專利名稱：一種旋流器鋼套內(nèi)襯耐磨復合層的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種旋流器的制備，特別涉及一種旋流器鋼套內(nèi)襯耐磨復合 層的制備方法。
背景技術：
旋流器是在回轉流中利用離心力進行分級、分離的設備，其結構參見圖
3，旋流器至少包括外層鋼套3、進料口7、沉砂咀8和溢流管9。旋流器工 作過程中，固-液二相流做強烈的旋轉運動，在二相流劇烈的沖刷下，旋流 器鋼套的內(nèi)壁面極易磨損，從而縮短了旋流器設備的使用壽命，并降低設備 的分級、分離效果。因此，多種行業(yè)中對旋流器耐磨性能要求都很高。而通 常做法是采用耐磨材料制作旋流器鋼套的內(nèi)襯，以提高旋流器的使用性能。 常用的內(nèi)襯材料有高合金鋼、鑄鐵、陶瓷和高分子聚合物等材料。合金鋼內(nèi) 襯耐沖刷磨損性能差，使用壽命較短，且成本高。用自蔓延燒結的陶瓷內(nèi)襯 耐磨性好，但由于陶瓷為脆性材料，容易在運輸、安裝、使用過程中受沖擊 而發(fā)生脆性斷裂，導致旋流器整體報廢；另外陶瓷內(nèi)襯高溫燒結過程中，外 層鋼套受熱變形較大，使材料內(nèi)部產(chǎn)生很大應力而產(chǎn)生裂紋；自蔓延工藝條 件要求嚴格，產(chǎn)品質量不穩(wěn)定，且生產(chǎn)過程產(chǎn)生大量廢氣，不利于環(huán)保。高 分子聚合物內(nèi)襯旋流器，其內(nèi)襯與鋼套內(nèi)壁結合性能差，內(nèi)襯易發(fā)生剝離、 脫落現(xiàn)象，使旋流器發(fā)生堵塞而嚴重影響設備正常工作，導致停工停產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種旋 流器鋼套內(nèi)襯耐磨復合層的制備方法，該方法制備的旋流器鋼套內(nèi)襯復合層 由高耐磨柱/帶狀硬質相和基體金屬復合而成，其綜合性能優(yōu)于合金鋼、鑄鐵、陶瓷和高分子聚合物材料制備的旋流器鋼套內(nèi)襯，可使旋流器滿足多種
行業(yè)工況使用要求。
為了實現(xiàn)上述任務，本發(fā)明采取如下的技術解決方案 一種旋流器鋼套內(nèi)襯耐磨復合層的制備方法，其特征在于，該方法制備
的旋流器鋼套內(nèi)襯復合層由高耐磨柱/帶狀硬質相和基體金屬復合而成，該
內(nèi)襯復合層的制備包括下列步驟
步驟一，將合金粉芯絲/帶材按照外層鋼套的形狀編制成合金粉芯絲/
帶材骨架，并通過綁扎和焊接的方法固定在外層鋼套的內(nèi)表面上，合金粉芯
絲/帶材骨架的實際體積占澆鑄復合總體積的20% 80%;
步驟二，采用樹脂砂按照鑄造工藝要求制作外層鋼套砂型，并將合金粉 芯絲/帶材骨架放入外層鋼套砂型中；
步驟三，將用冶煉熔化的基體金屬鋼液澆鑄于外層鋼套砂型的型腔中， 高溫基體金屬液對合金粉芯絲/帶材骨架進行加熱、燒結、溶滲甚至溶解， 合金元素在基體金屬液中進行短程擴散，原位形成分布均勻且與基體金屬冶
金結合的高硬度柱狀硬質相;
步驟四，室溫冷卻，待金屬液冷卻凝固后，生成的高硬度柱狀合金硬質 相與基體金屬冶金過渡結合融為一體，取出鑄件，清砂處理，制得帶有耐磨 內(nèi)襯復合層的旋流器鋼套。
