[发明专利]一种旋流器钢套内衬耐磨复合层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋流器的制备，特别涉及一种旋流器钢套内衬耐磨复合层的制备方法。

背景技术

旋流器是在回转流中利用离心力进行分级、分离的设备，其结构参见图3，旋流器至少包括外层钢套3、进料口7、沉砂咀8和溢流管9。旋流器工作过程中，固-液二相流做强烈的旋转运动，在二相流剧烈的冲刷下，旋流器钢套的内壁面极易磨损，从而缩短了旋流器设备的使用寿命，并降低设备的分级、分离效果。因此，多种行业中对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钢套的内衬，以提高旋流器的使用性能。常用的内衬材料有高合金钢、铸铁、陶瓷和高分子聚合物等材料。合金钢内衬耐冲刷磨损性能差，使用寿命较短，且成本高。用自蔓延烧结的陶瓷内衬耐磨性好，但由于陶瓷为脆性材料，容易在运输、安装、使用过程中受冲击而发生脆性断裂，导致旋流器整体报废；另外陶瓷内衬高温烧结过程中，外层钢套受热变形较大，使材料内部产生很大应力而产生裂纹；自蔓延工艺条件要求严格，产品质量不稳定，且生产过程产生大量废气，不利于环保。高分子聚合物内衬旋流器，其内衬与钢套内壁结合性能差，内衬易发生剥离、脱落现象，使旋流器发生堵塞而严重影响设备正常工作，导致停工停产。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种旋流器钢套内衬耐磨复合层的制备方法，该方法制备的旋流器钢套内衬复合层由高耐磨柱/带状硬质相和基体金属复合而成，其综合性能优于合金钢、铸铁、陶瓷和高分子聚合物材料制备的旋流器钢套内衬，可使旋流器满足多种行业工况使用要求。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种旋流器钢套内衬耐磨复合层的制备方法，其特征在于，该方法制备的旋流器钢套内衬复合层由高耐磨柱/带状硬质相和基体金属复合而成，该内衬复合层的制备包括下列步骤：

步骤一，将合金粉芯丝/带材按照外层钢套的形状编制成合金粉芯丝/带材骨架，并通过绑扎和焊接的方法固定在外层钢套的内表面上，合金粉芯丝/带材骨架的实际体积占浇铸复合总体积的20％～80％；

步骤二，采用树脂砂按照铸造工艺要求制作外层钢套砂型，并将合金粉芯丝/带材骨架放入外层钢套砂型中；

步骤三，将用冶炼熔化的基体金属钢液浇铸于外层钢套砂型的型腔中，高温基体金属液对合金粉芯丝/带材骨架进行加热、烧结、溶渗甚至溶解，合金元素在基体金属液中进行短程扩散，原位形成分布均匀且与基体金属冶金结合的高硬度柱状硬质相；

步骤四，室温冷却，待金属液冷却凝固后，生成的高硬度柱状合金硬质相与基体金属冶金过渡结合融为一体，取出铸件，清砂处理，制得带有耐磨内衬复合层的旋流器钢套。

采用本发明制备的旋流器钢套内衬耐磨复合层具有以下优点：

1、由于采用合金粉芯丝/带材，内部填充合金粉末，在基体金属液的高温作用下，合金粉芯丝/带材中的合金粉末烧结、溶解、扩散，与基体金属液发生冶金化合反应，同时由于合金粉末的吸热作用，降低了局部的温度，缩短了结晶过程，阻碍了合金元素的进一步扩散，从而使合金元素在原位富集，晶粒显著细化，析出大量弥散的高硬度的硬质化合物，凝固后便形成了镶嵌在基体金属中的宏观上呈柱/带状的硬质相，并与基体金属形成良好的冶金过渡结合，界面结合牢固，解决了硬质相脱落、碎裂的难题，使耐磨性与韧性有机统一。

2、可根据具体使用工况，调整原生柱/带状硬质相的种类及其在基体金属中的分布和比例，最终得到不同性能组合的旋流器复合耐磨内衬，并且：①合金粉末成分和配比可调；②调整柱/带状硬质点的直径或形状大小，丝/带材尺寸可在毫米级到微米级范围内调整；③由于合金粉芯丝/带材具有良好柔软性，便于机械化编制成各种形式的丝/带材骨架结构，丝/带材均匀分布可控性好。

3、由于合金粉芯丝/带材不含粘结剂等杂质，因此不会产生夹渣气孔等缺陷，内部组织性能优良，明显优于一般的粉末冶金方法制备耐磨复合材料的组织结构。

4、柱/带状硬质点为整体原位反应生成，相界面达到冶金结合，材料组织致密且无明显缺陷，复合层抗拉强度和抗压强度性能优良。

5、内衬耐磨复合层和旋流器钢套内壁结合良好，避免了高分子有机物内衬在工作过程中出现脱落、堵塞现象。

6、本方法制备的旋流器钢套内衬耐磨复合层，其成型工艺可控性强、成品率高、生产质量稳定，便于大规模生产。

7、采用本方法制备的旋流器钢套内衬耐磨复合层，使旋流器的整体性能优良，显著优于内衬采用高合金钢、铸铁、陶瓷和高分子聚合物等材料制成的耐磨旋流器内衬。

附图说明