CN103357853A - 一种纳米材料强化耐磨钢球 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米材料强化耐磨钢球，包括通过在铸造模具内壁刷涂纳米级陶瓷颗粒的方式将所述纳米级陶瓷颗粒镶嵌于所述钢球的表面和次表面而形成的强化层，所述强化层、所述钢球本体内部的钢基体从外到里形成层状结构。本发明所公开的纳米材料强化耐磨钢球，具有良好的抗撞击性能，且具有高耐磨、高硬度、耐腐蚀的优点，在相同研磨条件下具有较大的撞击能量，从而大大提高了研磨效率，对研磨物料无污染，保证了研磨物料的纯度，综合成本低。

Description

一种纳米材料强化耐磨钢球
技术领域
本发明涉及研磨机械技术领域，尤其涉及一种纳米材料强化耐磨钢球。
背景技术
球磨机是工业生产中广泛使用的高细磨机械之一。球磨机钢球是球磨机设备研磨物料介质，通过球磨机钢球之间、钢球与物料之间的碰撞摩擦产生磨削作用，是重要的基础零部件，尤其是精密工业钢球在国民经济发展中起着巨大作用。现有技术中，球磨机的磨介钢球主要是铬系合金、锰系合金等球磨铸钢件或球磨铸铁件，如高铬钢球、低铬钢球、多元合金钢球和钒钛铬合金钢球等，其工作对象多为水泥、煤炭、矿石、煤渣等。据资料和实践表明，在磨介钢球疲劳损耗中，钢球其表层的损伤（如微小点蚀、腐蚀、表面疲劳损伤和塑形变形等）占大多数。
发明内容
为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种纳米材料强化耐磨钢球，实现了在球磨机中的磨屑作业，其具有良好的抗撞击性能，且具有高耐磨、高硬度、耐腐蚀的优点。
本发明提出的一种纳米材料强化耐磨钢球，包括通过在铸造模具内壁刷涂纳米材料颗粒的方式将所述纳米材料颗粒镶嵌于所述钢球的表面和次表面而形成的强化层，所述强化层、所述钢球本体内部的钢基体从外到里形成层状结构，所述强化层由外到里在厚度方向上尺寸大小一致，所述纳米材料颗粒的粒径为5nm-80nm。
优选地，所述纳米材料颗粒为陶瓷颗粒，且所述陶瓷颗粒为碳化硅颗粒、氮化钛颗粒、碳化铬颗粒中的一种或多种。
优选地，所述纳米材料颗粒在所述强化层中均匀分布，且所述纳米材料颗粒在强化层中的体积分数为24%-35%。
优选地，所述强化层具有多层的强化分层，由外到里的方向上所述强化分层中所述纳米材料颗粒分布密度逐步减小，且每层强化分层中所述纳米材料颗粒均匀分布，所述纳米材料颗粒在强化层中的体积分数为30%-40%。
优选地，所述纳米材料颗粒的粒径为5nm-80nm。
优选地，所述纳米材料颗粒的粒径为20nm-40nm。。
优选地，所述钢球为铬系合金球墨铸铁球。
本发明中，在钢球铸造过程中，通过将纳米材料颗粒刷涂在铸造模具内壁的方式将纳米材料颗粒镶嵌于钢球的表面和次表面，从而在钢球表层形成强化层；该强化层由于分布有性能优良的纳米材料颗粒，从而巧妙的利用了纳米材料颗粒因小尺寸效应而具有的优良性能，且由于纳米级颗粒的存在，使得钢球中位错运动受到阻碍，从而将纳米技术运用于钢球的表面改性中，提升钢球的表层性能，因此，获得了超高强度、高韧性、耐磨性好、耐高温、耐腐蚀、刚度高等优点，从而显著地提高了钢球的抗撞击性能、强度和耐磨性能，其中，纳米材料颗粒为现有成熟产品；上述结构的钢球研磨效率高，减少物料研磨时间和循环次数，在相同研磨条件下具有较大的撞击能量，从而大大提高了研磨效率；对研磨物料无污染，保证了研磨物料的纯度，综合成本低。
附图说明
图1为本发明提出的一种纳米材料强化耐磨钢球的结构示意图；
图2为本发明提出的另一种纳米材料强化耐磨钢球的结构示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，图1为本发明提出的一种纳米材料强化耐磨钢球的结构示意图；图2为本发明提出的另一种纳米材料强化耐磨钢球的结构示意图。
