本發(fā)明涉及液壓破碎錘頭加工領(lǐng)域，具體而言，涉及一種液壓破碎錘頭及其制備方法。
背景技術(shù)：
液壓破碎錘簡(jiǎn)稱(chēng)"破碎錘"或"破碎器"，液壓破碎錘的動(dòng)力來(lái)源是挖掘機(jī)、裝載機(jī)或泵站提供的壓力，它能在工程施工中能更有效的破碎石塊和巖石，提高工作效率。選用液壓破碎錘的原則是根據(jù)挖掘機(jī)型號(hào)、作業(yè)的環(huán)境來(lái)選擇最適合的液壓破碎錘?？梢?jiàn)液壓破碎錘的應(yīng)用非常廣泛，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值較高。液壓破碎機(jī)錘頭是破碎錘的核心部件，其性能的優(yōu)劣直接影響破碎錘的應(yīng)用價(jià)值。
鑒于液壓破碎錘頭的實(shí)際應(yīng)用性，對(duì)液壓破碎錘頭的物理性能要求也比較高，比如其耐磨性、韌性以及防腐性均是在實(shí)際使用過(guò)程中需要考察的重要指標(biāo)，但是現(xiàn)在液壓破碎錘頭普遍防腐性能不佳，應(yīng)用時(shí)由于受到氧化物以及酸性氣體的侵蝕，會(huì)縮短液壓破碎錘頭的實(shí)際使用壽命，液壓破碎錘頭的其他物理性能比如韌性、強(qiáng)度等指標(biāo)也不是很理想，間接限制了其應(yīng)用的價(jià)值，使用范圍也會(huì)受到相應(yīng)的限制。
有鑒于此，特提出本發(fā)明。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的第一目的在于提供一種液壓破碎錘頭，所述液壓破碎錘頭通過(guò)在液壓破碎錘頭基體的表層附有無(wú)拼接焊縫、一體成型的金屬陶瓷層，防腐性能、韌性、強(qiáng)度等物理性能得到大幅度提升，穩(wěn)定性好。
本發(fā)明的第二目的在于提供一種所述的液壓破碎錘頭的制備方法，該制備方法具有方法簡(jiǎn)單，操作方便，制作過(guò)程中通過(guò)將3D技術(shù)結(jié)合使用金屬陶瓷復(fù)合材料在液壓破碎錘頭基體表面形成了具有梯度結(jié)構(gòu)的金屬陶瓷層，防腐性能佳。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：
本發(fā)明實(shí)施例提供了一種具有超強(qiáng)防腐耐磨性能的液壓破碎錘頭，這種液壓破碎錘頭包括液壓破碎錘頭基體，液壓破碎錘頭基體的表面覆有具有梯度結(jié)構(gòu)的金屬陶瓷層，其中金屬陶瓷層主要由以下原料通過(guò)3D打印機(jī)噴涂形成：以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，鉻10-30份，硅5-12份，鐵30-40份，碳5-13份，鎳30-40份，鉬1-2份，鎢1-2份，即在液壓破碎錘頭基體的表面通過(guò)3D打印技術(shù)形成金屬陶瓷層，而且這種金屬陶瓷層并非普通的混合雜亂無(wú)章的復(fù)合材料，而是呈梯度排列的金屬陶瓷材料，這種結(jié)構(gòu)的金屬陶瓷層防腐性能佳，耐磨性能優(yōu)異，同時(shí)綜合性能好穩(wěn)定性佳，提高了液壓破碎錘頭的使用壽命。這種梯度排列的技術(shù)陶瓷層實(shí)際由金屬層、金屬陶瓷復(fù)合層以及陶瓷層三層呈梯度排列組成，更優(yōu)的三層的排列順序?yàn)椋貉厮鲆簤浩扑殄N頭基體由內(nèi)至外依次為金屬層、金屬陶瓷復(fù)合層、陶瓷層。