衬板及其制备方法技术

一种衬板，其工作面上表面具有一种碳化物涂层，而衬板基体仍为合金钢，并且提供一种用于获得上述衬板的制备方法。衬板，在其工作表面具有碳化物涂层，碳化物涂层包括V2C致密陶瓷层，还可进一步包括微米V8C7致密陶瓷层及V8C7与基体的融合层。所述V2C致密陶瓷层、微米V8C7致密陶瓷层及V8C7与基体的融合层依次呈梯度分布。可被施加于合金钢表面。本发明专利技术通过铸造得到的基体与钒复合体，外引入外碳源，并加热、保温，从而在基体表面形成碳化物涂层，所述涂层与基体之间为冶金结合，结合力很强，克服了现有硬质颗粒与金属基体间非冶金结合，结合力很弱，颗粒容易脱落的问题，大幅度提高了衬板工作表面的耐磨性能。

【技术实现步骤摘要】
衬板及其制备方法
本专利技术涉及一种具有耐磨涂层的复合衬板及其制备方法，尤其涉及一种具有耐磨碳化物涂层的复合衬板及其制备方法，具体涉及一种应用于合金钢表面的耐磨碳化物涂层复合衬板及其制备方法。
技术介绍
在冶金、矿山、电力、建材等工业行业中，物料的破碎、研磨、输送等，都要使用大量的衬板，衬板承受着不同程度的冲刷和磨损，更换频繁，耗费极大，是主要的易损件。目前各行业所用的衬板材质主要有高锰钢、多元低合金钢、铬系白口铸铁等几种单一金属材料。高锰钢只有在高负荷、高冲击应力下，实现奥氏体向马氏体的固态相变而加工硬化，才能充分发挥其耐磨性，且屈服强度低，易产生塑性流变；多元低合金钢的基体组织硬度在500-1000HV0.1范围内变化，较渗碳体和特殊碳化物的硬度低，不能抵抗磨料的压入和划动，在使用过程中表面产生大量的切削和塑变低周疲劳，故抗磨料磨损性能较差；铬系白口铸铁虽然耐磨、耐热、耐蚀性能好，但其韧性差容易断裂，使用受到限制。针对衬板磨损的具体工况，国内外许多学者研制开发出多种新型耐磨材料，主要有改性高锰钢、中锰钢、超高锰钢系列，高、中、低碳耐磨合金钢系列，锰系、硼系抗磨白口铸铁及马氏体、贝氏体抗磨球墨铸铁等衬板材质，但由于单一材质在强度、硬度、塑韧性等方面机械力学性能不可兼顾或对服役工况存在特殊要求，使用寿命仍然很短，很难满足各种工况的要求。然而仅仅提高衬板基体材料的硬度仍然不足以保证其服役的持久性，因此在其工作部位增加涂层是解决该问题既经济又有效的手段。现阶段使用较多的为碳化物材料的涂层，其具有硬度高、耐磨损性能优越的特点，以涂层方式覆盖在金属合金基体表面可以提高由基体材料制备的零部件的耐磨性与寿命。其中VCp是一种常见的涂层材料，其有如下特点特性：(1)具备密度低、强度高、弹性模量高、抗氧化、耐磨、耐腐蚀等优异的物理化学性能；(2)烧结过程中长大倾向小，颗粒一般呈圆形，是一种较为理想的增强材料；(3)钒资源丰富，容易获得，价格比较低廉，碳化钒在金属基复合材料中获得普遍应用；(4)具有很高的热稳定性和高硬度的面心立方结构，晶格常数和晶格类型与奥氏体非常接近，这便于更好地与钢铁基体结合；(5)VCp的标准生成焓△G0值低，其合成反应易于进行；(6)VCp涂覆的钢铁基复合材料除了硬度高、耐磨性好外，可切削加工、锻造、焊接、热处理强化且变形小，而且具有普通熔炼钢的冷热加工性能。因此，VCp涂层材料被广泛地用作无屑冷热金属加工工具、切削刀具、各种模具、耐磨耐热耐蚀零件的耐磨表面。目前制备碳化物涂层的方法有化学气相沉积法、物理气相沉积法、热喷涂方法、热渗镀方法等，但是这些方法，存在生产设备要求苛刻、生产效率低、涂层结合强度低等不足。因此如何在衬板工作表面获得VCp涂层，并且选择一种生产设备简单、工艺流程短的制备方法，获得与基体结合力好、不易脱落且力学性能、耐磨性能优异的涂层是亟待解决的问题。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本专利技术的目的在于提供一种衬板，其工作部位的表面具有一种耐磨涂层，该耐磨涂层为V2C致密陶瓷层，其化学稳定性和耐磨性好，具有低摩擦系数、高硬度、低表面能以及低传热性；并且进一步地，提供一种用于获得上述衬板的制备方法。进一步地，本专利技术还提供一种衬板，其工作部位的表面具有一种梯度复合涂层，其优选被涂覆于衬板基体表面，以提高其表面的耐磨性和断裂韧性，特别是高锰钢或低合金高强度结构钢表面，并且提供一种用于获得上述涂层的制备方法。所述衬板，在其板体工作表面具有耐磨涂层。由于板体外形及尺寸多种多样，本专利技术所涉及的衬板表面耐磨涂层的制备方法可适用于所有类型的衬板。板体工作表面具有很高的硬度和很好的耐磨性，而板体基体部分具有很好的韧性。