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桨叶是塑料行业中混料设备的主要结构部件,其耐磨性能和耐蚀性能的高低直接影响到设备的使用寿命。当前国内制造混料设备的桨叶大都采用普通奥氏体不锈钢。奥氏体不锈钢虽然耐蚀性高,塑性、韧性和低温韧性好,但是硬度较低,耐磨性不好,桨叶的使用寿命较短。因此,研发一种高性能的桨叶对于提高混料设备的在机使用时间和材料利用率有重要意义。
本文针对高速混合机桨叶耐磨性低的不足,提出了激光表面陶瓷合金化提高其耐磨性的新途径,在1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢基体上利用激光合金化技术熔化了Mn+碳化物陶瓷硬质相粉末,探索了利用激光表面合金化技术强化高速混合机桨叶的工作层的实现途径,并且研究了合金化层的显微组织、物相、显微硬度分布和腐蚀、磨损行为,得出的主要结论如下:
1)在1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢表面制备了Mn+Al2O3硬质相复合合金化涂层。合金化层与基体实现冶金结合,是典型的枝晶组织,由奥氏体枝晶和共晶组织组成;桨叶工作层的显微硬度分为激光合金化层、热影响区、基体三个级别,由表及里依次降低。其中基体的显微硬度为204HV0.1,合金化层的最大硬度达到440.8HV0.1,是基体的2.1倍。XRD数据表明激光合金化层主要由奥氏体(A)、Al2O3、Cr7C3、Mn7C3和Mn2O3组成;合金化层的耐磨损性能较基体显著提高,由于在磨损中作为硬质相的Al2O3和Cr7C3可以作为主要的承载体承受外界载荷的力学作用,减小磨粒对奥氏体基体的犁削作用,而塑性优良的奥氏体基体可以牢牢固定硬质相颗粒,防止其从合金化层中脱落;激光合金化层和基体腐蚀原理相同,主要发生了点蚀和晶间腐蚀,但合金化层的耐蚀性能弱于基体,因为Mn和硬质相的添加对腐蚀性能起到部分消极作用;
2)在1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢表面制备了Mn+NiWC硬质相复合合金化涂层,合金化层与基体实现冶金结合;XRD数据表明激光合金化层主要物相有铁锰合金、WC、W2C、Fe3WaC、Fe6W6C和MnO;激光合金化层的显微硬度最大达到664.4HV0.1,是基体的3.3倍,最大硬度出现在合金化层的次表层;激光合金化层的耐磨性较基体显著提高,相对耐磨性为3.64;
3)以江苏联冠科技发展有限公司生产的SHR系列高速加热混合机所配套的桨叶的上浆为试验对象,工艺参数利用前面试验所取得的经检验的正交优化数据,制备经激光强化后的桨叶,目前在实际运行中的表现良好。经激光处理的一边桨叶的的刃口处较一边不做任何处理的刃口处所出现犁沟明显较少。