由于這種結(jié)構(gòu)的陶瓷金屬材料微觀結(jié)構(gòu)沿某一個(gè)或某幾個(gè)特定的方向呈連續(xù)變化，從而消除了由于金屬和陶瓷物性參數(shù)的巨大差異而在材料內(nèi)部產(chǎn)生的熱應(yīng)力界面，達(dá)到緩和熱應(yīng)力和耐熱隔熱的目的，因此，這種具有梯度結(jié)構(gòu)的金屬陶瓷功能材料具有十分強(qiáng)大的耐磨與防腐特性，本發(fā)明特意將3D技術(shù)應(yīng)用到金屬陶瓷復(fù)合材料上才能制備出具有特殊結(jié)構(gòu)的金屬陶瓷層，較以往的金屬與陶瓷雜亂無(wú)章的進(jìn)行混合的復(fù)合材料的耐磨性能以及防腐性能均較優(yōu)，能夠達(dá)到這樣的效果與發(fā)明人選擇了具有這種較優(yōu)結(jié)構(gòu)的金屬陶瓷層作為耐磨保護(hù)層覆于液壓破碎錘頭基體表面是分不開(kāi)的。其中金屬層位于最內(nèi)層能夠更好的起到防腐效果，不易被腐蝕。
現(xiàn)有技術(shù)中，液壓破碎錘的應(yīng)用非常廣泛，動(dòng)力來(lái)源是挖掘機(jī)、裝載機(jī)或泵站提供的壓力，它能在工程施工中能更有效的破碎石塊和巖石，提高工作效率。選用液壓破碎錘的原則是根據(jù)挖掘機(jī)型號(hào)、作業(yè)的環(huán)境來(lái)選擇最適合的液壓破碎錘，但是實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中液壓破碎錘頭的各方面物理性能不佳，制約了其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本發(fā)明為了解決以上出現(xiàn)的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種防腐耐磨的液壓破碎錘頭，這種液壓破碎錘頭具有優(yōu)異的性能。
其中，制備金屬陶瓷層的原材料中，因?yàn)殂t和碳的熔點(diǎn)較高，在3D打印噴涂的過(guò)程中，鉻和碳形成硬質(zhì)相碳化鉻，成為該金屬陶瓷層主要的耐磨成分，從而提高了液壓破碎錘頭本身的耐磨性能，鐵、鎳的熔點(diǎn)相對(duì)較低，在3D打印噴涂的過(guò)程中通過(guò)液相燒結(jié)，能夠加快金屬陶瓷層的成型，而且在成形的過(guò)程中，鐵、鎳的內(nèi)部原子顆粒會(huì)進(jìn)行重新整合排列，晶粒尺寸也會(huì)得到控制，進(jìn)而優(yōu)化鐵、鎳以及生成的化合物的顯微結(jié)構(gòu)和性能，提高金屬陶瓷層的工藝加工性能，同時(shí)，在成形的過(guò)程中，能夠填補(bǔ)大的顆粒物質(zhì)之間的空隙，避免成形的金屬陶瓷層出現(xiàn)缺陷，并且與液壓破碎錘頭基體之間形成少量化合物，提高與液壓破碎錘頭基體之間的結(jié)合力。非金屬材料成分硅可以提高材料成分的浸潤(rùn)性能和擴(kuò)散速度，通過(guò)3D打印噴涂，使金屬陶瓷材料與液壓破碎錘頭基體形成冶金反應(yīng)，有很高的結(jié)合強(qiáng)度，可以在液壓破碎錘頭基體表面形成致密的金屬陶瓷層，不易從液壓破碎錘頭基體表面上脫落，減少了因涂層脫落造成的液壓破碎錘頭的提前報(bào)廢。而且因?yàn)楣杈哂辛己玫膶?dǎo)熱性能，能夠提高金屬陶瓷層的導(dǎo)熱性能，使得金屬陶瓷層在較高的工作溫度下不易開(kāi)裂，提高了其使用壽命。而過(guò)渡金屬鉬能夠全面提高金屬陶瓷層的耐磨性能和耐腐蝕性能，鎢尤其能夠提高金屬陶瓷層的穩(wěn)定性，使其在高溫環(huán)境中使用也不會(huì)輕易被氧化或者被腐蝕。可見(jiàn)這些原料組分的效果的發(fā)揮也有賴(lài)于3D技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用。
