一種防腐蝕高韌性耐磨鑄段的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鑄段技術領域，尤其涉及一種防腐蝕高韌性耐磨鑄段。
【背景技術】
[0002]隨著工業的發展，磨機的應用也趨于廣泛，鑄段是磨機設備研磨物料介質，通過磨機鑄段之間、鑄段與物料之間的碰撞摩擦產生磨削作用，從而將物料的粒徑進一步減小。現有技術中常見的合金鑄段，以高于鍛造鑄段的耐磨性能廣泛應用于建材、礦山、電力等行業。工業用鑄段長期工作于200-300°C的沖擊物料磨損環境中，研磨體沖擊頻率高，磨損嚴重。而低鉻、低錳、中碳鑄造磨段韌性高，導熱性好，但由于硬度較低，磨損性能較差，消耗大。若采用高鉻鑄段，雖然可以提高鑄段的硬度，但由于在選礦業的磨機是水磨，除了會產生化學腐蝕，在研磨當中，由于鑄段含鉻量較高，內部出現電位差，產生電，在水的媒介導電條件下出現電化學腐蝕，使用效果也不理想，因此，礦山磨機用鑄段的改造是本領域亟待解決的一個問題。
[0003]現存的鑄段在耐磨性、硬度、韌性以及耐腐蝕方面性能欠佳，不能滿足現在社會的要求。有鑒于上述鑄段存在的缺陷，因此，要求鑄段既要有高的耐磨性、硬度和好的韌性，還要求鑄段的耐腐性要良好，這就對鑄段的成分和表面處理工藝提出了更高等級的要求。
【發明內容】
[0004]基于【背景技術】存在的技術問題，本發明提出了一種防腐蝕高韌性耐磨鑄段，可在多種環境下使用，具有良好的耐腐蝕和耐磨性，硬度可達70HRC以上，沖擊韌性可達7J/cm2，滿足實際使用過程中對鑄段的要求。
[0005]本發明提出的一種防腐蝕高韌性耐磨鑄段，按照如下步驟制得:
[0006]S1、熔煉:將生鐵、廢鋼加入到高頻感應熔煉爐中，并加熱至1500-1560°C，保溫20-45min后加入鉻鐵合金、紫銅、硅鈣合金、錳鐵和鉬鐵，待完全熔化后加入硼鐵和釩鐵，升溫至1560-1600°C，保溫10-20min后加入鎂錠、鋁錠、鋯錠和鈦錠，各原料完全熔化后扒渣，得到基質合金液；
[0007]S2、檢測:檢測基質合金液的組分含量，各元素按重量百分比包括:C:1.3-1.6%,Si:0.9-1.3 %, Cr:0.1-0.5 %, Ca:0.5-1.2 %，Mn:2.0-3.5 %, Mo:0.6-0.8 %, V:
0.02-0.04 %, Zr:0.02-0.04 %, Al:1.2-2.3 %, B:0.003-0.03 %, Mg:0.7-1.2 %, Ti:
1.1-1.4%, Cu:0.2-0.4%, S:0.01-0.04%, P:0.02-0.04%，余量為鐵和不可避免的雜質；
[0008]S3、澆注:將基質合金液冷卻至1350_1400°C后澆入表面涂覆有納米涂料的模腔中，待熔液完全凝固后開模，爐冷至室溫得到鑄段坯體A，其中納米涂料在模腔表面的涂覆厚度為30-60 μπι;
[0009]S4、熱處理:將鑄段坯體A放入電爐內，向電爐內通入氬氣使電爐中氧含量小于5%，氬氣流速為5-8L/min，在10_15min內將電爐溫度升溫至960_1000°C，保溫30_40min，在 2-3min 內升溫至 1050-1150 °C，保溫 12_15min，在 6_8min 內升溫至 1200-1300°C，保溫16-18min，取出后加入260_320°C的鹽浴中，保溫20_35min，取出后加熱至400_480°C，保溫20-35min，空冷至室溫，得到鑄段坯體B ；
[0010]S5、預處理:將鑄段坯體B在室溫下浸水5-10min，取出干燥后浸入乙醇中，在55-65°C下超聲振動15-20min，取出干燥后浸入丙酮中，在30-40°C下超聲振動10_15min，取出置于真空室中進行干燥，用噴砂機對表面進行處理得到鑄段坯體C，鑄段坯體C的粗糙度為4-6 μ m ;
[0011]S6、噴涂涂層:利用等離子噴涂系統在鑄段坯體C的表面噴涂一層厚度為105-109 μ m的純鎳結合層后，再采用氣動式普通噴涂機，在溫度為20-25°C條件下吸入涂料，加壓至7.5-30MPa，通過高壓軟管、噴槍，經噴嘴在所述純鎳結合層外繼續噴涂一層厚度為70-80um的涂層，得到所述防腐蝕高韌性耐磨鑄段；其中所述涂料的原料按重量份包括:有機硅改性環氧樹脂乳液100份、聚四氟乙烯粉10-40份、二硫化鉬5-10份、碳化硅10-20份、納米二氧化硅5-10份、硅烷偶聯劑1-5份、三氧化二銻1-3份、二乙烯三胺5-10份。
