CN105948786A - 一种蜂窝型耐磨复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种蜂窝型耐磨复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种蜂窝型耐磨复合材料及其制备方法。其成分及制备方法为先将氧化锆陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉、碳化硼陶瓷粉、乙烯基三甲氧基硅烷、γ‑巯丙基三乙氧基硅烷和异丙醇混合搅拌，静置后过滤，放入烘箱中干燥，将干燥好的陶瓷粉和高碳铬铁、硅酸铝胶、硼酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙二醇、碳酸氢铵、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱混合搅拌成浆糊状，然后倒入蜂窝型模具中，压实，放入烘箱中烘制2‑3小时，取出脱模后继续放入烘箱中烘制3‑4小时得陶瓷预制体，最后将高铬铸铁加热成为液体，对陶瓷预制体进行浇注浸渗即得。本发明的蜂窝型耐磨复合材料具有较高的密度，材料间结合紧密，致密度高，无裂痕；同时具有卓越的耐磨性能。

Description

一种蜂窝型耐磨复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料领域，具体涉及一种蜂窝型耐磨复合材料及其制备方法。
背景技术
我国不仅是个地理上的大国，同时也是个人口大国，对各方面的应用和需求都巨大，同时，资源浪费也相对更为巨大。在各大资源浪费中，材料的磨损就是一种一大浪费，因为它是机械零件失效的主要原因之一。而在机械零部件的磨损中，电力、冶金、机械等行业由于对大型耐磨设备的需求而使得磨损消耗更为严重。近年来，随着科技的进步和现代化发展进程的加快，使得机械设备的速度不断加快，从而使得磨损更快也更多。因此，研究开发耐磨材料成为了减少资源浪费，延长设备寿命的必要之路。耐磨材料主要分为金属耐磨材料、非金属耐磨材料和高分子耐磨材料，金属耐磨材料是耐磨材料中的重要组成部分，应用最为广泛，但是金属材料硬度较低，使用范围有局限性，因此需选择硬度较高的陶瓷材料来解决这些问题。陶瓷耐磨材料一般具有稳定性高、硬度大和抗腐烛等优点，但也有一定的局限性，比如韧性不足，因此，复合耐磨材料应运而生，其可综合个材料的优点，获得高强度、高硬度、良好塑性和高耐磨材料，是未来发展的趋势。
发明内容
要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种蜂窝型耐磨复合材料，具有较高的密度，材料间结合紧密，致密度高，无裂痕；同时具有卓越的耐磨性能。
技术方案：一种蜂窝型耐磨复合材料，由以下成分以重量份制备而成：氧化锆陶瓷粉20-30份、碳化硅陶瓷粉20-35份、碳化硼陶瓷粉20-30份、高碳铬铁6-9份、硅酸铝胶1-2份、硼酸钠0.5-1份、聚丙烯酰胺1-3份、聚乙烯醇2-5份、聚乙二醇3-5份、碳酸氢铵1-2份、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱0.2-0.5份、乙烯基三甲氧基硅烷2-4份、γ-巯丙基三乙氧基硅烷 1-3份、高铬铸铁10-20份、异丙醇80-100份。
进一步优选的，所述的一种蜂窝型耐磨复合材料，由以下成分以重量份制备而成：氧化锆陶瓷粉23-28份、碳化硅陶瓷粉25-30份、碳化硼陶瓷粉22-27份、高碳铬铁7-8份、硅酸铝胶1.2-1.8份、硼酸钠0.6-0.9份、聚丙烯酰胺1.5-2.5份、聚乙烯醇3-4份、聚乙二醇3.5-4.5份、碳酸氢铵1.2-1.7份、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱0.3-0.4份、乙烯基三甲氧基硅烷2.5-3.5份、γ-巯丙基三乙氧基硅烷 1.5-2.5份、高铬铸铁13-18份、异丙醇85-95份。
上述蜂窝型耐磨复合材料的制备方法包括以下步骤：
步骤1：将氧化锆陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉、碳化硼陶瓷粉、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷和异丙醇混合，用磁力搅拌机在转速40-70r/min下搅拌10-30分钟，静置1-3小时；
步骤2：过滤，放入烘箱中在温度80-100℃下干燥；
步骤3：将干燥好的陶瓷粉和除高铬铸铁外的剩余组分混合，用高速搅拌机在转速1000-2000r/min下混合搅拌5-10分钟成浆糊状；
步骤4：倒入蜂窝型模具中，压实；
步骤5：放入烘箱中，在温度60-80℃下烘制2-3小时，取出脱模；
步骤6：继续放入烘箱中，在温度110-140℃下烘制3-4小时得陶瓷预制体；