采用本發(fā)明制備的旋流器鋼套內(nèi)襯耐磨復合層具有以下優(yōu)點 1、由于采用合金粉芯絲/帶材，內(nèi)部填充合金粉末，在基體金屬液的高 溫作用下，合金粉芯絲/帶材中的合金粉末燒結、溶解、擴散，與基體金屬 液發(fā)生冶金化合反應，同時由于合金粉末的吸熱作用，降低了局部的溫度， 縮短了結晶過程，阻礙了合金元素的進一步擴散，從而使合金元素在原位富 集，晶粒顯著細化，析出大量彌散的高硬度的硬質化合物，凝固后便形成了 鑲嵌在基體金屬中的宏觀上呈柱/帶狀的硬質相，并與基體金屬形成良好的冶金過渡結合，界面結合牢固，解決了硬質相脫落、碎裂的難題，使耐磨性 與韌性有機統(tǒng)一。
2、 可根據(jù)具體使用工況，調(diào)整原生柱/帶狀硬質相的種類及其在基體金 屬中的分布和比例，最終得到不同性能組合的旋流器復合耐磨內(nèi)襯，并且 ①合金粉末成分和配比可調(diào)；②調(diào)整柱/帶狀硬質點的直徑或形狀大小，絲/ 帶材尺寸可在毫米級到微米級范圍內(nèi)調(diào)整；③由于合金粉芯絲/帶材具有良 好柔軟性，便于機械化編制成各種形式的絲/帶材骨架結構，絲/帶材均勻分 布可控性好。
3、 由于合金粉芯絲/帶材不含粘結劑等雜質，因此不會產(chǎn)生夾渣氣孔等 缺陷，內(nèi)部組織性能優(yōu)良，明顯優(yōu)于一般的粉末冶金方法制備耐磨復合材料 的組織結構。
4、 柱/帶狀硬質點為整體原位反應生成，相界面達到冶金結合，材料組 織致密且無明顯缺陷，復合層抗拉強度和抗壓強度性能優(yōu)良。
5、 內(nèi)襯耐磨復合層和旋流器鋼套內(nèi)壁結合良好，避免了高分子有機物 內(nèi)襯在工作過程中出現(xiàn)脫落、堵塞現(xiàn)象。
6、 本方法制備的旋流器鋼套內(nèi)襯耐磨復合層，其成型工藝可控性強、 成品率高、生產(chǎn)質量穩(wěn)定，便于大規(guī)模生產(chǎn)。
7、 采用本方法制備的旋流器鋼套內(nèi)襯耐磨復合層，使旋流器的整體性 能優(yōu)良，顯著優(yōu)于內(nèi)襯采用高合金鋼、鑄鐵、陶瓷和高分子聚合物等材料制 成的耐磨旋流器內(nèi)襯。


圖l為合金粉芯絲/帶材的結構示意圖； 圖2三維骨架編織體的結構示意圖3本發(fā)明制備的柱狀硬質相復合內(nèi)襯耐磨旋流器結構示意圖； 圖4是圖3 A-A剖視圖；圖5是圖3中I部放大圖； 圖6是圖3中II部放大圖7本發(fā)明工藝流程圖
下面結合附圖和發(fā)明人給出的實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
具體實施例方式
參見附圖，按照本發(fā)明的技術方案，首先制備一定直徑和合金粉末配比 的合金粉芯絲/帶材l (圖l)，以一定尺寸和一定比例的合金芯絲/帶材l編
織成旋流器鋼套形狀的合金粉芯絲/帶材骨架2，并通過綁扎或焊接的方法將 合金粉芯絲/帶材骨架2固定在外層鋼套3的內(nèi)表面，其中，合金粉芯絲/帶材 骨架2的實際體積占澆鑄復合總體積的20% 80%;
采用樹脂砂按照鑄造工藝要求制作外層鋼套砂型，并將合金粉芯絲/帶
材骨架2放入外層鋼套砂型中；可采用離心、擠壓或砂型澆鑄的方法，將冶