参照图1，本发明提出的一种具体实施例中，纳米材料强化耐磨钢球具有强化层2，且强化层2、所述钢球本体内部的钢基体1从外到里形成层状结构；强化层2是在钢球的表面和次表面镶嵌纳米级陶瓷颗粒3形成的，其中，纳米级陶瓷颗粒3镶嵌是通过在铸造模具内壁刷涂纳米级陶瓷颗粒3的方式进行的；纳米级陶瓷颗粒3在所述强化层2中均匀分布，且所述纳米级陶瓷颗粒3在强化层2中的体积分数为39%，所述强化层2由外到里在厚度方向上尺寸大小一致，所述陶瓷颗粒3为碳化硅颗粒、氮化钛颗粒、碳化铬颗粒混合物，纳米级陶瓷颗粒3的粒径为32nm，钢球为铬系合金球墨铸铁球。
参照图2，在另一种具体实施例中，纳米材料强化耐磨钢球具有强化层2，且强化层2、所述钢球本体内部的钢基体1从外到里形成层状结构；所述强化层2具有三层的强化分层，分别为第一强化分层21、第二强化分层22和第三强化分层23，由外到里的方向上第一强化分层21、第二强化分层22和第三强化分层23中所述纳米级陶瓷颗粒3分布密度逐步减小，且每层强化分层中所述纳米级陶瓷颗粒3均匀分布，所述纳米级陶瓷颗粒3在强化层2中的体积分数为27%；第一强化分层21、第二强化分层22和第三强化分层23由外到里在厚度方向上尺寸大小一致；所述陶瓷颗粒3为碳化硅颗粒、氮化钛颗粒、碳化铬颗粒混合物，第一强化分层21、第二强化分层22和第三强化分层23中纳米级陶瓷颗粒3的粒径为21nm、37nm、58nm，上述粒径分布是由于在钢球冷却过程中，逐步冷却过程中，在冷却动力作用下，粒径小的颗粒易于向表层移动造成，钢球为铬系合金球墨铸铁球。
在本发明中，在钢球铸造过程中，通过将纳米材料颗粒刷涂在铸造模具内壁的方式将纳米材料颗粒镶嵌于钢球的表面和次表面，从而在钢球表层形成强化层；该强化层由于分布有性能优良的纳米材料颗粒，从而巧妙的利用了纳米材料颗粒因小尺寸效应而具有的优良性能，且由于纳米级颗粒的存在，使得钢球中位错运动受到阻碍，从而将纳米技术运用于钢球的表面改性中，提升钢球的表层性能，因此，获得了超高强度、高韧性、耐磨性好、耐高温、耐腐蚀、刚度高等优点，从而显著地提高了钢球的抗撞击性能、强度和耐磨性能，其中，纳米材料颗粒为现有成熟产品；上述结构的钢球研磨效率高，减少物料研磨时间和循环次数，在相同研磨条件下具有较大的撞击能量，从而大大提高了研磨效率；对研磨物料无污染，保证了研磨物料的纯度，综合成本低。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种纳米材料强化耐磨钢球，其特征在于，包括通过在铸造模具内壁刷涂纳米材料颗粒（3）的方式将所述纳米材料颗粒（3）镶嵌于所述钢球的表面和次表面而形成的强化层（2），所述强化层（2）、所述钢球本体内部的钢基体（1）从外到里形成层状结构，所述强化层（2）由外到里在厚度方向上尺寸大小一致，所述纳米材料颗粒（3）的粒径为5nm-80nm。
2.根据权利要求1所述的纳米材料强化耐磨钢球，其特征在于，所述纳米材料颗粒（3）为陶瓷颗粒，且所述陶瓷颗粒为碳化硅颗粒、氮化钛颗粒、碳化铬颗粒中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的纳米材料强化耐磨钢球，其特征在于，所述纳米材料颗粒（3）在所述强化层（2）中均匀分布，且所述纳米材料颗粒（3）在强化层（2）中的体积分数为24%-35%。
4.根据权利要求2所述的纳米材料强化耐磨钢球，其特征在于，所述强化层（2）具有多层的强化分层，由外到里的方向上所述强化分层中所述纳米材料颗粒（3）分布密度逐步减小，且每层强化分层中所述纳米材料颗粒（3）均匀分布，所述纳米材料颗粒（3）在强化层（2）中的体积分数为30%-40%。
5.根据权利要求1所述的纳米材料强化耐磨钢球，其特征在于，所述纳米材料颗粒（3）的粒径为5nm-80nm。
6.根据权利要求5所述的纳米材料强化耐磨钢球，其特征在于，所述纳米材料颗粒（3）的粒径为20nm-40nm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的纳米材料强化耐磨钢球，其特征在于，所述钢球为铬系合金球墨铸铁球。
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