步骤7：将高铬铸铁进行加热到1500-1600℃成为液体，对陶瓷预制体进行浇注浸渗即得。
进一步优选的，步骤1中转速为50-60r/min，搅拌时间为15-25分钟，静置时间为1.5-2.5小时。
进一步优选的，步骤2中温度为85-95℃。
进一步优选的，步骤3中搅拌速度为1500r/min，搅拌时间为6-9分钟。
进一步优选的，步骤5中温度为65-75℃，烘制时间为2.5小时。
进一步优选的，步骤6中温度为120-130℃，烘制时间为3.5小时。
进一步优选的，步骤7中温度为1550℃。
有益效果：本发明的蜂窝型耐磨复合材料的密度较高，最高可达7.9g/cm3，材料间结合紧密，致密度高，无裂痕；同时具有卓越的耐磨性能，在磨损机上进行40分钟磨损试验后其重量磨损最低仅为728mg。
具体实施方式
实施例1
一种蜂窝型耐磨复合材料，由以下成分以重量份制备而成：氧化锆陶瓷粉20份、碳化硅陶瓷粉20份、碳化硼陶瓷粉20份、高碳铬铁6份、硅酸铝胶1份、硼酸钠0.5份、聚丙烯酰胺1份、聚乙烯醇2份、聚乙二醇3份、碳酸氢铵1份、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱0.2份、乙烯基三甲氧基硅烷2份、γ-巯丙基三乙氧基硅烷 1份、高铬铸铁10份、异丙醇80份。
上述蜂窝型耐磨复合材料的制备方法为：先将氧化锆陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉、碳化硼陶瓷粉、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷和异丙醇混合，用磁力搅拌机在转速40r/min下搅拌10分钟，静置1小时后过滤，放入烘箱中在温度80℃下干燥，将干燥好的陶瓷粉和除高铬铸铁外的剩余组分混合，用高速搅拌机在转速1000r/min下混合搅拌5分钟成浆糊状，倒入蜂窝型模具中，压实，然后放入烘箱中，在温度60℃下烘制2小时，取出脱模后继续放入烘箱中，在温度110℃下烘制3小时得陶瓷预制体，最后将高铬铸铁进行加热到1500℃成为液体，对陶瓷预制体进行浇注浸渗即得。
实施例2
一种蜂窝型耐磨复合材料，由以下成分以重量份制备而成：氧化锆陶瓷粉23份、碳化硅陶瓷粉25份、碳化硼陶瓷粉22份、高碳铬铁7份、硅酸铝胶1.2份、硼酸钠0.6份、聚丙烯酰胺1.5份、聚乙烯醇3份、聚乙二醇3.5份、碳酸氢铵1.2份、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱0.3份、乙烯基三甲氧基硅烷2.5份、γ-巯丙基三乙氧基硅烷 1.5份、高铬铸铁13份、异丙醇85份。
上述蜂窝型耐磨复合材料的制备方法为：先将氧化锆陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉、碳化硼陶瓷粉、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷和异丙醇混合，用磁力搅拌机在转速50r/min下搅拌15分钟，静置1.5小时后过滤，放入烘箱中在温度85℃下干燥，将干燥好的陶瓷粉和除高铬铸铁外的剩余组分混合，用高速搅拌机在转速1500r/min下混合搅拌6分钟成浆糊状，倒入蜂窝型模具中，压实，然后放入烘箱中，在温度65℃下烘制2.5小时，取出脱模后继续放入烘箱中，在温度120℃下烘制3.5小时得陶瓷预制体，最后将高铬铸铁进行加热到1550℃成为液体，对陶瓷预制体进行浇注浸渗即得。
实施例3
一种蜂窝型耐磨复合材料，由以下成分以重量份制备而成：氧化锆陶瓷粉25份、碳化硅陶瓷粉28份、碳化硼陶瓷粉25份、高碳铬铁7.5份、硅酸铝胶1.5份、硼酸钠0.75份、聚丙烯酰胺2份、聚乙烯醇3.5份、聚乙二醇4份、碳酸氢铵1.5份、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱0.35份、乙烯基三甲氧基硅烷3份、γ-巯丙基三乙氧基硅烷2份、高铬铸铁15份、异丙醇90份。
上述蜂窝型耐磨复合材料的制备方法为：先将氧化锆陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉、碳化硼陶瓷粉、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷和异丙醇混合，用磁力搅拌机在转速55r/min下搅拌20分钟，静置2小时后过滤，放入烘箱中在温度90℃下干燥，将干燥好的陶瓷粉和除高铬铸铁外的剩余组分混合，用高速搅拌机在转速1500r/min下混合搅拌7.5分钟成浆糊状，倒入蜂窝型模具中，压实，然后放入烘箱中，在温度70℃下烘制2.5小时，取出脱模后继续放入烘箱中，在温度125℃下烘制3.5小时得陶瓷预制体，最后将高铬铸铁进行加热到1550℃成为液体，对陶瓷预制体进行浇注浸渗即得。
实施例4