煉熔化的基體金屬5澆鑄于外層鋼套砂型的型腔中，利用基體金屬5鋼液的高 溫，對合金粉芯絲/帶材骨架進行加熱、燒結、溶滲甚至溶解，合金粉中的 金屬元素在基體金屬鋼液中進行擴散，在基體金屬中形成分布均勻且實現(xiàn)冶 金結合的高硬度柱/帶狀硬質相，室溫冷卻，待金屬液冷卻凝固后，生成的 高硬度柱狀合金硬質相與基體金屬冶金過渡結合融為一體，取出鑄件，清砂 處理，從而形成以高韌性高強度的金屬為基體、內(nèi)含一定數(shù)量、分布均勻且 相界面達到冶金結合的旋流器鋼套耐磨復合內(nèi)襯4。
合金粉芯絲/帶材l的截面可為圓形或方形(圓截面直徑范圍①2mm OlOmm，方形截面邊長范圍2mm-10iran，長方形截面尺寸由絲材壓制成相應帶 材截面形狀決定)，包裹合金粉末的低碳鋼管皮壁厚為O. 1 lmm;芯部為粒 度為50 300目的合金粉末。
合金粉芯絲/帶材l芯部裝入的合金粉末由高碳鉻鐵粉構成，根據(jù)需要可 添加鉬鐵粉、鎢鐵粉、硅鐵粉、錳鐵粉等合金粉。合金粉末也可以由碳化鎢、碳化硅、碳化鈦、氧化鋁、氮化硅、氮化鈦 粉末中的一種或幾種構成。
基體金屬是高錳鋼、低碳鋼、合金鋼、灰口鑄鐵、球墨鑄鐵等公知的 鑄鋼或鑄鐵中的一種。
以下是發(fā)明人給出的實施例，但本發(fā)明并不限于以下實施例。 實施例制備高鉻合金為硬質相、A3鋼為基體的旋流器鋼套內(nèi)襯耐磨復合層
1、 將合金粉包裹于低碳鋼管皮中，形成合金粉芯絲/帶材l，選擇合金 粉芯絲/帶材1直徑為3mm;裝入的合金粉末為高碳鉻鐵粉，粒度100 150 目；將合金粉芯絲/帶材編織成三維的合金粉芯絲/帶材骨架2;
2、 將合金粉芯絲/帶材骨架2通過綁扎和焊接方式固定在外層鋼套3 的內(nèi)壁上；
3、 采用樹脂砂按照鑄造工藝要求制作外層鋼套砂型，并將合金粉芯絲 材骨架2放入外層鋼套砂型中待澆鑄；
4、 選用A3鋼作為基體金屬5，將基體金屬5用中頻爐冶煉熔化后，達 到160(TC出爐，通過砂型鑄造的方法，將高溫熔融的基體金屬5鋼液，澆 入合金粉芯絲材骨架2中。利用鋼液的高溫，對合金粉芯絲材骨架2中的合 金粉芯絲/帶材1進行加熱、燒結、溶滲甚至溶解，合金粉的金屬元素在鋼 液中進行擴散，在基體金屬5中形成分布均勻且實現(xiàn)冶金結合的高硬度柱狀 硬質相6，從而形成以高韌性高強度的A3鋼為基體5、內(nèi)含一定數(shù)量并分布 均勻的硬質相6且相界面達到冶金結合的復合耐磨內(nèi)襯4的旋流器鋼套(圖 5、圖6)。
5、 澆鑄完畢后以室溫冷卻，待鑄件冷卻至一定溫度后取出；對鑄件表 面進行處理以及必要的機加工，達到尺寸精度要求。
將上述處理后的帶有復合內(nèi)襯4的旋流器鋼套3通過焊接或螺栓聯(lián)接等 方式與進料口7、沉砂咀8和溢流管9形成整體，從而得到帶有原生柱/帶狀合金硬質相復合耐磨內(nèi)襯的旋流器。
當然，根據(jù)實際需要，合金粉末也可以選擇高碳鉻鐵粉與鉬鐵粉、鎢鐵 粉、硅鐵粉、錳鐵粉的混合物。
按照不同的需求，合金粉末還可以選擇碳化硅、碳化鈦、氧化鋁、氮化 硅或氮化鈦粉末中的一種或幾種混合物。
上述實施例中，按照不同的需求，基體金屬3還可以選擇灰口鑄鐵或球 墨鑄鐵，均能夠制成合格的旋流器鋼套內(nèi)襯耐磨復合層。
權利要求