另外，原料中每個(gè)組分的加量均是有具體的限制要求的，因?yàn)樵诨瘜W(xué)反應(yīng)領(lǐng)域中，均知曉化合物之間會(huì)因?yàn)榧尤肓康牟煌瑫?huì)生成不同的產(chǎn)物，當(dāng)鉻和碳的加入量過(guò)大時(shí)，金屬陶瓷層的耐磨性能雖高，但是在使用中，由于長(zhǎng)時(shí)間的摩擦產(chǎn)生的熱量較多，容易產(chǎn)生崩裂。如果加入量過(guò)少，其耐磨性能就會(huì)欠缺。而鐵和鎳的加入量過(guò)多時(shí)，在高溫下其晶粒容易過(guò)大，進(jìn)而造成金屬陶瓷層的脆性較大，容易斷裂。而加入量過(guò)少時(shí)，金屬陶瓷層在成形過(guò)程中，容易產(chǎn)生空隙缺陷。而硅能夠提高金屬陶瓷層的導(dǎo)熱性，但是，加入過(guò)多時(shí)會(huì)減弱金屬陶瓷層的穩(wěn)定性能，其與空氣中的氧化物容易發(fā)生反應(yīng)，而加入量過(guò)少時(shí)會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)熱性能變差?？梢?jiàn)原料中每一個(gè)組分的選取以及組分的用量多少對(duì)于本發(fā)明的產(chǎn)品而言均是特定的，缺少任何一種原料或者其中某一原料用量過(guò)大或過(guò)小均會(huì)影響到金屬陶瓷層的性能，從而影響液壓破碎錘頭的使用壽命以及實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，因此只有以本發(fā)明的特定原料以及配合3D打印技術(shù)制備出的金屬陶瓷層才具有良好的性能。
經(jīng)測(cè)定本發(fā)明所形成的金屬陶瓷層的洛氏硬度標(biāo)準(zhǔn)C(HRC)達(dá)到80-95之間，而42CrMo一般在HRC50以下，現(xiàn)有技術(shù)中常用的鎳基耐磨合金如Ni-Cr合金、Ni-Cr-Mo合金、Ni-Cr-Fe合金、Ni-Cu合金、Ni-P和Ni-Cr-P合金、Ni-Cr-Mo-Fe合金等，一般在HRC60以下，可見(jiàn)本發(fā)明采用3D技術(shù)形成的金屬陶瓷層切實(shí)提高了液壓破碎錘頭的耐磨性能。
為了提高原料使用的準(zhǔn)確率，進(jìn)而提高產(chǎn)品的品質(zhì)，形成金屬陶瓷層的各原料的使用量?jī)?yōu)選為：以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，鉻15-25份，硅7-10份，鐵32-38份，碳6-10份，鎳30-37份，鉬1.2-1.8份，鎢1.2-1.8份。
更優(yōu)化地，以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，各原料的用量為：鉻20份，硅7份，鐵31份，碳7份，鎳35份，鉬1.6份，鎢1.6份。
本發(fā)明實(shí)施例除了提供一種液壓破碎錘頭，還提供了該液壓破碎錘頭的制備方法，包括如下步驟：
(A)將制成所述金屬陶瓷層的所有原料混合攪拌均勻制成混合粉末；
(B)采用3D打印機(jī)產(chǎn)生的高能粒子束對(duì)所述混合粉末激光熔化后，再采用3D打印機(jī)噴涂于所述液壓破碎錘頭基體表面，即可。