[0012]優選地，在S2中，檢測基質合金液的組分含量，各元素按重量百分比包括:C:
1.4%, Si:1.1%, Cr:0.3%, Ca:0.8%, Mn:2.8%, Mo:0.7%, V:0.03%, Zr:0.03%, Al:
1.7%, B:0.01%, Mg:0.9%, T1:1.2%, Cu:0.3%, S:0.02%, P:0.03%，余量為鐵和不可避免的雜質。
[0013]優選地，在S3中，所述納米涂料按重量份包括:炭化鈦1-2份、炭化鎢3-5份、鎳包二氧化二招1_2份、氮化硼2_4份、錯英粉5_8份、招研^土粉6_10份、無水乙醇2_8份。
[0014]優選地，制備所述納米涂料的工藝包括:將炭化鈦、炭化媽、鎳包三氧化二招、氮化硼、鋯英粉、鋁礬土粉混合后研磨至粒徑< lOOnm，加入無水乙醇混勻后得到所述納米涂料。
[0015]優選地，在S4中，將鑄段坯體A放入電爐內，向電爐內通入氬氣使電爐中氧含量小于5%，氬氣流速為6L/min，在13min內將電爐溫度升溫至980°C，保溫35min，在2.5min內升溫至1100°C，保溫13min，在7min內升溫至1250°C，保溫17min，取出后加入300 °C的鹽浴中，保溫28min，取出后加熱至440°C，保溫27min，空冷至室溫，得到鑄段坯體B。
[0016]優選地，所述鹽浴按質量百分比包括硝酸鉀52-58%和硝酸鈉42-48%。
[0017]優選地，在S6中，制備所述有機硅改性環氧樹脂乳液包括:按重量份將100份環氧樹脂溶解在100-200份乙酸丁酯中，升溫至100-120°C，攪拌下依次加入20-30份甲基三乙氧基硅烷、10-20份二甲基二乙氧基硅烷、3-8份去離子水及5-19份二月桂酸二丁基錫，保溫反應4-5h后，出料，過濾，得到所述有機硅改性環氧樹脂乳液。
[0018]優選地，在S6中，聚四氟乙烯粉、二硫化鉬、碳化硅、納米二氧化硅的重量配比為:3:1:2:10
[0019]優選地，在S6中，制備所述涂料的工藝包括:將二硫化鉬、碳化硅混合后研磨至粒徑為l-3um，加入納米二氧化硅、硅烷偶聯劑，以無水乙醇作為溶劑混勻后，在30-40°C下超聲輻射3-5min，減壓蒸餾除去無水乙醇后烘干，加入到有機硅改性環氧樹脂乳液中混勻，再加入聚四氟乙烯粉、三氧化二銻分散20-30min，加入二乙烯三胺攪拌均勻，得到所述涂料。
[0020]其中，在由鐵礦石生產各種鐵或鐵合金時，由于鐵礦中往往伴生有磷、硫等金屬或非金屬礦，導致最終的鐵或鐵合金中含有磷、硫等元素以及難以避免的雜質。
[0021]本發明采用生鐵、廢鋼、鉻鐵合金、硅鈣合金、錳鐵、鉬鐵、硼鐵和釩鐵等配合作為鑄段的主料，完成本發明對于鑄段密度高和沖擊韌性高的要求，提高鑄段在使用中磨削效率，加強鑄段的耐用性，同時減少鉻的含量，避免鑄段的電化學腐蝕效應；加入的鎂錠、鋁錠、鋯錠和鈦錠相互配合，對合金液進行脫氧脫氮，減少基質合金液中氧化物和氮化物的含量，進一步提高鑄段的使用壽命；在澆鑄工藝中，通過在模腔表面涂覆有納米涂料，將納米涂料中的陶瓷顆粒等刷涂在鑄造模具內壁，從而將納米級陶瓷增強顆粒鑲嵌于鑄段的表面和次表面，由此在鑄段表層形成一層納米級高硬質強化層，該強化層由于分布有性能優良的陶瓷顆粒等，使得鑄段具有高強度、高韌性、耐磨性好、耐高溫、耐腐蝕、剛度高等優點，從而顯著地提高了鑄段的抗撞擊性能、強度和耐磨性能；在熱處理工藝中，通過設定三段溫區緩慢升溫過程，保證合金鑄段內部組織變化合理，成分更加均勻化；隨后將升溫后的鑄段坯體淬入熱鹽浴中，鑄段坯體內部生成的有害內應力及變形相比用冷油等介質淬火的要小得多，同時保證鑄按預定的溫度進行鹽浴等溫淬火，不需回火便能得到綜合性能好的貝氏體和殘留奧氏體混合組織，大幅度提高鑄段的韌性，沖擊韌性可達7J/cm2;在對鑄段坯體進行除油除脂后進行噴砂處理，由此采用等離子噴涂的方法在圓柱型合金基質表面可以形成穩定的純鎳結合層，其在鑄段表面形成致密的保護膜，顯著提高鑄段的耐熱、耐腐蝕和耐氧化性能；繼而在鑄段表面純鎳結合層外繼續噴涂一層涂層，所述涂層通過采用有機硅改性環氧樹脂乳液作為基料，其可將涂料中其他組分包容在一起，通過其上含有的環氧基，在固化劑二乙烯三胺條件下可以在純鎳表層形成牢固結合的固化涂層，其中還添加聚四氟乙烯、二硫