旋流器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有耐磨涂層的復(fù)合旋流器及其制備方法，尤其涉及一種具有耐磨碳化物涂層的復(fù)合旋流器及其制備方法，具體涉及一種應(yīng)用于不銹鋼表面的耐磨碳化物涂層的復(fù)合旋流器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]旋流器是在回轉(zhuǎn)流中利用離心力進(jìn)行分級、分離的設(shè)備，旋流器至少包括外層鋼套、進(jìn)料口、沉砂咀和溢流管。旋流器工作過程中，固-液二相流做強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，在二相流劇烈的沖刷下，旋流器鋼套的內(nèi)壁面極易磨損，從而縮短了旋流器設(shè)備的使用壽命，并降低設(shè)備的分級、分離效果。因此，多種行業(yè)中對旋流器耐磨性能要求都很高。常用的旋流器主要有不銹鋼旋流器，聚氨酯旋流器，傳統(tǒng)工藝主要是利用鑄造工藝制造而成。為了提高其耐磨性，傳統(tǒng)方法還通常采用耐磨材料制作旋流器鋼套的內(nèi)襯，以提高旋流器的使用性能。
[0003]常用的內(nèi)襯材料有高合金鋼、鑄鐵、陶瓷和高分子聚合物等材料。合金鋼內(nèi)襯耐沖刷磨損性能差，使用壽命較短，且成本高。用自蔓延燒結(jié)的陶瓷內(nèi)襯耐磨性好，但由于陶瓷為脆性材料，容易在運(yùn)輸、安裝、使用過程中受沖擊而發(fā)生脆性斷裂，導(dǎo)致旋流器整體報(bào)廢；另外陶瓷內(nèi)襯高溫?zé)Y(jié)過程中，外層鋼套受熱變形較大，使材料內(nèi)部產(chǎn)生很大應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋；自蔓延工藝條件要求嚴(yán)格，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，且生產(chǎn)過程產(chǎn)生大量廢氣，不利于環(huán)保。高分子聚合物內(nèi)襯旋流器，其內(nèi)襯與鋼套內(nèi)壁結(jié)合性能差，內(nèi)襯易發(fā)生剝離、脫落現(xiàn)象，使旋流器發(fā)生堵塞而嚴(yán)重影響設(shè)備正常工作，導(dǎo)致停工停產(chǎn)。
[0004]然而僅僅提高旋流器基體材料的硬度仍然不足以保證其服役的持久性，因此在其工作部位的表面增加涂層是解決該問題既經(jīng)濟(jì)又有效的手段。現(xiàn)階段使用較多的為碳化物材料的涂層，其具有硬度高、耐磨損性能優(yōu)越的特點(diǎn)，以涂層方式覆蓋在金屬合金基體表面可以提高由基體材料制備的零部件的耐磨性與壽命。其中￥(；是一種常見的涂層材料，其有如下特點(diǎn)特性:
[0005](I)具備密度低、強(qiáng)度高、彈性模量高、抗氧化、耐磨、耐腐蝕等優(yōu)異的物理化學(xué)性會K ;
[0006](2)燒結(jié)過程中長大傾向小，顆粒一般呈圓形，是一種較為理想的增強(qiáng)材料；
[0007](3)釩資源豐富，容易獲得，價(jià)格比較低廉，碳化釩在金屬基復(fù)合材料中獲得普遍應(yīng)用；
[0008](4)具有很高的熱穩(wěn)定性和高硬度的面心立方結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)和晶格類型與奧氏體非常接近，這便于更好地與鋼鐵基體結(jié)合；
[0009](5) VCp的標(biāo)準(zhǔn)生成焓Λ G C1值低，其合成反應(yīng)易于進(jìn)行；
[0010](6) VCp涂覆的鋼鐵基復(fù)合材料除了硬度高、耐磨性好外，可切削加工、鍛造、焊接、熱處理強(qiáng)化且變形小，而且具有普通熔煉鋼的冷熱加工性能。因此，VCp涂層材料被廣泛地用作無肩冷熱金屬加工工具、切削刀具、各種模具、耐磨耐熱耐蝕零件的耐磨表面。