在該工藝方法中，采用3D打印機(jī)產(chǎn)生的高能粒子束將混合粉末熔化，熔化后采用3D打印機(jī)噴涂于所述液壓破碎錘頭基體表面，最終制成成品，這種高能粒子束本身熔化效率高，光束質(zhì)量好，工作穩(wěn)定。該工藝方法簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量好，為制作防腐耐磨液壓破碎錘頭降低了制作成本。同時(shí)因?yàn)檫€具有很好地工藝加工性能，并且成形后的穩(wěn)定性高，在實(shí)際應(yīng)用中，比現(xiàn)有的液壓破碎錘頭的使用壽命長(zhǎng)5倍以上。據(jù)測(cè)試，該液壓破碎錘頭連續(xù)使用，至少能夠使用5年以上。而現(xiàn)有技術(shù)中使用的液壓破碎錘頭在不連續(xù)使用的前提下，基本上使用1年之后就必須更換，使用成本高。所以，和現(xiàn)有的液壓破碎錘頭相比，性能更加優(yōu)良，使用壽命長(zhǎng)，而且工藝制作成本低，有利于大規(guī)模生產(chǎn)以及大范圍使用。
通過(guò)利用3D打印技術(shù)噴涂的金屬陶瓷層除了具有梯度形狀的優(yōu)良結(jié)構(gòu)，使得金屬陶瓷層貼附性能更強(qiáng)，不易脫落，更加牢固，而且是一體成型，無(wú)任何拼接縫隙，這樣在日后使用過(guò)程中穩(wěn)定性能更好，不易被侵蝕，這種優(yōu)勢(shì)是現(xiàn)有技術(shù)中任何一種噴涂技術(shù)無(wú)法比擬的，是發(fā)明人結(jié)合本發(fā)明的實(shí)際情況特意選用的一種技術(shù)。只有采用本發(fā)明的制備方法配合特殊的金屬陶瓷配方才能達(dá)到這樣的效果。
提高液壓破碎錘頭性能的同時(shí)，為了提高液壓破碎錘頭的使用效率并控制使用成本，在液壓破碎錘頭基體表面的金屬陶瓷層的厚度控制為1.5-1.8mm即可，優(yōu)選地，可以控制在1.6-1.7mm之間。
為了提高高能粒子束熔化過(guò)程的穩(wěn)定性，高能粒子束的能量密度最好控制在90-120J/mm2之間，激光熔化的時(shí)間控制在2-3min，而且在熔化過(guò)程中要保證分布的均勻性，激光熔化的時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)也不能過(guò)短，過(guò)長(zhǎng)會(huì)使得金屬陶瓷層形成過(guò)多地雜質(zhì)物質(zhì)，而且一些生成的化合物的晶粒在高溫長(zhǎng)時(shí)間高能量熔融狀態(tài)下會(huì)快速長(zhǎng)大，進(jìn)而導(dǎo)致金屬陶瓷層易脆斷，進(jìn)而影響金屬陶瓷層的品質(zhì)。而熔化時(shí)間過(guò)短時(shí)，原料不能充分地完全反應(yīng)完畢，最終產(chǎn)品為不合格產(chǎn)品。因此更優(yōu)選地，激光熔化的時(shí)間最好2min左右。
為了提高金屬陶瓷層的致密性，混合粉末的目粒度最好控制在200目以上，優(yōu)選200-300目。
為了提高金屬陶瓷層的均一性，所有原料混合攪拌的攪拌速率控制在100-300rad/min，優(yōu)選200rad/min。攪拌速率不能太快，會(huì)破壞原料中各個(gè)成分的有效成分，影響實(shí)際應(yīng)用效果，攪拌速率也不能過(guò)慢達(dá)不到混合攪拌均勻的目的。
和現(xiàn)有技術(shù)中的液壓破碎錘頭相比，本發(fā)明提供的防腐耐磨液壓破碎錘頭，不僅耐磨性能好，而且綜合性能穩(wěn)定，連續(xù)使用的前提下，其使用壽命至少為5年以上，提高了液壓破碎錘頭的工作效率，同時(shí)也降低了成本。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
