末具有一定粘度且無結塊，然后將混合的合金粉末均勻涂刷在金屬基材的表面，預涂層厚度為O. 8 2mm,自然干燥； (4)將帶有預涂層的金屬基材固定在等離子弧熔覆設備加工機床上，等離子弧對金屬基材表面預涂層進行單道掃描，等離子弧熔覆的工藝參數為工作電流為180 200A，工作電壓為18 20V，掃描寬度為4mm，掃描速度為25(T300mm/min，搭接率5%，噴嘴距離工件3mm,用気氣為保護和電離氣體,保護氣體量15L/min,電離氣體量llL/min,通過等離子弧的移動，在金屬基材表面均勻熔覆得到層厚度為O. 3 I. 5mm的熔覆層。
2.根據權利要求I所述的等離子弧熔覆制備耐高溫磨損襯板的方法，其特征在于，所述合金粉末的粒度為100 320目。
3.根據權利要求I所述的等離子弧熔覆制備耐高溫磨損襯板的方法，其特征在于，所述的合金粉末采用機械式混粉器混合均勻。
4.根據權利要求I所述的等離子弧熔覆制備耐高溫磨損襯板的方法，其特征在于，所述的金屬基材可以是鑄鋼、冷熱軋鋼板，要求金屬基材耐熱工作溫度達到800°以上。
全文摘要
本發明公開了一種等離子弧熔覆制備耐高溫磨損襯板的方法，其方法步驟包括清除金屬基材表面的銹蝕、油污、氧化皮，根據金屬基材和工況要求，配制金屬基陶瓷顆粒增強型合金粉末，將混合后的合金粉末與乳白膠混合，然后將混合好的合金粉末均勻涂刷在金屬基材的表面，預涂層厚度為0.8~2mm，自然干燥，將帶有預涂合層的金屬基材固定在等離子弧熔覆設備加工機床上，等離子弧對金屬基材表面預涂層進行單道掃描，隨著等離子弧的移動，在金屬基材表面均勻熔覆得到熔覆厚度為0.3～1.5mm的熔覆層。本發明所制備的耐高溫復合襯板，具有成本低，質量穩定，適合大規模生產，可滿足現場高溫磨損工況的需要，有效提高了襯板使用壽命。
文檔編號C23C24/10GK102912339SQ20121038923
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月15日 優先權日2012年10月15日
發明者趙明鷹 申請人:秦皇島格瑞得節能技術服務有限公司