各种耐磨材料在水泥行业的运用

随着新工艺、新装备的发展应用，如：立磨辊、盘，辊压机辊面，V型及其它各种选粉机风管、导风叶、撒料盘，风机叶轮、壳体，螺旋输送机叶片，溜槽，料仓等，铸造耐磨材料的应用受到限制，非铸造耐磨材料如：耐磨钢板、复合钢板、硬面堆焊、耐磨陶瓷片、耐磨陶瓷涂料、超高分子量聚乙烯板、环纳复合板等得到更广泛的应用。

6.1 耐磨钢板

耐磨钢板以瑞典钢铁奥克隆德有限公司（SSAB）生产的HARDOX为代表。耐磨钢板在许多不适宜采用铸造耐磨材料时体现出其优越性：硬度高，最高硬度已达HB600；韧性好，HARDOX600冲击韧性可达24J，比同等硬度的铸造合金高很多；可焊接；可机加工、弯曲与剪切，弯曲性能好，20mm厚的HARDOX500钢板可弯曲半径为80mm，有利于卷制半径较小的工件。

表6-1HARDOX耐磨钢板主要性能

注：R－弯曲半径，t－钢板厚度。

但是，耐磨钢板的缺陷是不能用于＞200℃的场合，因晶粒长大导致硬度下降。

6.2 硬面堆焊耐磨复合钢板

复合钢板是在基板表面上堆焊一层过共晶高铬合金耐磨层而构成的复合耐磨材料。软基板与硬面层的复合，带来诸多优点：硬度高，耐磨性优异；可焊接，其硬面磨损后可反复堆焊多次，基板可与其它构件焊接；可冷弯成型；可切割，因硬面层中含有大量碳化物，故火焰无法切割，只能用等离子、激光束或高压水枪切割。

表6-2复合钢板的主要化学成分及性能

注：最小弯曲半径为硬面层朝内的数值。若硬面层朝外，弯曲半径×2。

复合钢板与HADOX钢板两者各有特长，从耐磨性比较，前者硬面层中含有硬度达HV1600的M7C3型碳化物，即使硬度相同，耐磨性远优于后者；从耐热性比较，前者在500℃下硬度基本不下降，耐热性优于后者；从工艺性比较，后者优于前者。

表6-3复合钢板和耐磨钢板技术经济指标对比

6.3 硬面堆焊技术

目前国内的硬面堆焊技术发展很快，除复合钢板外，在立磨辊、盘上的应用取得突破性进展，与铸造辊、盘相比，具有较大优势：可在各种金属材料（碳钢、铸铁、高铬铸铁、镍硬铸铁、高锰钢等）表面堆焊；对磨损后的高铬铸铁或镍硬铸铁立磨辊、盘进行在线或离线修复堆焊（离线修复的质量优于在线修复），可反复堆焊数次；修复一次的费用约相当于进口磨辊的1/3，国产磨辊的1/2；用碳钢铸造磨辊、盘的基体，预留尺寸后表面堆焊成成品，与整体铸造的磨辊、盘相比，售价略低，耐磨性更优。

硬面堆焊技术在辊压机辊面、大型破碎机高锰钢锤头、螺旋输送机叶片、风机叶轮、选粉机导风叶等众多抗磨损部件上都有其独特的优势。

6.4 冲刷磨损条件下的耐磨材料

气固两相流冲刷磨损条件下，耐磨材料的选择与冲蚀角有关。小冲蚀角时，

以切削为主，应提高材料的硬度，此时选择陶瓷

类材料最合适；大冲蚀角时，应提高材料的

韧性或变形能力，吸收其冲击功，此时选择

高硬度金属材料或橡胶为宜。见右图。

因此，在高浓度含尘气流的冲刷磨损工

况下，宜选择使用耐磨陶瓷片或耐磨陶瓷涂料。

6.4.1 耐磨陶瓷片

以Al2O3为主要原料，稀有金属氧化物为溶剂，经1700℃焙烧成为95 Al2O3刚

玉陶瓷。硬度达HRA85-90（HRC67-73，莫氏硬度8.5），耐磨性达碳钢的20倍以上。重量轻，设备负荷小。刚玉陶瓷密度3.6g/cm3。表面光滑，摩擦系数非常小。吸水率低，不易粘粉料。

Al2O3是两性材料，耐酸、碱化学腐蚀；熔点高达2000℃，抗高温性能好，但粘接剂在高温下会老化，AD-504A胶＜110℃，无机硅胶＜350℃。

陶瓷片可制成燕尾槽式条块互卡互压，加强与设备的粘接强度。

6.4.2 耐磨陶瓷涂料

在使用温度高、工件形状复杂等不适宜采用耐磨陶瓷片的情况下，应选择耐磨陶瓷涂料。

耐磨陶瓷涂料由骨料和结合系统组成。骨料的硬度和密度决定涂料的耐磨性。骨料有高铝钒土熟料（主要含刚玉和莫来石，莫氏硬度8）、刚玉和碳化硅（莫氏硬度均为9），仅次于钻石（莫氏硬度10），其耐磨性非常优异。骨料由粗、中、细颗粒组成，堆积密度愈大强度愈高。通常加入＜5μm的Al2O3和SiO2复合超细粉，填充孔隙，使涂料更密实、强度更高、更耐磨。

结合系统通常选择高标号的高铝水泥和纯铝酸钙水泥为结合剂。涂料的耐压强度90~130MPa，抗折强度10~20MPa。采用有机树脂结合剂，强度更高，耐压强度160~180MPa，抗折强度35~40MPa。

涂料中加入~5%钢纤维，当涂料产生裂纹时，可阻碍裂纹的扩展，提高了涂料抗变形和断裂的能力。为充分发挥结合剂和超细粉的作用，必须加入微量的减水剂，以保证其充分水化和分散，增加强度。

陶瓷涂料硬化后的体积密度为2900kg/m3，涂层20mm厚时重量58kg/m2，相当于同样厚度钢板重量的37%。

众所周知，随着温度的升高，所有材料的耐磨性都急剧下降。在500~1200℃的高温环境下，陶瓷涂料独领风骚。

表6-4 几种材料在不同温度下的冲蚀磨损对比数据

注：本表为引用数据，仅供参考。

作者认为：①200℃以下陶瓷片的耐磨性不会比陶瓷涂料差；②16Mn钢在1500℃已接近熔化，不可能测出冲蚀磨损数据。

6.5 高分子耐磨材料

粘土、石膏、煤等物料在筒仓、料斗、溜槽内贮藏或输送时，易发生粘结、堵塞、腐蚀、磨损。因此应在钢板表面内衬具有抗磨损、抗冲击、抗静电、耐腐蚀、自润滑等功能的材料。

表6-5五种高分子材料各项性能指标比较

内衬材料通常有①环纳复合板（NPEHU），②超高分子量聚乙烯板（UHMWPE），③尼龙板（PA66），④聚四氟乙烯板（PTFE），⑤工程塑料（ABS）等。环纳复合板除耐磨型外，还有耐温型（＜300℃和＜1200℃两种），具有阻燃作用。

实际生产中，大多选择前两种材料。

7. 提高耐磨性的措施

对金属耐磨材料而言，硬度和韧性是相互矛盾的，为了提高其耐磨性，不可能无限制地提高硬度，因此，科研工作者又通过复合材料、改变结构形式、改变结晶状态等措施，保持金属耐磨材料在硬度不变的前提下提高韧性，或在韧性不变的前提下提高硬度，进一步提高其耐磨性。