为实现本专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种表面具有耐磨涂层的衬板，该耐磨涂层为V2C致密陶瓷层；优选地，V2C致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。更优选地，沿V2C致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为7-25μm，优选为12-22μm，更优选为15-20μm；优选地，其中V2C的体积分数大于80％，优选大于90％；优选地，V2C晶粒尺寸为20-50μm，优选为30-50μm。此外，本专利技术还提供一种表面具有梯度复合涂层的衬板，所述梯度复合涂层为碳化物涂层，包括依次呈梯度分布的V2C致密陶瓷层、微米V8C7致密陶瓷层、V8C7与基体的融合层。优选地，V2C致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。更优选地，沿V2C致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为7-25μm，优选为12-22μm，更优选为15-20μm；优选地，其中V2C的体积分数大于80％，优选大于90％；优选地，V2C晶粒尺寸为20-50μm，优选为30-50μm。进一步优选地，沿微米V8C7致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为15-90μm，优选为40-88μm，更优选为70-88μm；优选地，V8C7的体积分数大于70％，优选大于75％；优选地，V8C7的晶粒尺寸为5-15μm，优选为6-15μm，更优选为8-15μm。更进一步优选地，沿V8C7与基体的融合层纵向剖面，其厚度为123μm-1095μm，优选为300-1069μm；优选地，其中V8C7的体积分数为20％-85％，优选为50％-85％；优选地，V8C7的晶粒尺寸为5-20μm，优选为10-20μm。优选地，梯度复合涂层总厚度为145-1210μm，优选在400-1180μm。更优选地，衬板基体组织根据热处理方式不同可分为珠光体、马氏体、铁素体、贝氏体、奥氏体和索氏体中的一种或几种；优选地，该梯度复合涂层被施加于合金钢表面。本专利技术提供一种表面具有耐磨涂层的衬板的制备方法，包括如下步骤：1)先准备一钒板，优选地，其中钒的纯度控制在99.7-99.9％；更优选地，所述钒板的厚度控制在0.2-3mm；优选地，所述钒板先被加以表面处理；2)按照衬板尺寸，制作砂型；优选地，用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬树脂砂或潮模砂制作砂型。根据衬板的工作受力状况，其主要磨损的部位是衬板的上表面，据此在砂型底部衬板表面固定外部碳源，然后将钒板置于砂型底部衬板表面，使其与外部碳源紧密结合；3)将合金钢基材冶炼为钢液；4)将上述钢液浇入上述放置有钒板和外部碳源的砂型内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得衬板底部为合金钢基体，衬板上表面为与钒板的复合体；优选地，浇注温度控制在1500-1560℃；更优选地，浇注时间10-50秒为宜；进一步优选地，一分钟后，在冒口补浇；优选地，室温冷却；5)将浇铸完得到的衬板复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，最后随炉冷却至室温，从而在衬板表面形成耐磨涂层，而衬板基体仍为合金钢基体。其中，耐磨涂层为V2C致密陶瓷层。优选地，通过控制保温时间、保温温度获得该V2C致密陶瓷层；优选地，V2C致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。本专利技术还提供一种表面具有梯度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种衬板，在其表面具有耐磨涂层，其特征在于：所述耐磨涂层为V2C致密陶瓷层。

【技术特征摘要】