一种蜂窝型耐磨复合材料，由以下成分以重量份制备而成：氧化锆陶瓷粉28份、碳化硅陶瓷粉30份、碳化硼陶瓷粉27份、高碳铬铁8份、硅酸铝胶1.8份、硼酸钠0.9份、聚丙烯酰胺2.5份、聚乙烯醇4份、聚乙二醇4.5份、碳酸氢铵1.7份、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱0.4份、乙烯基三甲氧基硅烷3.5份、γ-巯丙基三乙氧基硅烷 2.5份、高铬铸铁18份、异丙醇95份。
上述蜂窝型耐磨复合材料的制备方法为：先将氧化锆陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉、碳化硼陶瓷粉、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷和异丙醇混合，用磁力搅拌机在转速60r/min下搅拌25分钟，静置2.5小时后过滤，放入烘箱中在温度95℃下干燥，将干燥好的陶瓷粉和除高铬铸铁外的剩余组分混合，用高速搅拌机在转速1500r/min下混合搅拌9分钟成浆糊状，倒入蜂窝型模具中，压实，然后放入烘箱中，在温度75℃下烘制2.5小时，取出脱模后继续放入烘箱中，在温度130℃下烘制3.5小时得陶瓷预制体，最后将高铬铸铁进行加热到1550℃成为液体，对陶瓷预制体进行浇注浸渗即得。
实施例5
一种蜂窝型耐磨复合材料，由以下成分以重量份制备而成：氧化锆陶瓷粉30份、碳化硅陶瓷粉35份、碳化硼陶瓷粉30份、高碳铬铁9份、硅酸铝胶2份、硼酸钠1份、聚丙烯酰胺3份、聚乙烯醇5份、聚乙二醇5份、碳酸氢铵2份、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱0.5份、乙烯基三甲氧基硅烷4份、γ-巯丙基三乙氧基硅烷 3份、高铬铸铁20份、异丙醇100份。
上述蜂窝型耐磨复合材料的制备方法为：先将氧化锆陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉、碳化硼陶瓷粉、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷和异丙醇混合，用磁力搅拌机在转速70r/min下搅拌30分钟，静置3小时后过滤，放入烘箱中在温度100℃下干燥，将干燥好的陶瓷粉和除高铬铸铁外的剩余组分混合，用高速搅拌机在转速2000r/min下混合搅拌10分钟成浆糊状，倒入蜂窝型模具中，压实，然后放入烘箱中，在温度80℃下烘制3小时，取出脱模后继续放入烘箱中，在温度140℃下烘制4小时得陶瓷预制体，最后将高铬铸铁进行加热到1600℃成为液体，对陶瓷预制体进行浇注浸渗即得。
对比例1
本实施例与实施例5的区别在于不含有氧化锆陶瓷粉，以碳化硅陶瓷粉代替。具体地说是：
一种蜂窝型耐磨复合材料，由以下成分以重量份制备而成：碳化硅陶瓷粉65份、碳化硼陶瓷粉30份、高碳铬铁9份、硅酸铝胶2份、硼酸钠1份、聚丙烯酰胺3份、聚乙烯醇5份、聚乙二醇5份、碳酸氢铵2份、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱0.5份、乙烯基三甲氧基硅烷4份、γ-巯丙基三乙氧基硅烷 3份、高铬铸铁20份、异丙醇100份。
上述蜂窝型耐磨复合材料的制备方法为：先将碳化硅陶瓷粉、碳化硼陶瓷粉、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷和异丙醇混合，用磁力搅拌机在转速70r/min下搅拌30分钟，静置3小时后过滤，放入烘箱中在温度100℃下干燥，将干燥好的陶瓷粉和除高铬铸铁外的剩余组分混合，用高速搅拌机在转速2000r/min下混合搅拌10分钟成浆糊状，倒入蜂窝型模具中，压实，然后放入烘箱中，在温度80℃下烘制3小时，取出脱模后继续放入烘箱中，在温度140℃下烘制4小时得陶瓷预制体，最后将高铬铸铁进行加热到1600℃成为液体，对陶瓷预制体进行浇注浸渗即得。
对比例2
本实施例与实施例5的区别在于不含有硅酸铝胶和硼酸钠。具体地说是：
一种蜂窝型耐磨复合材料，由以下成分以重量份制备而成：氧化锆陶瓷粉30份、碳化硅陶瓷粉35份、碳化硼陶瓷粉30份、高碳铬铁9份、聚丙烯酰胺3份、聚乙烯醇5份、聚乙二醇5份、碳酸氢铵2份、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱0.5份、乙烯基三甲氧基硅烷4份、γ-巯丙基三乙氧基硅烷 3份、高铬铸铁20份、异丙醇100份。