[0011]目前制備碳化物涂層的方法有化學(xué)氣相沉積法、物理氣相沉積法、熱噴涂方法、熱滲鍍方法等，但是這些方法，存在生產(chǎn)設(shè)備要求苛刻、生產(chǎn)效率低、涂層結(jié)合強(qiáng)度低等不足。
[0012]因此如何在旋流器內(nèi)壁復(fù)合層工作表面獲得VCp涂層，并且選擇一種生產(chǎn)設(shè)備簡單、工藝流程短的制備方法，獲得與基體結(jié)合力好、不易脫落且力學(xué)性能、耐磨性能優(yōu)異的涂層是亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種旋流器，在其內(nèi)壁具有一種耐磨涂層，該耐磨涂層為V2C致密陶瓷層，其化學(xué)穩(wěn)定性和耐磨性好，具有低摩擦系數(shù)、高硬度、低表面能以及低傳熱性；并且進(jìn)一步地，提供一種用于獲得上述復(fù)合旋流器的制備方法。
[0014]進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供一種旋流器，在其內(nèi)壁具有一種梯度復(fù)合涂層，其優(yōu)選被涂覆于旋流器內(nèi)壁，以提高其表面的耐磨性和斷裂韌性，特別是不銹鋼表面，并且提供一種用于獲得上述旋流器的制備方法。
[0015]所述旋流器，在其內(nèi)壁具有耐磨涂層，從而有利保證旋流器內(nèi)壁具有很高的硬度和很好的耐磨性，而旋流器基體部分具有很好的韌性。
[0016]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
[0017]一種內(nèi)壁具有耐磨涂層的旋流器，該耐磨涂層為V2C致密陶瓷層；優(yōu)選地，V2C致密陶瓷層為準(zhǔn)單晶相，所述準(zhǔn)單晶相是指，介于多晶相與單晶相之間，相較于多晶相，晶向一致性高、晶界明顯減少，并且原子排列比較有序的顯微組織。
[0018]更優(yōu)選地，沿V2C致密陶瓷層縱向剖面，其厚度為7-25 μ m，優(yōu)選為9_25 μπι，更優(yōu)選為15-25 μπι ;優(yōu)選地，其中V2C的體積分?jǐn)?shù)大于80%，優(yōu)選大于90% ;優(yōu)選地，V2C晶粒尺寸為 20-50 μ m，優(yōu)選為 30-50 μ m。
[0019]此外，本發(fā)明還提供一種內(nèi)壁具有梯度復(fù)合涂層的旋流器，所述梯度復(fù)合涂層為碳化物涂層，包括依次呈梯度分布的V2C致密陶瓷層、微米V8C7致密陶瓷層、V 8C7與基體的融合層。
[0020]優(yōu)選地，V2C致密陶瓷層為準(zhǔn)單晶相，所述準(zhǔn)單晶相是指，介于多晶相與單晶相之間，相較于多晶相，晶向一致性高、晶界明顯減少，并且原子排列比較有序的顯微組織。
[0021]更優(yōu)選地，沿V2C致密陶瓷層縱向剖面，其厚度為7-25 μ m，優(yōu)選為9_25 μ m，更優(yōu)選為15-25 μπι ;優(yōu)選地，其中V2C的體積分?jǐn)?shù)大于80%，優(yōu)選大于90% ;優(yōu)選地，V2C晶粒尺寸為 20-50 μ m，優(yōu)選為 30-50 μ m。
[0022]進(jìn)一步優(yōu)選地，沿微米V8C7致密陶瓷層縱向剖面，其厚度為15-90 μπι，優(yōu)選為40-90 μ m，更優(yōu)選為70-90 μ m ;優(yōu)選地，V8C7的體積分?jǐn)?shù)大于70%，優(yōu)選大于75% ;優(yōu)選地，V8C7的晶粒尺寸為5-15 μm，優(yōu)選為6-15 μm，更優(yōu)選為8-15 μπι。
