CN106735101A - 一种基于化学法活化处理的zta颗粒增强钢铁基复合磨辊的制备方法 - Google Patents

一种基于化学法活化处理的zta颗粒增强钢铁基复合磨辊的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种基于化学法活化处理的ZTA颗粒增强钢铁基复合磨辊的制备方法，包括：1)ZTA颗粒进行高温盐浴镀，在ZTA颗粒表面得到均匀钛镀层；2)在钛镀层外周形成镍层；3)将镀覆后的ZTA颗粒烧结，ZTA颗粒相互连接成孔隙状预制体；4)将预制体固定在铸型的端面或工作面，然后采用铸渗工艺浇注钢铁基体材料金属液，冷却后得ZTA颗粒增强钢铁基复合磨辊。本发明中的盐浴镀钛时钛与ZTA陶瓷颗粒表面形成冶金结合，增强了钛层和ZTA陶瓷颗粒之间的界面结合性。盐浴镀钛后的ZTA陶瓷颗粒再进行化学镀镍，钛镍结合处可以生成钛镍合金，钛镍合金层在金属基体与ZTA颗粒之间起到了一个柔性过度层的作用，大大提高界面的结合强度。

Description

一种基于化学法活化处理的ZTA颗粒增强钢铁基复合磨辊的 制备方法
技术领域
本发明属于耐磨材料制备领域，具体涉及一种ZTA颗粒增强钢铁基复合磨辊的制备方法。
背景技术
柱磨机广泛应用于电厂石灰石制粉，铁矿石金属矿石超细碎、石膏非金属矿石制粉、磷矿石粉磨等。其采用连续反复中压力的辊压磨粉原理，在使用过程中柱磨机上部转动，带动主轴旋转，使辊轮在环锥形内衬中转动，物料受到辊轮的碾压而成粉末。因此，磨辊是设备中承受主要磨损的部件，并且是决定设备服役性能的关键部件之一，所以选材和制备时有严格的要求。
陶瓷颗粒增强金属基复合材料既具备基体金属良好的塑性和冲击韧性、易成型等优点，同时又具备陶瓷颗粒的高强度、高硬度和高耐磨性。当复合材料受到外界的磨损，初始时复合层中基体相和增强相同时起作用，随着磨损时间的延长，基体相逐渐磨掉，增强相则单独凸出进一步保护基体，提高了材料的整体抗磨损性能。
制备陶瓷颗粒增强金属基复合材料的增强颗粒选择ZTA陶瓷颗粒，ZTA陶瓷颗粒具有其他颗粒无法比拟的许多优势：首先，ZTA相对于其他的增强颗粒价格适中，性价比高；其次，ZTA陶瓷的热膨胀系数更接近于钢铁材料的热膨胀系数，ZTA陶瓷颗粒作为增强相可以与铁基制得具有良好热匹配性的复合材料。另外，ZTA复相陶瓷可以通过控制Al2O3和ZrO2的成分比，改变其力学性能和热力学性能参数，从而可以和不同的基体相制备复合材料，大大扩展了ZTA复相陶瓷的应用范围。
但是，ZTA颗粒与铁基之间结合性较差，通过铸渗法制备的复合材料中ZTA陶瓷颗粒和铁基的结合为机械结合，使得ZTA陶瓷颗粒无法起到增强的作用。
发明内容
本发明的目的在于克服以上技术问题，提出一种化学法活化处理ZTA颗粒增强钢铁基复合磨辊的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于化学法活化处理的ZTA颗粒增强钢铁基复合磨辊的制备方法，包括以下步骤：
1)将活性元素钛与无机盐混合，加入ZTA颗粒搅拌均匀进行高温盐浴镀，高温盐浴温度为710-800℃，保温15-75min，在ZTA颗粒表面得到均匀钛镀层；
2)将已镀钛的ZTA颗粒置入化学镀镍液中，使用磁力搅拌器搅拌并加热保温2-8小时，在钛镀层外周形成镍层；
