磨盤及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種具有耐磨涂層的復合磨盤及其制備方法，尤其涉及一種具有耐磨碳化物涂層的復合磨盤及其制備方法，具體涉及一種應用于不銹鋼表面的耐磨碳化物涂層復合磨盤及其制備方法。
【背景技術】
[0002]在電力、礦山、水泥、化工、煤炭等行業，磨盤作為研磨機上的一種主要的零部件，廣泛應用于上述各個行業的立式研磨機中，主要用于煤炭、礦石、水泥生/熟料等的粉磨。磨盤的耐磨性和韌性直接影響其使用壽命。在早期，鎳硬鑄鐵作為磨盤材料被廣泛地應用，但這種材料由于其韌性太差而且耐腐蝕性不好已逐漸淘汰。
[0003]目前國外磨盤材料主要采用的是不銹鋼、高合金鋼、高鉻鑄鐵以及球磨鑄鐵，而國內主要以不銹鋼為主；不銹鋼、高合金鋼雖然具有韌性好，但硬度較低，因此抗磨性能差，而且采用了價格很貴的稀有合金元素，所以產品成本也高；而采用鑄鐵(高鉻鑄鐵、球磨鑄鐵)材料，雖然耐磨性得到了保證，但宄其韌性差的弊病，常在使用過程中發生脆性斷裂，導致生產企業停工停產，雖然也有一些復合材料用于制作磨機磨盤，但仍未達到良好的使用效果。傳統的制備方法主要采用上述材質，利用鑄造工藝，通過熔煉-砂型工藝設計-型砂-澆鑄-清理，其耐磨性提高并不明顯。
[0004]然而僅僅提高磨盤基體材料的硬度仍然不足以保證其服役的持久性，因此在其工作部位增加涂層是解決該問題既經濟又有效的手段。
[0005]現階段使用較多的為碳化物材料的涂層，其具有硬度高、耐磨損性能優越的特點，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，其有如下特點特性:
[0006](I)具備密度低、強度高、彈性模量高、抗氧化、耐磨、耐腐蝕等優異的物理化學性會K ;
[0007](2)燒結過程中長大傾向小，顆粒一般呈圓形，是一種較為理想的增強材料；
[0008](3)釩資源豐富，容易獲得，價格比較低廉，碳化釩在金屬基復合材料中獲得普遍應用；
[0009](4)具有很高的熱穩定性和高硬度的面心立方結構，晶格常數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合；
[0010](5) VCp的標準生成焓Λ G C1值低，其合成反應易于進行；
[0011](6) VCp涂覆的鋼鐵基復合材料除了硬度高、耐磨性好外，可切削加工、鍛造、焊接、熱處理強化且變形小，而且具有普通熔煉鋼的冷熱加工性能。
[0012]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。
[0013]目前制備碳化物涂層的方法有化學氣相沉積法、物理氣相沉積法、熱噴涂方法、熱滲鍍方法等，但是這些方法，存在生產設備要求苛刻、生產效率低、涂層結合強度低等不足。
[0014]因此如何在磨盤工作表面獲得VCp涂層，并且選擇一種生產設備簡單、工藝流程短的制備方法，獲得與基體結合力好、不易脫落且力學性能、耐磨性能優異的涂層是亟待解決的問題。

【發明內容】

[0015]針對上述現有技術存在的缺陷和不足，本發明的目的在于提供一種磨盤，其大端面工作部位的表面具有一種耐磨涂層，而磨盤基體仍為不銹鋼基體，該耐磨涂層為V2C致密陶瓷層，其化學穩定性和耐磨性好，具有低摩擦系數、高硬度、低表面能以及低傳熱性；并且進一步地，提供一種用于獲得上述復合磨盤的制備方法。
[0016]進一步地，本發明還提供一種磨盤，其大端面工作部位的表面具有一種梯度復合涂層，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涂層的制備方法。
[0017]所述磨盤，其大端面為工作表面，在其工作表面具有耐磨碳化物涂層，從而保證其工作表面具有很高的硬度和很好的耐磨性，而齒身部分具有很好的韌性。
[0018]為實現本發明目的，本發明采用了如下技術方案:
[0019]一種磨盤，其大端面工作部位的表面具有耐磨涂層，該耐磨涂層為V2C致密陶瓷層；優選地，V2C致密陶瓷層為準單晶相，所述準單晶相是指，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。
[0020]更優選地，沿V2C致密陶瓷層縱向剖面，其厚度為9-23 μ m，優選為12-20 μ m，更優選為15-20 μπι ;優選地，其中V2C的體積分數大于80%，優選大于90% ;優選地，V2C晶粒尺寸為 20-50 μ m，優選為 30-50 μ m。
