[发明专利]水泥回转窑托轮表面用高熵合金粉体、制备及其涂层制备

说明书

技术领域

本发明涉及金属粉体材料及材料表面处理和强化技术领域，尤其涉及一种水泥回转窑托轮表面用高熵合金粉体及其制备方法，以及用其制备涂层的方法。

背景技术

目前，水泥行业使用的大中型回转窑，需要使用多个托轮来支承回转窑及物料的全部重量，并使窑筒体在托轮上安全平稳地运转，所以托轮的使用状况严重影响着回转窑的运行情况。回转窑托轮的材质大部分是ZG35CrMo，由于长期处于高温、重负荷等恶劣工况下，运转中会发生点蚀性剥落或疲劳性的损坏，从而使其径向表面被磨成凹形，严重影响了回转窑的正常运行。为了改善托轮磨损面，需要将托轮径向面两端的凸台处理掉，以前将托轮架到车床上进行车削。该方法虽然可以将托轮表面修理得较为理想，但是修理工期长，企业不仅要支付昂贵的托轮拆装及加工费用，同时还要承受回转窑被迫停产带来的较大经济损失。因此,在不拆装水泥回转窑托轮的情况下，选择合适的耐磨金属粉体材料和恰当的涂覆工艺在托轮表面制备耐磨涂层，使托轮表面的耐磨合金涂层与基体结合强度高、耐磨性能好、合金涂层具有均匀的厚度，不仅可以节省费用，还能减少损失，也是保证回转窑正常运转的当务之急。

现有的修复技术主要有电镀、堆焊、补焊以及热喷涂等为代表的传统表面技术，中国专利CN101191225B采用热喷涂技术对高炉炉顶煤气压力能量回收透平机表面进行处理，喷涂一层成分质量百分比为：C≤0.5、Cr 16～26、Ni 3.5～9.5、Mo 1.0～4.0、B 0.5～4.5、Si 0.5～4.5、Cu 1.0～4.0、Mo 0～2.0、稀土RE 0.01～1.5、余量为Fe的防腐耐磨涂层，该涂层很好地解决了在酸性潮湿环境中特别是有Cl^-离子和粉尘颗粒存在下的腐蚀磨损问题。但是喷涂粉体仅仅是将各种金属粉体物理混合，而且采用热喷涂法修复时，涂层结合一般为机械结合，结合强度较低，长时间运行后依然容易受损剥落。中国专利CN 101637838 B提供了一种用渗透钎焊法制备碳化钨耐磨蚀复合涂层的方法，该方法首先将含有WC-Co、Ni、Cr混合粉的涂层金属粉末布用环氧树脂黏贴剂黏贴在金属基体上，然后将BNi-2钎焊料制备成钎料金属粉末布黏贴在金属粉末布上，最后在真空炉中进行渗透钎焊，形成冶金结合的碳化钨耐磨涂层。但是钎焊、堆焊、补焊等修复方法时，由于基体受热不均匀，温度场梯度大，容易引起较大焊接残余应力与变形，甚至会引起焊接保护层开裂甚至形成贯穿裂纹，导致涂层脱落。随后以激光熔覆技术为标志的现代表面技术引起了人们的广泛关注，中国专利CN 102453897 B采用激光熔覆技术在棒材表面形成碳化物硬质合金耐磨涂层；中国专利CN 101210325 B利用高能激光束对涂覆于热锻模具表面的纳米陶瓷粉+碳纳米管+钴+粘结剂涂层进行扫描处理，制备了纳米复合耐磨涂层。中国专利CN103866319 B在锆合金表面利用激光熔覆的方法制备了镍基耐热耐磨涂层，镍基合金粉的组成为：C 0.5～1.1％，Si 3.5～5.5％，B 3.0～4.5％，Cr 15～20％，Fe≤17％，Ni余量。该阶段不论是制备技术还是涂层性能都有了巨大的优势，但是普遍存在成本高、灵活性差等局限性，从而制约了向工程实践的转化。

上述各种耐磨涂层都是采用不同的表面技术在基体表面涂覆上镍基、钴基等高温合金涂层来提高基体的耐磨性，此类合金一般Ni、Co含量较高，价格较贵。多组元高熵合金比传统高温合金具有更高的强度、硬度、抗磨损能力、耐腐蚀能力以及抗高温氧化能力，且价格相对镍基、钴基高温合金要低廉。目前关于高熵合金粉体的制备一般采用研钵研磨、球磨和二步雾化法，如中国专利CN103394685B和天津大学申请的CN104141085A、CN104141084A和CN105401042A一系列专利都是采用研钵研磨各种混合粉体制备高熵合金粉体；中国专利CN1033290404A、CN104841930A和CN105401038A采用球磨法制备高熵合金粉体。上述研钵研磨和球磨法所制备的高熵合金粉体一方面所采用的原料都是金属粉体，价格贵；另一方面制备的粉体不仅氧化量较高，而且由于不同金属元素的密度等热物理性能存在差异，粉体组分的均匀性仍然存在欠缺，使得后续通过各种方法制备的涂层质量和表面连续性无法满足生产使用要求。中国专利CN104561878A采用真空熔炼炉熔炼高熵合金铸棒-自耗式电极雾化二步法制备高熵合金粉体，提高了所制粉体组分的均一性，但是二步法(先制备高熵合金铸锭，然后在通过雾化制粉)制备的高熵合金粉体，步骤复杂、能耗高，且第一步制备出来的高熵合金母体表面易形成一层氧化物薄膜。

发明内容