[发明专利]一种具有仿生耐磨复合涂层的磨辊及其制备工艺

说明书

  

技术领域

本发明涉及粉磨用的磨辊,特别是一种具有仿生耐磨复合涂层的磨辊及其制备工艺。 

背景技术

粉磨装备是冶金、矿山、水泥、电力、化工、煤炭、建材、陶瓷和耐火材料等行业矿物碎矿和磨矿加工中所广泛使用的重要的大型装备之一，而磨辊与挤压辊是粉磨设备的的关键部件和主要磨损易耗件，我国年消耗量达120多万吨。因此，寻求改进磨辊材质、提高寿命，降低能耗和辊耗成为许多领域科技工作者共同追求的目标，受到世界各国的重视。 

目前，在国内一般采用高硬度、高耐磨性、高耐冲击性的焊丝材料对磨辊表面进行堆焊处理，可以堆焊出母体材料难以获得、甚至无法获得的性能优异的表面层或不同图案的表面拉花，显著提高磨辊的耐磨性。磨辊表面磨损后，可进行10 次以上的重新堆焊处理，降低了成本又提高了生产效率，但却为辊子的再修复加工带来了难题。具有超强、高韧性和高耐磨性的材料很难加工，且修复加工量大，工人的劳动强度大、作业环境差，而且修复加工效率也不高。加工后工件还常有夹碳、渗碳、圆度误差大等问题，因此，寻找一种更有效的方法提高辊子的耐磨性和疲劳寿命，是急需解决的技术难题，具有重要的实际意义。 

在国内外，除寻求新型抗磨料磨损材料和从结构上进行合理的设计外，表面硬化(表面改性)则是提高机械部件质量、延长使用寿命、改善使用性能的重要方法。目前，常用的表面硬化技术有化学、激光、电子束热处理、堆焊、喷涂、沉积、镀层等。由于硬化层厚度较薄，降低了地面机械部件在磨料磨损的工况下使用的有效性。并且，工程材料表面硬度的提高也是有限的。因此，本发明提出一种具有仿生耐磨复合涂层的水泥磨辊及制备工艺。 

自然界中多种生物在有磨损发生的环境中生存，其体表及内部微观结构对沙粒等硬物的磨损具有与生俱来的耐受能力。随着仿生学研究的不断深入，研究人员发现，生物体适应外部环境所呈现的各种功能，不是单一因素的作用或多个因素作用的简单相加，而是由多种互相依存、互相影响的因素通过一定的机制耦合、协同作用的结果。例如，生物体所呈现的减阻、耐磨、抗疲劳等功能，即是通过生物体多因素的耦合作用得以实现的，即生物体的不同形态、结构、材料构成等，通过彼此之间的耦合作用而达到生物功能最优化、对环境适应最佳化和能量消耗最低化。 

研究发现，生物体表普遍存在几何非光滑特征，即一定几何形状的结构单元随机地或规律地分布于其体表某些部位，其结构单元的形状有鳞片形、凸包形、凹坑形、刚毛形和波纹形等。因此，受生物体结构和功能的启发，基于典型生物体表的耐磨形态、结构、材料等因素的生物耦合现象，通过仿生耦合设计的相似性原则，对仿生耦合单元体的形状、尺寸、分布规律、数量等几何参数进行优化设计，利用焊接技术在磨辊表面进行处理，制备仿生耐磨复合涂层，提高磨辊表面的耐磨性能和粉磨效果，有效提高磨辊的使用寿命，发明一种粉磨用的磨辊。 

发明内容

本发明的目的是解决现有磨辊存在的上述问题，提供一种具有仿生耐磨复合涂层的磨辊及其制备工艺，使其具有良好的耐磨性能，获得较高的使用寿命和粉磨综合效能。 

本发明具有仿生耐磨复合涂层的磨辊是由仿生耦合强化层、强化层下部的耐磨层、过渡层和具有较好韧性的芯部材料复合而成，配以适当的仿生设计与制备手段，在磨辊表面获得具有毫米级的凸包、条纹、波纹、网格或鳞片的仿生耦合表面形态，以及嵌入式表层结构和不同成分的多层材料。 

本发明的具体技术方案是： 

一种具有仿生耐磨复合涂层的磨辊及其制备工艺，由仿生耐磨复合涂层和具有韧性的芯部材料复合而成，仿生耐磨复合涂层由仿生强化层、强化层下部的耐磨层、过渡层组成。

所述仿生强化层是具有毫米级的凸包、条纹、波纹、网格或鳞片状非光滑形态和嵌入式结构协同作用的仿生耦合表面，由含如下成分(wt%) 的含铌高铬铸铁耐磨焊丝堆焊而成，焊丝成分范围如下：20～27% Cr，3.5～5.5% C，5%～7%Nb，0.3～1.0%Si，0.5～1.3%Mn，0.3～0.9%B，0.12～0.3%Ti，0.05～0.20Ce，0.02～0.10La，余量为Fe ；耐磨层成分与强化层一致，由焊接材料堆焊制成；仿生磨辊过渡层是由如下成分(wt%) 的高铬奥氏体焊接材料堆焊而成，材料成分范围如下：14～17Cr%,9～15%Mn, 0.7～1.5% C, 1～2.3%Si,2～5Ni%，0.014%P，余量为Fe。 

所述磨辊仿生耐磨涂层表面形态为3～30 毫米的凹坑状或凸包状、条纹状、波纹状、网格状的非光滑形态或由其中2种或二种以上不同非光滑形态组合而成。