摘要：水泥行业立磨、高效选粉机、燃烧器等设备中的耐磨件，采用高能离子注渗碳化钨材料，其耐磨性是堆焊或热喷涂碳化钨材料的5一6倍。
关键词：离子注渗 碳化钨 高耐磨性
0引言
水泥的原料和燃料，不但数量大，而且对设备磨损严重，使立磨、高效选粉机、燃烧器、收尘器内的零部件以及料斗、溜槽、辊轮等都需用耐磨材料制造。过去，这些零部件耐磨面大多采用堆焊或热喷涂碳化钨(以下简称WC)来抗磨，收到了一定效果，但耐磨性仍然偏低。如堆焊WC的立磨护板使用寿命最长的不会超过4个月;选粉机叶片、燃烧器中煤风管，在堆焊或热喷涂WC后使用寿命也达不到一个大修理期。这些零部件更换和维修频繁，使设备运转效率减低，增加了成本，制约了生产的发展。
为了提高这些设备的耐磨性，北京永固运通表面合金科技有限公司研制出WC—钢耐磨材料，它是在机械加工后的各种钢铁零部件的耐磨面上，通过高能离子注渗进WC, WC层达到1—1.5mm。，其中富集层达到0.3一0.5 mm。该材料具有高硬、高强、高韧及高的抗疲劳性，其耐磨性达到堆焊或热喷涂WC层的5一6倍。因此，高能离子注渗WC一钢耐磨产品倍受水泥行业工程界的青睐。
1使用效果
目前在水泥行业中离子注渗WC耐磨产品主要用于立磨、高效选粉机、多通道燃烧器的耐磨零部件，都取得了十分满意的使用效果。
1.1立磨而寸磨零部件
我国大型水泥企业，多采用立磨粉碎生料。这些立磨大部分从丹麦等国进口，该磨生料粉碎日产量大，使立磨内的护板、拉竿套、冷却水管等零部件磨损很快。如立磨里的内外护板，原在钢板上堆焊8一10 mm厚的WC，其使用寿命达不到4个月。现在钢板上注渗进WC,钢板内WC富集层为0.3一0.4 mm 。经华新、国投等水泥集团的长期使用，其寿命达到原堆焊WC耐磨板的6倍以上。
1.2高效选粉机耐磨零部件
选粉机是水泥生产的主要设备之一。为了提高选粉效率，高效选粉机逐步替代过去使用的低效选粉机。高效选粉机的旋转体速度和气流速度也要加大，要求选粉机内的许多零部件具有高的耐磨性。如某高效选粉机的叶片只有6 mm)享，过去采用热喷涂WC来解决，由于耐磨性不足，使高效选粉机达不到“高效”。现在改用6 mm厚钢板注渗WC，使用效果很好。天津水泥设计院仕名公司等单位制造的高效选粉机中的叶片、连接板、衬板、布料器、撒料盘等零部件都采用了离子注渗WC材料，使高效选粉机的使用寿命达到同类选粉机的5倍以上。
1.3多通道燃烧器零部件
水泥企业回转窑普遍采用各种二通、三通、四通或多通道燃烧器。燃烧器的煤风管、调节板等零部件磨损很快。特别是煤风管，它是由两种不同直径的钢管组成，直径大多在。219 mm以下，其长度均超过800 mm，大管里面，小管外面需要耐磨。由于径长比很小，不论堆焊或热喷涂WC，大管里面耐磨性均比小管外面耐磨性差，使煤风管寿命减少。现改用离子注渗WC，大小管耐磨面处处耐磨性一样，而且耐磨性大大提高。天津、武汉、扬州等地的燃烧器制造厂家都使用离子注渗、VC的煤风管，提高使用寿命5倍以上，使水泥企业在一个大修理期内无需更换煤风管，受到了用户的好评。
2效果分析
从立磨护板、选粉机叶片、燃烧器煤风管实际使用效果来看，离子注渗WC零部件比堆焊、喷涂WC的零部件的耐磨性高5一6倍。三种表面工艺都是以高耐磨的WC为抗磨载体，堆焊WC耐磨层最厚，大多为4—10 mm。离子注渗we富集层只有0.35 mm左右。为什么薄的比厚的更耐磨呢?这需要从各自WC层的形成工艺，WC层组织结构及耐磨机理加以说明。
目前堆焊WC的工艺大多数是手工氧—乙炔或电弧堆焊，也有用高频感应或宽带极堆焊的。普遍使用的热喷涂方法有火焰、电弧、等离子喷涂，还有超音速火焰喷涂、爆炸喷涂，后者质量虽好，但价格太高，一般机械很少采用。目前机械工程中的堆焊和喷涂基本上是人工操作，人为因素较多，工艺参数控制不严，WC分解脱炭严重，WC层内都存在较多孔隙和微裂纹。WC层与基体之间以机械结合为主，冶金结合为辅，宏观界面清晰可见(见图1) （略）。
高能离子注渗WC工艺是在真空下进行，对所有耐磨面同时进行离子注渗，工艺参数均由电脑控制。由于是通过比纳米还小的离子进行注渗，钢基体内的WC颗粒尺寸微小、数量众多、弥散分布，两者是冶金结合，梯度变化，没有宏观界面(见图2) （略）。
由于堆焊、喷涂、离子注渗WC的工艺不同，WC耐磨层宏观和微观组织结构也不同，使它们抵抗磨损的能力表现出很大的差距。
从高能离子注渗WC层的金相组织和硬度分布曲线(见图3)（略）来看，在这种组织结构中，WC和钢基体两者是优势互补，表面具有WC的高硬度、高耐磨性，心部则保持了所选钢基体原来的硬度、强度和韧性。在表面与心部之间还存在一个性能渐变的梯度过渡区，有效地避免了性能突变时可能引起的材料破坏。在WC富集层内，无数细小WC颗粒起着弥散强化的作用，使钢基体提高了强度和抗疲劳性能。在磨损工况下，基体强度的提高，就是增强了WC颗粒经受磨损的支持能力;抗疲劳性能的提高使WC颗粒崩裂脱落的危险大大减少。由于这些因素综合作用，使WC本身的抗磨能力得到了充分发挥，宏观表现出来的结果就是耐磨性很高。堆焊、热喷涂WC的耐磨层虽然很厚，但它与基体不是完全冶金结合，也没有过渡层，还有许多细小孔隙和微裂纹，还存在许多没有金属支持的WC聚合体。这一切使WC颗粒的支持能力减弱了。在剧烈磨损条件下，支持力不足的WC颗粒很快被磨掉，宏观表现出来的结果就是耐磨性差。所以堆焊、热喷涂形成的厚的WC层，远不如离子注渗的薄的WC层耐磨。
3结束语
现代水泥生产中的立磨、高效选粉机、燃烧器中许多耐磨零部件，过去大多采用堆焊或热喷涂WC来抗磨，耐磨效果尚可，但不理想。现用高能离子注渗WC耐磨层替代堆焊或热喷涂WC耐磨层，耐磨性提高了5—6倍，其技术经济效果十分显著。因此高能离子注渗WC耐磨材料值得在水泥行业耐磨设备中推广应用。
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