[发明专利]一种基于仿生设计的渣浆泵叶片表面非均匀强化方法

说明书

本发明属于渣浆泵技术领域，具体涉及一种基于仿生设计的渣浆泵叶片表面非均匀强化方法。该方法根据渣浆泵叶片在工作时，渣浆中不同尺寸的矿物颗粒，对泵轮叶片的不同位置的磨损量不同，在渣浆泵表面进行非均匀的仿生设计和加工。应用激光熔覆和激光熔凝加工技术，在渣浆泵叶轮的叶片表面制备条纹状不同硬度、间距、元素材料的仿生单元体。这些仿生单元体与叶轮母体共同组成了新的耐磨、抗疲劳表面，减轻了渣浆对叶轮的磨损，延长了叶轮的使用寿命，是一种绿色，高效的渣浆泵叶片表面强化方法。经过强化后的渣浆泵叶轮，较普通叶轮的使用寿命提高1‑1.5倍，且由于激光加工的作用，使叶轮表面的组织非常致密，耐腐蚀性也大大增强。

技术领域

本发明属于渣浆泵的表面强化技术领域，具体涉及一种基于仿生设计的渣浆泵叶片表面非均匀强化方法。

背景技术

渣浆泵通常是指通过借助泵的叶轮的旋转作用使固、液混合介质能量增加的一种机械，主要用于矿山、电厂、疏浚、冶金、化工、建材及石油等行业领域。渣浆泵的运行原理是，在离心力作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮边缘进入蜗型泵壳。在蜗型泵壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道，送至需要的场所。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。

在渣浆泵的叶轮运转过程中，由于受到高温高速并携带有硬质颗粒的矿浆浆料的冲刷，使得叶轮表面材料磨损严重，在如此严苛的工况条件下，叶轮的寿命非常短，需要频繁的更换以确保渣浆泵的可靠、运行稳定，而叶轮的频繁更换必然会造成生产的中断，大大的降低了生产效率，使生产节拍无法连续。由此，研究和开发耐磨材料来减少叶轮在使用过程中的磨损，延长渣浆泵叶轮的使用寿命是非常重要的课题，也是国内外技术人员研究的重要内容。

在现有技术中，先后采用了普通白口铁、镍硬铸铁和高铬铸铁Cr15Mo3等耐磨材质，现在陶瓷材料、奥贝铸铁ADI、高分子材料和含Cr20％以上的高铬铸铁等新型材料也开始被局部使用。但是，已经研制出的硬镍、高铬、锰铜等合金铸铁，还存在着以下几种缺陷：

1、低合金白口铸铁成本低，使用寿命相对较短；

2、硬镍铸铁，使用寿命长，但镍资源短缺，价格高，不能大量使用；

3、高铬铸铁，耐磨性高于合金白口铸铁，铬资源相对较丰富，性能价格比高，应用比较广泛；

4、奥贝球铁ADI，综合性能优良，其硬度低于高铬铸铁，有优良的铸造性能，热处理工艺简单，重量轻，只能用于小型渣浆泵；

5、复合材料，具有优良的耐磨性、耐蚀性及耐冲击性，同时还具有制造成本低的特点，但生产工艺相对复杂；

6、高分子材料，制备过程简单方便，节能，性能优越，但价格昂贵，生产成本会大幅度提升。

发明内容

针对现有技术所存在的上述不足，本发明目的是提供一种基于仿生设计的渣浆泵叶片表面非均匀强化方法，应用激光加工技术，可以使渣浆泵的叶轮克服现有硬度、强度不足，表面容易腐蚀的缺点，增强渣浆泵叶轮的综合强度和使用寿命，减少渣浆泵叶轮的更换频率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：所选的渣浆泵为市贩的高铬铸铁叶轮渣浆泵，叶轮的元素百分含量的组分组成：碳2.5—3.6％、铬25—35％、硅0.3—0.5％、铼0.02—0.04％、钼0.6—1.0％、铜0.6—0.8％、锰0.4—0.7％、镍0.6—0.8％、钨1.2—1.8％、硼0.03—0.05％、钛0.05—0.15％、钒0.05—0.15％，其余为铁。