一种基于3d打印的钢基耐磨耐蚀涂层快速铸造制备方法_2

文档序号:9918190阅读:来源:国知局
密铸造制备方法,在步骤(4)中,所述的型壳脱蜡采用高压蒸汽法或高温闪烧法进行脱蜡。
[0023]优选地,基于3D打印的钢基耐磨耐蚀涂层快速精密铸造制备方法,在步骤(4)中,所述的型壳高温焙烧,是将脱蜡后的型壳直接送入高温焙烧炉内焙烧,焙烧时逐步增加炉温,将型壳加热至800?1100°C。
[0024]优选地,基于3D打印的钢基耐磨耐蚀涂层快速精密铸造制备方法,在步骤(5)中所述高温钢水为碳钢、合金钢、铸铁、不锈钢和镍、钴基高温合金中任一种,可在电弧炉或感应电炉中熔炼。
[0025]优选地,基于3D打印的钢基耐磨耐蚀涂层快速精密铸造制备方法,铸件表面耐磨耐蚀涂层厚度1-25mm。
[0026]优选地,基于3D打印的钢基耐磨耐蚀涂层快速精密铸造制备方法,铸件表面耐磨耐蚀涂层主要是由涂层粉体和钢水互扩散构成,铸件表面耐磨耐蚀涂层中WC颗粒总体积百分数为0-20%,TiC颗粒体积百分数为0-30%,合金渗碳体体积百分数为10-30%,γ-(Ni,Fe)固溶体体积百分数为10-30%,其余为钢水扩散凝固后构成的基体组织。
[0027]优选地,基于3D打印的钢基耐磨耐蚀涂层快速精密铸造制备方法,所述铸件表面耐磨耐蚀涂层硬度HRC55-69。
[0028]本发明的有益效果如下:
[0029](I)利用3D打印可实现形状复杂精密铸件的快速制造,且无需模具,它获得的产品接近于零件最后形状,可不加工或很少加工就直接使用。
[0030](2)制造出的复合材料铸件尺寸精度高,耐磨耐蚀涂层表面质量好且与钢铁基体冶金结合,且涂层结构设计具有充分的自由度;
[0031](3)制备的钢基表面耐磨耐蚀涂层复合材料铸件,在使用过程中既保证了基体材料的韧性,又提高了服役区域的高耐磨性和耐腐蚀性,提升产品的综合性能。所述铸件表面耐磨耐蚀涂层硬度HRC55-69。
[0032](4)整个生产工艺流程相对简单、可靠,基于3D打印可缩短零件的制造周期,降低铸件制造成本,提尚广品的研发开发效率;
[0033](5)特别适合于表面耐磨耐蚀且形状复杂的金属基复合材料快速制造,具有良好的产业化应用前景。
【具体实施方式】
[0034]实施例1:基于3D打印的钢基表面耐磨耐蚀涂层离心栗叶轮的制备。
[0035]首先绘制“离心栗叶轮”铸件的三维CAD实体模型,根据“离心栗叶轮”耐磨耐蚀工作截面轮廓线,绘制出具有涂层结构的“离心栗叶轮”铸件原型三维模型图,对其采用分层切片处理将三维CAD图转化为可被3D打印装置识别的片层图形文件。
[0036]称取粒度ΙΟΟμπι的Ni60合金粉600g、50ym的碳化钨粉100g、50ym的碳化钛粉210g、150μηι的络铁粉50g和硼砂40g,在球磨机中混合8h,制成耐磨耐蚀恪覆涂层粉料。
[0037]将混好的粉料加入到有机单体甲基丙烯酸羟乙酯浓度为50vol%的甲基丙烯酸羟乙酯-甲苯凝胶体系预混液中,再加入0.01wt%的油酸搅拌,制成固相含量约为55vol%的金属料楽。
[0038]将配制好的耐磨耐蚀涂层金属料浆打印材料和蜡模打印材料分别输送至金属浆体3D冷打印喷头和蜡模打印喷头;然后导入的片层图形文件,同步分区打印得到具有耐磨耐蚀涂层的离心栗叶轮铸件原型模型,涂层厚度4-6_。
[0039]将此铸件原型模型表面粘制蜡浇注系统后进行挂浆撒砂制壳,每挂一次由硅溶胶配制的涂料对应撒一层砂,面层砂选择80-100目的石英砂,等面层型壳干燥硬化后再次挂浆撒砂,第二层以后逐步采用粒度为0.3-1.0mm较粗的石英砂,如此重复5次挂浆并撒砂操作,然后封浆处理,待其干燥硬化后型壳制作完成。