[0021]此外，本發明還提供一種磨盤，其大端面工作部位的表面具有梯度復合涂層，所述梯度復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、V8C7與基體的融合層。
[0022]優選地，V2C致密陶瓷層為準單晶相，所述準單晶相是指，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。
[0023]更優選地，沿V2C致密陶瓷層縱向剖面，其厚度為9-23 μ m，優選為12-20 μ m，更優選為15-20 μπι ;優選地，其中V2C的體積分數大于80%，優選大于90% ;優選地，V2C晶粒尺寸為 20-50 μ m，優選為 30-50 μ m。
[0024]進一步優選地，沿微米V8C7致密陶瓷層縱向剖面，其厚度為17-88 μπι，優選為40-80 μ m，更優選為60-80 μ m ;優選地，V8C7的體積分數大于70%，優選大于75% ;優選地，V8C7的晶粒尺寸為5-15 μm，優選為6-15 μm，更優選為8-15 μπι。
[0025]更進一步優選地，沿V8C7與基體的融合層縱向剖面，其厚度為129 μ m-1077 μ m，優選300-1050 μ m ;優選地，其中V8C7的體積分數為20% -85%，優選為50% -85% ;優選地，V8C7的晶粒尺寸為5-20 μ m，優選為10-20 μ m。
[0026]優選地，梯度復合涂層總厚度為155-1188 μm，優選在400-1100 μπι。
[0027]更優選地，磨盤基體組織根據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；優選地，該梯度復合涂層被施加于不銹鋼表面。
[0028]本發明提供一種磨盤，其大端面工作部位的表面具有耐磨涂層，其制備方法包括如下步驟:
[0029]I)先準備一釩板，優選地，其中釩的純度應控制在99.7-99.99% ;更優選地，所述隹凡板的厚度控制在0.2-3mm ;優選地，所述I凡板先被加以表面處理；
[0030]2)按照磨盤尺寸制作磨盤模具，根據磨盤的工作受力狀況，其主要磨損的部位是磨盤的大端面，據此將釩板卷繞在磨盤模具的大端面，然后在釩板上固定外部碳源，使其與釩板緊密結合；優選地，用聚苯乙烯泡沫塑料制作磨盤模具；
[0031]3)按照磨盤尺寸制作砂型，并將磨盤模具、釩板和外部碳源一并置于砂型型腔中；優選地，用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬樹脂砂或潮模砂制作砂型；
[0032]4)將不銹鋼基材冶煉為鋼液；優選地，溫度控制在1500_1560°C ；
[0033]5)將上述鋼液澆入上述放置有釩板和外部碳源的砂型內，待鋼液冷卻凝固后，取出鑄件，清砂處理，獲得磨盤基體為不銹鋼基體，磨盤大端面為與釩板的復合體；優選地，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；澆注溫度控制在1500-1560°C，澆注時間為5-60秒為宜；更優選地，一分鐘后，在冒口補澆；優選地，室溫冷卻；
[0034]6)將復合體放入具有保護氣氛的保溫爐內保溫，最后隨爐冷卻至室溫，從而在磨盤大端面工作部位的表面形成耐磨涂層，而磨盤基體仍為不銹鋼基體。
[0035]其中，耐磨涂層為V2C致密陶瓷層。
[0036]優選地，通過控制步驟6)中保溫時間、保溫溫度獲得該V2C致密陶瓷層；優選地，V2C致密陶瓷層為準單晶相，所述準單晶相是指，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。
[0037]本發明還提供一種磨盤，其大端面工作部位的表面具有梯度復合涂層，其制備方法包括如下步驟:
[0038]I)先準備一釩板，優選地，其中釩的純度應控制在99.7-99.99% ;更優選地，所述隹凡板的厚度控制在0.2-3mm ;優選地，所述I凡板先被加以表面處理；
[0039]2)按照磨盤尺寸制作磨盤模具，根據磨盤的工作受力狀況，其主要磨損的部位是磨盤的大端面，據此將釩板卷繞在磨盤模具的大端面，然后在釩板上固定外部碳源，使其與釩板緊密結合；優選地，用聚苯乙烯泡沫塑料制作磨盤模具；
[0040]3)按照磨盤尺寸制作砂型，并將磨盤模具、釩板和外部碳源一并置于砂型型腔中；優選地，用CO2