1.一种衬板，在其上表面具有耐磨涂层，其特征在于：所述耐磨涂层为V2C致密陶瓷层，其中，所述V2C致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界减少，并且原子排列比较有序的显微组织；沿V2C致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为7-25μm；其中V2C的体积分数大于80％；V2C晶粒尺寸为20-50μm。2.如权利要求1所述的衬板，其特征在于：沿V2C致密陶瓷层纵向剖面，其所述厚度为12-22μm；所述V2C的体积分数大于90％；所述V2C晶粒尺寸为30-50μm。3.如权利要求2所述的衬板，其特征在于：沿V2C致密陶瓷层纵向剖面，其所述厚度为15-20μm。4.一种衬板，在其表面具有梯度复合涂层，其特征在于：所述梯度复合涂层为碳化物涂层，包括依次呈梯度分布的V2C致密陶瓷层、微米V8C7致密陶瓷层、V8C7与基体的融合层，其中，所述V2C致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界减少，并且原子排列比较有序的显微组织；沿V2C致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为7-25μm；其中V2C的体积分数大于80％；V2C晶粒尺寸为20-50μm。5.如权利要求4所述的衬板，其特征在于：沿V2C致密陶瓷层纵向剖面，其所述厚度为12-22μm；所述V2C的体积分数大于90％；所述V2C晶粒尺寸为30-50μm。6.如权利要求5所述的衬板，其特征在于：沿V2C致密陶瓷层纵向剖面，其所述厚度为15-20μm。7.如权利要求4-6之一所述的衬板，其特征在于：沿微米V8C7致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为15-90μm；V8C7的体积分数大于70％；V8C7的晶粒尺寸为5-15μm。8.如权利要求7所述的衬板，其特征在于：沿微米V8C7致密陶瓷层纵向剖面，其所述厚度为40-88μm；所述V8C7的体积分数大于75％；所述V8C7的晶粒尺寸为6-15μm。9.如权利要求8所述的衬板，其特征在于：沿微米V8C7致密陶瓷层纵向剖面，其所述厚度为70-88μm，所述V8C7的晶粒尺寸为8-15μm。10.如权利要求4-6，8-9之一所述的衬板，其特征在于：沿V8C7与基体的融合层纵向剖面，其厚度为123μm-1095μm；其中V8C7的体积分数为20％-85％；V8C7的晶粒尺寸为5-20μm。11.如权利要求10所述的衬板，其特征在于：沿V8C7与基体的融合层纵向剖面，其所述厚度为300-1090μm；所述V8C7的体积分数为50％-85％；所述V8C7的晶粒尺寸为10-20μm。12.如权利要求4-6,8-9,11之一所述的衬板，其特征在于：梯度复合涂层总厚度为145-1210μm。13.如权利要求12所述的衬板，其特征在于：所述梯度复合涂层总厚度为400-1180μm。14.如权利要求4-6,8-9,11,13之一所述的衬板，其特征在于：基体组织根据热处理不同为珠光体、马氏体、铁素体、贝氏体、奥氏体和索氏体中的一种或几种。15.如权利要求14所述的衬板，其特征在于：该梯度复合涂层被施加于合金钢表面。16.一种如权利要求1-3之一所述衬板的制备方法，其特征在于：衬板表面具有耐磨涂层，包括如下步骤：1)先准备一钒板；2)按照衬板尺寸制作砂型，根据衬板的工作受力状况，其主要磨损的部位是衬板的上表面，据此在砂型底部衬板表面固定外部碳源，然后将钒板置于砂型底部衬板表面，使其与外部碳源紧密结合；3)将合金钢基体冶炼为钢液；4)将上述钢液浇入上述放置有钒板和外部碳源的砂型内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得衬板底部为合金钢基体，衬板上表面为与钒板的复合体；5)将浇注完得到的衬板复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，最后随炉冷却至室温，从而在衬板表面形成耐磨涂层，而衬板基体仍为合金钢基体；其中，耐磨涂层为V2C致密陶瓷层。17.如权利要求16所述的衬板的制备方法，其特征在于：在步骤1)中，钒的纯度控制在99.7-99.9％，所述钒板的厚度控制在0.2-3mm，所述钒板先被加以表面处理；在步骤2)中，用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬树脂砂或潮模砂制作砂型；在步骤4)中，浇注温度控制在1500-1560℃，浇注时间为10-50秒。18.如权利要求17所述的衬板的制备方法，其特征在于：在步骤4)中，浇注一分钟后，在冒...

【专利技术属性】
技术研发人员：许云华，叶芳霞，梁淑华，燕映霖，钟黎声，赵娜娜，王亮亮，邹军涛，肖鹏，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61