上述蜂窝型耐磨复合材料的制备方法为：先将氧化锆陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉、碳化硼陶瓷粉、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷和异丙醇混合，用磁力搅拌机在转速70r/min下搅拌30分钟，静置3小时后过滤，放入烘箱中在温度100℃下干燥，将干燥好的陶瓷粉和除高铬铸铁外的剩余组分混合，用高速搅拌机在转速2000r/min下混合搅拌10分钟成浆糊状，倒入蜂窝型模具中，压实，然后放入烘箱中，在温度80℃下烘制3小时，取出脱模后继续放入烘箱中，在温度140℃下烘制4小时得陶瓷预制体，最后将高铬铸铁进行加热到1600℃成为液体，对陶瓷预制体进行浇注浸渗即得。
下表为本发明的性能指标，我们可以看到，本发明的密度较高，最高可达7.9g/cm3，材料间结合紧密，致密度高，无裂痕；同时具有卓越的耐磨性能，在磨损机上进行40分钟磨损试验后其重量磨损最低仅为728mg。
表1 蜂窝型耐磨复合材料的性能指标
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 对比例1 对比例2
重量磨损（mg） 733 732 730 728 729 751 731
密度（g/cm3） 7.7 7.8 7.8 7.9 7.8 7.7 7.3
注：试样尺寸为：40mmx30mmx30mm，磨损试验中磨料为100-250μm石英砂，主轴转速50r/min，单轴实验力为3Kg，预磨时间为40分钟。

Claims (9)

1. 一种蜂窝型耐磨复合材料，其特征在于：由以下成分以重量份制备而成：氧化锆陶瓷粉20-30份、碳化硅陶瓷粉20-35份、碳化硼陶瓷粉20-30份、高碳铬铁6-9份、硅酸铝胶1-2份、硼酸钠0.5-1份、聚丙烯酰胺1-3份、聚乙烯醇2-5份、聚乙二醇3-5份、碳酸氢铵1-2份、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱0.2-0.5份、乙烯基三甲氧基硅烷2-4份、γ-巯丙基三乙氧基硅烷 1-3份、高铬铸铁10-20份、异丙醇80-100份。
2. 根据权利要求1所述的一种蜂窝型耐磨复合材料，其特征在于：由以下成分以重量份制备而成：氧化锆陶瓷粉23-28份、碳化硅陶瓷粉25-30份、碳化硼陶瓷粉22-27份、高碳铬铁7-8份、硅酸铝胶1.2-1.8份、硼酸钠0.6-0.9份、聚丙烯酰胺1.5-2.5份、聚乙烯醇3-4份、聚乙二醇3.5-4.5份、碳酸氢铵1.2-1.7份、十二烷基乙氧基磺基甜菜碱0.3-0.4份、乙烯基三甲氧基硅烷2.5-3.5份、γ-巯丙基三乙氧基硅烷 1.5-2.5份、高铬铸铁13-18份、异丙醇85-95份。
3. 权利要求1至2任一项所述的一种蜂窝型耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：将氧化锆陶瓷粉、碳化硅陶瓷粉、碳化硼陶瓷粉、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷和异丙醇混合，用磁力搅拌机在转速40-70r/min下搅拌10-30分钟，静置1-3小时；
步骤2：过滤，放入烘箱中在温度80-100℃下干燥；
步骤3：将干燥好的陶瓷粉和除高铬铸铁外的剩余组分混合，用高速搅拌机在转速1000-2000r/min下混合搅拌5-10分钟成浆糊状；
步骤4：倒入蜂窝型模具中，压实；
步骤5：放入烘箱中，在温度60-80℃下烘制2-3小时，取出脱模；
步骤6：继续放入烘箱中，在温度110-140℃下烘制3-4小时得陶瓷预制体；
步骤7：将高铬铸铁进行加热到1500-1600℃成为液体，对陶瓷预制体进行浇注浸渗即得。
4. 根据权利要求3所述的一种蜂窝型耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1中转速为50-60r/min，搅拌时间为15-25分钟，静置时间为1.5-2.5小时。
5. 根据权利要求3所述的一种蜂窝型耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中温度为85-95℃。
6. 根据权利要求3所述的一种蜂窝型耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3中搅拌速度为1500r/min，搅拌时间为6-9分钟。
7. 根据权利要求3所述的一种蜂窝型耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤5中温度为65-75℃，烘制时间为2.5小时。
8. 根据权利要求3所述的一种蜂窝型耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤6中温度为120-130℃，烘制时间为3.5小时。
9. 根据权利要求3所述的一种蜂窝型耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤7中温度为1550℃。
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