[发明专利]一种原生柱/带状硬质相复合耐磨叶轮的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于矿浆、泥浆、煤粉、石油等的物料输送领域的送物料机械设备的叶轮部件的制备，特别涉及一种原生柱/带状硬质相复合耐磨叶轮的制备方法。

背景技术

煤炭、冶金、矿山、电力等工业行业广泛应用浆泵、粉煤泵等来输送矿浆、泥浆、粉煤等，而且用量巨大。传统的叶轮的制造通常采用高合金钢、铸铁、陶瓷及聚氨酯有机体等材料制作，由于叶轮在泵高速运转中受到物料的强烈冲刷作用而磨损严重，而且多数工况都存在腐蚀环境，从而加大了材料的损耗。叶轮存在的严重磨损和腐蚀，破坏了叶轮的平稳性，产生强烈振动和噪声，降低了泵的物料输送效率，甚至使整个物料输送系统由于压力不够而不能正常工作，给用户带来了巨大的备件费用和检修费用。因此，多种工况下都对叶轮的耐磨性和耐蚀性提出了较高要求。目前，制作叶轮的材料有高合金、铸铁、陶瓷及聚氨酯有机体等材料。高合金叶轮耐磨性一般，抗腐蚀性较差，且成本较高，其使用寿命短，通常为2-4个月；高铬铸铁材料虽耐磨性能，但难以进行机械加工；陶瓷叶轮耐磨性能好，但容易在运输、安装和使用过程中受到冲击而发生脆裂而报废，并且生产工艺要求高，产品质量不稳定且成品率低，所以很少有实际应用。聚氨酯叶轮由于重量轻、成型好，耐磨性和耐腐蚀性较高而在近年来有所应用，但使用中发现，聚氨酯叶轮在输送细颗粒的物料时，使用效果较好，当物料中存在对大颗粒尖锐棱角的颗粒时，由于叶轮的高速运转，将受到高应力冲击，导致叶轮被撕裂破坏。因此单一材料无法满足对叶轮强度、韧性、耐磨性、易加工性等多方面的性能要求，必须开发出新型的复合材料来生产叶轮，以满足各行业对叶轮的生产实际需要。

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，提供一种原生柱/带状硬质相复合耐磨叶轮的制备方法，该方法明制备的原生柱/带状硬质相复合耐磨叶轮，其综合性能显著优于高合金、铸铁、陶瓷及聚氨酯有机体等材料制成的叶轮，其规模化推广将显著提高行业相关企业的经济效益。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种原生柱/带状硬质相复合耐磨叶轮的制备方法，其特征在于，制得的该原生柱/带状硬质相复合耐磨叶轮的前盖板、后盖板和叶片的表面为复合材料，所述的复合材料为高硬度柱/带状硬质相和高韧性基体金属冶金结合而成，具体制备至少包括下列步骤：

步骤一，用合金粉芯丝/带材按照叶轮的前盖板、后盖板和叶片形状编织成前盖板、后盖板和叶片的合金粉芯丝/带材骨架；

步骤二，采用树脂砂按照铸造工艺要求制作前盖板、后盖板和叶片铸型；

步骤三，将前盖板、后盖板和叶片的合金粉芯丝/带材骨架放置在铸型的型腔中，合金粉芯丝/带材骨架5的实际体积占表面复合层总体积的20％～80％；

步骤四，将冶炼熔化的高温基体金属钢液浇入到铸型的型腔内，利用高温基体金属钢液的热量，对编制前盖板、后盖板和叶片的合金粉芯丝/带材骨架进行铸渗、烧结或溶化，合合金粉芯丝/带材中的合金元素在高温基体金属钢液热量下进行短程扩散，在原位生成高度弥散的高硬度柱状合金硬质相；

步骤五，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，制得以高韧性高强度的金属为基体、内含冶金结合的高硬度柱/带状合金硬质相的前盖板、后盖板和叶片；

步骤六，对前盖板、后盖板和叶片进行机加工，达到规定尺寸精度要求；

步骤七，机加工完成后，将前盖板、后盖板和叶片通过焊接或连接到叶轮的轴箍上，形成高耐磨的原生柱/带状硬质相复合耐磨叶轮。

本发明的方法制成的原生柱/带状硬质相复合耐磨叶轮具有以下优点：

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，耐磨性与韧性有机统一，且复合体的抗拉性能和抗压性能好。本法制备的高耐磨原生柱/带状硬质相复合叶轮的整体性能优良，显著优于高合金钢、铸铁、陶瓷及聚氨酯有机体等材料制成的各种叶轮。

2、合金粉末可根据工件的使用要求进行配比，成分可调，适应性广。