(1)本發(fā)明提供了一種液壓破碎錘頭，該液壓破碎錘頭在液壓破碎錘頭基體的表層附有無(wú)拼接焊縫、一體成型的金屬陶瓷層，防腐性能、韌性、強(qiáng)度等物理性能得到大幅度提升，且這種金屬陶瓷層具有獨(dú)特的梯形結(jié)構(gòu)，消除了由于金屬和陶瓷物性參數(shù)的巨大差異而在材料內(nèi)部產(chǎn)生的熱應(yīng)力界面，達(dá)到緩和熱應(yīng)力和耐熱隔熱的目的，穩(wěn)定性提高；
(2)本發(fā)明通過(guò)將3D技術(shù)應(yīng)用到金屬陶瓷材料領(lǐng)域，通過(guò)在3D打印噴涂的過(guò)程中，能夠使得金屬陶瓷原料的各組分充分發(fā)揮作用，從而提升金屬陶瓷的性能，最終提升液壓破碎錘頭的應(yīng)用價(jià)值，這種技術(shù)值得大范圍的推廣應(yīng)用；
(3)本發(fā)明的液壓破碎錘頭的制備方法采用3D打印機(jī)產(chǎn)生的高能粒子束將混合粉末熔化，熔化后采用3D打印機(jī)噴涂于所述液壓破碎錘頭基體表面，最終制成成品，這種高能粒子束本身熔化效率高，光束質(zhì)量好，工作穩(wěn)定；
(4)本發(fā)明的液壓破碎錘頭的制備方法創(chuàng)造性的采用了3D打印技術(shù)結(jié)合金屬陶瓷復(fù)合材料制備技術(shù)，這種結(jié)合在液壓破碎錘頭加工領(lǐng)域尚屬首創(chuàng)，大大延長(zhǎng)了液壓破碎錘頭的使用壽命，使得液壓破碎錘頭的性能得到了大幅度的提升，本發(fā)明制備出的液壓破碎錘頭連續(xù)使用，至少能夠使用5年以上，而現(xiàn)有技術(shù)中使用的液壓破碎錘頭在不連續(xù)使用的前提下，基本上使用1年之后就必須更換，使用成本高，本發(fā)明的技術(shù)充分降低了使用成本，擴(kuò)大了液壓破碎錘頭的應(yīng)用范圍，創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，下列實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過(guò)市售購(gòu)買(mǎi)獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
實(shí)施例1
液壓破碎錘頭的制備方法如下：
將鉻10g，硅5g，鐵30g，碳5g，鎳30g，鉬1g，鎢1g混合攪拌均勻制成目粒度為200目以上的金屬陶瓷混合粉末，利用3D打印機(jī)產(chǎn)生高能粒子束實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬陶瓷混合粉末熔化，其中高能粒子束的能量密度為90J/mm2，激光熔化的時(shí)間為2min，熔化完畢后將金屬陶瓷采用3D打印機(jī)噴涂到液壓破碎錘頭基體的鋼材表面上，形成致密的金屬陶瓷層，一體成型，無(wú)拼接縫隙，穩(wěn)定性更強(qiáng)。
實(shí)施例2
液壓破碎錘頭的制備方法如下：
將鉻30g，硅12g，鐵40g，碳13g，鎳40g，鉬2g，鎢2g混合攪拌均勻制成目粒度為300目的金屬陶瓷混合粉末，混合速率控制在300rad/min，利用3D打印機(jī)產(chǎn)生高能粒子束實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬陶瓷混合粉末熔化，其中高能粒子束的能量密度為100J/mm2，激光熔化的時(shí)間為3min，熔化完畢后將金屬陶瓷采用3D打印機(jī)噴涂到液壓破碎錘頭基體的鋼材表面上，形成致密的金屬陶瓷層，金屬陶瓷層的厚度為1.6mm，沿所述液壓破碎錘頭基體由內(nèi)至外依次為金屬層、金屬陶瓷復(fù)合層、陶瓷層三層組成，一體成型，無(wú)拼接縫隙，穩(wěn)定性更強(qiáng)。
實(shí)施例3
液壓破碎錘頭的制備方法如下：