[0040]将型壳快速放入900°C左右的焙烧炉中,使贴近型壳的熔模迅速熔化,脱蜡后的型壳在干燥的空气中经2h的自然干燥后,放入高温焙烧炉中,缓慢升温至1000°C,保温lh。
[0041]将焙烧好的型壳置于铁箱中,并用干石英砂填埋。将熔炼好的低合金钢钢水直接浇入型壳浇口杯,浇注温度为1530 ± 30 °C。
[0042]铸件冷却到室温后,放置到震动脱壳机上震动脱壳,切除浇冒口,进行表面喷砂处理,即得基于3D打印的钢基表面耐磨耐蚀涂层离心栗叶轮,耐磨耐蚀涂层与低合金钢基体呈冶金结合,表面质量好,涂层厚度为4?6mm,硬度52?62HRC。
[0043]实施例2:基于3D打印的钢基表面耐磨耐蚀涂层渣浆栗蜗壳的制备。
[0044]首先绘制“渣浆栗蜗壳”铸件的三维CAD实体模型,根据“渣浆栗蜗壳”服役过程中失效磨损区域,绘制出具有耐磨耐蚀涂层结构的“渣浆栗蜗壳”铸件原型三维模型图,对其采用分层切片处理将三维CAD图转化为可被3D打印装置识别的片层图形文件。
[0045]称取粒度50μπι的Ni60合金粉1200g、150ym的碳化钨粉420g、100ym的碳化钛粉200g、150ym的络铁粉10g和硼砂80g,在球磨机中混合10h,制成耐磨耐蚀恪覆涂层粉料。
[0046]将混好的粉料加入到有机单体甲基丙烯酸羟乙酯浓度为50vol%的甲基丙烯酸羟乙酯-甲苯凝胶体系预混液中,再加入0.0lwt %的油酸搅拌,制成固相含量约为50vol %的金属料楽。
[0047]将配制好的耐磨耐蚀涂层金属料浆打印材料和蜡模打印材料分别输送至金属浆体3D冷打印喷头和蜡模打印喷头;然后导入的片层图形文件,同步分区打印得到具有耐磨耐蚀涂层的渣浆栗蜗壳铸件原型模型,涂层厚度8-10mm。
[0048]将渣浆栗蜗壳原型模型表面粘制蜡浇注系统后进行挂浆撒砂制壳,每挂一次由硅溶胶配制的涂料对应撒一层砂,面层砂选择80-100目的石英砂,等面层型壳干燥硬化后再次挂浆撒砂,第二层以后逐步采用粒度为0.3-1.0mm较粗的石英砂,如此重复6次挂浆并撒砂操作,然后封浆处理,待其干燥硬化后型壳制作完成。
[0049]将型壳快速放入900°C左右的焙烧炉中,使贴近型壳的熔模迅速熔化,脱蜡后的型壳在干燥的空气中经3h的自然干燥后,放入高温焙烧炉中,缓慢升温至1000°C,保温2h。
[0050]将焙烧好的型壳置于铁箱中,并用干石英砂填埋。将熔炼好的高铬铸铁铁水直接浇入型壳浇口杯,浇注温度为1480 ± 30 °C。
[0051]铸件冷却到室温后,采用高压水脱壳,切除浇冒口,进行表面喷砂处理,即得基于3D打印的高铬铸铁基表面耐磨耐蚀涂层渣浆栗蜗壳,耐磨耐蚀涂层与高铬铸铁基体呈冶金结合,表面质量好,涂层厚度为8?10mm,硬度56?65HRC。
[0052]实施例3:基于3D打印的钢基表面耐磨耐蚀涂层烟气脱硫栗的制备。
[0053]首先绘制“烟气脱硫栗”的三维CAD实体模型,根据“烟气脱硫栗”耐磨耐蚀工作截面轮廓线,绘制出具有涂层结构的“烟气脱硫栗”铸件原型三维模型图,对其采用分层切片处理将三维CAD图转化为可被3D打印装置识别的片层图形文件。
[0054]称取粒度ΙΟΟμπι的Ni60合金粉600g、50ym的碳化钛粉250g、150ym的铬铁粉10g和硼砂50g,在球磨机中混合8h,制成耐磨耐蚀熔覆涂层粉料。
[0055]将预先混好的耐磨耐蚀熔覆涂层粉料加入到有机单体丙烯酰胺浓度为20^%的水基凝胶体系预混液中,再加入0.02wt%的油酸搅拌,并使用氨水将PH调节至10,制成固相含
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