1、一種旋流器鋼套內(nèi)襯耐磨復合層的制備方法，其特征在于，該方法制備的旋流器鋼套內(nèi)襯復合層由高耐磨柱/帶狀硬質相和基體金屬復合而成，該內(nèi)襯復合層的制備包括下列步驟步驟一，將合金粉芯絲/帶材按照外層鋼套的形狀編制成合金粉芯絲/帶材骨架，并通過綁扎和焊接的方法固定在外層鋼套的內(nèi)表面上，合金粉芯絲/帶材骨架的實際體積占澆鑄復合總體積的20％～80％；步驟二，采用樹脂砂按照鑄造工藝要求制作外層鋼套砂型，并將合金粉芯絲/帶材骨架放入外層鋼套砂型中；步驟三，將用冶煉熔化的基體金屬鋼液澆鑄于外層鋼套砂型的型腔中，高溫基體金屬液對合金粉芯絲/帶材骨架進行加熱、燒結、溶滲甚至溶解，合金元素在基體金屬液中進行短程擴散，原位形成分布均勻且與基體金屬冶金結合的高硬度柱狀硬質相；步驟四，室溫冷卻，待金屬液冷卻凝固后，生成的高硬度柱狀合金硬質相與基體金屬冶金過渡結合融為一體，取出鑄件，清砂處理，制得帶有耐磨內(nèi)襯復合層的旋流器鋼套。
2、 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的合金粉芯絲/帶材截 面為圓形或方形或長方形，其中圓形直徑范圍O)2mra-①10mm，方形截面邊長 范圍2mm-10mm;長方形截面尺寸由絲材壓制成相應帶材截面形狀決定；包 裹合金粉末的低碳鋼管皮壁厚為0.1mm lmm，合金粉芯絲材的芯部灌裝有 合金粉末，粒度為50目 300目。
3. 如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述的合金粉末為碳化鎢、 碳化硅、碳化鈦、氧化鋁、氮化硅或氮化鈦粉末中的一種或幾種混合物。
4. 如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述的合金粉末為高碳鉻 鐵粉，或者是高碳絡鐵粉與鉬鐵粉、鎢鐵粉、硅鐵粉、錳鐵粉的混合物。
5、 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述的基體金屬是鑄鋼或 鑄鐵。
6、 如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述的鑄鋼是高錳鋼、低 碳鋼或合金鋼。
7、 如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述的鑄鐵是灰口鑄鐵或 球墨鑄鐵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種旋流器鋼套內(nèi)襯耐磨復合層的制備方法，該方法制備的旋流器鋼套內(nèi)襯復合層由高耐磨柱/帶狀硬質相和基體金屬復合而成，具體方法是將合金粉芯絲材編制成合金粉芯絲/帶材骨架，利用高溫基體金屬鋼液的熱量，對編制的合金粉芯絲材骨架進行鑄滲、燒結或溶化，合金粉芯絲材中的合金元素在高溫基體金屬鋼液熱量下進行短程擴散，在原位生成高度彌散的高硬度柱狀合金硬質相；室溫冷卻，制得帶有耐磨內(nèi)襯復合層的旋流器鋼套，其綜合性能優(yōu)于合金鋼、鑄鐵、陶瓷和高分子聚合物材料制備的旋流器鋼套內(nèi)襯，可使旋流器滿足多種行業(yè)工況使用要求。
文檔編號B22D19/08GK101412097SQ200810232549
公開日2009年4月22日 申請日期2008年12月3日 優(yōu)先權日2008年12月3日
發(fā)明者付永紅, 劉文剛, 岑啟宏, 彭建洪, 宏 武, 王永平, 許云華 申請人:西安建筑科技大學