將鉻15g，硅7g，鐵32g，碳6g，鎳30g，鉬1.2g，鎢1.2g混合攪拌均勻制成目粒度為200目的金屬陶瓷混合粉末，混合速率控制在100rad/min，利用3D打印機(jī)產(chǎn)生高能粒子束實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬陶瓷混合粉末熔化，其中高能粒子束的能量密度為120J/mm2，激光熔化的時(shí)間為2.5min，熔化完畢后將金屬陶瓷采用3D打印機(jī)噴涂到液壓破碎錘頭基體的鋼材表面上，形成致密的金屬陶瓷層，金屬陶瓷層的厚度為1.7mm，沿所述液壓破碎錘頭基體由內(nèi)至外依次為陶瓷層、金屬陶瓷復(fù)合層、金屬層三層組成，一體成型，無(wú)拼接縫隙，穩(wěn)定性更強(qiáng)。
實(shí)施例4
液壓破碎錘頭的制備方法如下：
將鉻25g，硅10g，鐵38g，碳10g，鎳37g，鉬1.8g，鎢1.8g混合攪拌均勻制成目粒度為250目的金屬陶瓷混合粉末，混合速率控制在300rad/min，利用3D打印機(jī)產(chǎn)生高能粒子束實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬陶瓷混合粉末熔化，其中高能粒子束的能量密度為110J/mm2，激光熔化的時(shí)間為3min，熔化完畢后將金屬陶瓷采用3D打印機(jī)噴涂到液壓破碎錘頭基體的鋼材表面上，形成致密的金屬陶瓷層，金屬陶瓷層的厚度為1.8mm，沿所述液壓破碎錘頭基體由內(nèi)至外依次為陶瓷層、金屬陶瓷復(fù)合層、金屬層三層組成，一體成型，無(wú)拼接縫隙，穩(wěn)定性更強(qiáng)。
實(shí)施例5
液壓破碎錘頭的制備方法如下：
將鉻20g，硅7g，鐵31g，碳7g，鎳35g，鉬1.6g，鎢1.6g混合攪拌均勻制成目粒度為200目的金屬陶瓷混合粉末，混合速率控制在250rad/min，利用3D打印機(jī)產(chǎn)生高能粒子束實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬陶瓷混合粉末熔化，其中高能粒子束的能量密度為100J/mm2，激光熔化的時(shí)間為3min，熔化完畢后將金屬陶瓷采用3D打印機(jī)噴涂到液壓破碎錘頭基體的鋼材表面上，形成致密的金屬陶瓷層，金屬陶瓷層的厚度為1.5mm，沿所述液壓破碎錘頭基體由內(nèi)至外依次為金屬層、金屬陶瓷復(fù)合層、陶瓷層三層組成，一體成型，無(wú)拼接縫隙，穩(wěn)定性更強(qiáng)。
實(shí)驗(yàn)例1
將市售普通的液壓破碎錘頭與通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施例2-3的制備方法制備出的液壓破碎錘頭的性能進(jìn)行比較，具體結(jié)果見(jiàn)下表1。
表1性能參數(shù)比較
從表1中可以看出，本發(fā)明制備出的液壓破碎錘頭避免了以往同類(lèi)產(chǎn)品容易受環(huán)境中的酸性氣體以及氧化物質(zhì)腐蝕，防腐性能以及強(qiáng)度均得到了大幅度的提升，穩(wěn)定性能好，擴(kuò)大了其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
盡管已用具體實(shí)施例來(lái)說(shuō)明和描述了本發(fā)明，然而應(yīng)意識(shí)到，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以作出許多其它的更改和修改。因此，這意味著在所附權(quán)利要求中包括屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些變化和修改。