[0023]更進(jìn)一步優(yōu)選地，沿V8C7與基體的融合層縱向剖面，其厚度為121 μπι-1101 μπι，優(yōu)選300-1050 μ m ;優(yōu)選地，其中V8C7的體積分?jǐn)?shù)為20% -85%，優(yōu)選為50% -85% ;優(yōu)選地，V8C7的晶粒尺寸為5-20 μ m，優(yōu)選為10-20 μ m。
[0024]優(yōu)選地，梯度復(fù)合涂層總厚度為143-1216 μ m，優(yōu)選在400-1200 μ m。
[0025]更優(yōu)選地，旋流器基體組織根據(jù)熱處理方式不同可分為珠光體、馬氏體、鐵素體、貝氏體、奧氏體和索氏體中的一種或幾種；優(yōu)選地，該梯度復(fù)合涂層被施加于不銹鋼表面。
[0026]本發(fā)明提供一種內(nèi)壁具有耐磨涂層的旋流器的制備方法，包括如下步驟:
[0027]I)先準(zhǔn)備一釩板，優(yōu)選的，其中釩的純度應(yīng)控制在99.7-99.9%;更優(yōu)選地，所述釩板的厚度控制在0.2-3mm ;優(yōu)選地，所述I凡板先被加以表面處理；
[0028]2)按照旋流器內(nèi)壁尺寸制作旋流器模具，模具厚度與旋流器壁厚一致，根據(jù)旋流器的工作受力狀況，其主要磨損部位是旋流器內(nèi)壁，據(jù)此將釩板固定在旋流器模具內(nèi)壁表面，然后在釩板上固定外部碳源，使其與釩板緊密結(jié)合；優(yōu)選地，用聚苯乙烯泡沫塑料制作旋流器模具；
[0029]3)按照旋流器尺寸制作砂型，并將旋流器模具、釩板和外部碳源一并置于砂型型腔中；優(yōu)選地，用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬樹脂砂或潮模砂制作砂型；
[0030]4)將不銹鋼基材冶煉為鋼液；優(yōu)選地，溫度控制在1500_1560°C ；
[0031]5)將上述鋼液澆入上述放置有釩板和外部碳源的砂型內(nèi)，待金屬液冷卻凝固后，取出鑄件，清砂處理，獲得旋流器基體為不銹鋼，旋流器內(nèi)壁復(fù)合層為不銹鋼與釩板的復(fù)合體；優(yōu)選地，采用消失模真空吸鑄工藝，將上述鋼液澆入上述放置有釩板和外部碳源的砂型內(nèi)；優(yōu)選地，澆注溫度控制在1500-1560°C，澆注時(shí)間為5-60秒為宜；更優(yōu)選地，一分鐘后，在冒口補(bǔ)澆；優(yōu)選地，室溫冷卻；
[0032]6)將澆鑄完得到的旋流器復(fù)合體放入具有保護(hù)氣氛的保溫爐內(nèi)保溫，最后隨爐冷卻至室溫，從而在旋流器內(nèi)壁形成耐磨涂層，而旋流器基體仍為不銹鋼基體。
[0033]其中，耐磨涂層為V2C致密陶瓷層。
[0034]優(yōu)選地，通過控制步驟6)中保溫時(shí)間、保溫溫度獲得該V2C致密陶瓷層；優(yōu)選地，V2C致密陶瓷層為準(zhǔn)單晶相，所述準(zhǔn)單晶相是指，介于多晶相與單晶相之間，相較于多晶相，晶向一致性高、晶界明顯減少，并且原子排列比較有序的顯微組織。
[0035]本發(fā)明還提供一種內(nèi)壁具有梯度復(fù)合涂層的旋流器的制備方法，包括如下步驟:
[0036]I)先準(zhǔn)備一釩板，優(yōu)選的，其中釩的純度應(yīng)控制在99.7-99.9%;更優(yōu)選地，所述釩板的厚度控制在0.2-3mm ;優(yōu)選地，所述I凡板先被加以表面處理；
[0037]2)按照旋流器內(nèi)壁尺寸制作旋流器模具，模具厚度與旋流器壁厚一致，根據(jù)旋流器的工作受力狀況，其主要磨損部位是旋流器內(nèi)壁，據(jù)此將釩板固定在旋流器模具內(nèi)壁表面，然后在釩板上固定外部碳源，使其與釩板緊密結(jié)合；優(yōu)選地，用聚苯乙烯泡沫塑料制作旋流器模具；
[0038]3)按照旋流器尺寸制作砂型，并將旋流器模具、釩板和外部碳源一