3)将镀覆后的ZTA颗粒烧结，自室温以10-15℃/min的升温速度升温至1200℃，然后以5-8℃/min的升温速度升温至1400℃烧结，随炉冷却，ZTA颗粒相互连接成孔隙状预制体；
4)将预制体固定在铸型的端面或工作面，然后采用铸渗工艺浇注钢铁基体材料金属液，冷却后得ZTA颗粒增强钢铁基复合磨辊。
进一步的，步骤1)中活性元素钛为分析纯的钛粉，钛粉占无机盐的质量比为10％-15％。
进一步的，盐浴镀时ZTA颗粒占钛、无机盐和ZTA颗粒总质量的质量分数为60％-80％。
进一步的，镀镍加热温度为70-90℃。
进一步的，金属液为高锰钢、铬系合金铸铁或镍硬铸铁。
进一步的，步骤3)中于1400℃烧结1小时。
进一步的，所述无机盐为氯盐。
进一步的，所述无机盐为氯化钠、氯化钙或氯化钾。
进一步的，复合磨辊为锥体式磨辊、轮胎式磨辊和立磨磨辊。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明中引入的活性元素，盐浴镀钛时钛与ZTA陶瓷颗粒表面形成冶金结合，增强了钛层和ZTA陶瓷颗粒之间的界面结合性，使ZTA颗粒与金属之间结合由机械结合变为冶金结合。盐浴镀钛后的ZTA陶瓷颗粒再进行化学镀镍，钛镍结合处可以生成钛镍合金，钛镍合金层在金属基体与ZTA颗粒之间起到了一个柔性过度层的作用，大大提高界面的结合强度。
本发明制备得到的复合磨辊的复合层中，金属基体分布在ZTA陶瓷颗粒的孔隙中，当磨辊受到外界摩擦时，ZTA陶瓷颗粒对金属基体起到一定的保护作用，从而提高了磨辊的耐磨损性能。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的复合磨辊示意图，其中图1(a)为椎体式磨辊示意图，图1(b)为轮胎式磨辊示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：柱磨机磨辊
1)将钛粉与无机盐混合，加入ZTA颗粒搅拌均匀进行高温盐浴镀，高温盐浴温度为750℃，保温15min，得到均匀镀层；其中，钛粉占无机盐的质量比为10％，盐浴镀时ZTA陶瓷颗粒所占的质量分数为80％。
2)将已镀钛的ZTA颗粒置入化学镀液中，使用磁力搅拌器搅拌并加热至70℃保温2小时，得到镍层；
3)将镀覆后的ZTA颗粒烧结，自室温以10-15℃/min的升温速度升温至1200℃，然后以5-8℃/min的升温速度升温至1400℃烧结1小时，随炉冷却，ZTA颗粒相互连接成孔隙状预制体；
4)将预制体固定在砂型中，然后采用铸渗工艺浇注钢铁基体材料金属液，冷却后得到如图1所示的ZTA颗粒增强钢铁基复合柱磨机磨辊，化学活化处理后的ZTA陶瓷颗粒1分布在金属基体2上。
实施例2：锥体式磨辊
1)将钛粉与无机盐混合，加入ZTA颗粒搅拌均匀进行高温盐浴镀，高温盐浴温度为800℃，保温30min，得到均匀镀层；其中，钛粉占无机盐的质量比为14％，盐浴镀时ZTA陶瓷颗粒所占的质量分数为75％。
2)将已镀钛的ZTA颗粒置入化学镀液中，使用磁力搅拌器搅拌并加热至75℃保温4小时，得到镍层；
3)将镀覆后的ZTA颗粒烧结，自室温以10-15℃/min的升温速度升温至1200℃，然后以5-8℃/min的升温速度升温至1400℃烧结1小时，随炉冷却，ZTA颗粒相互连接成孔隙状预制体；
4)将预制体固定在砂型中，然后采用铸渗工艺浇注钢铁基体材料金属液，冷却后得到ZTA颗粒增强钢铁基复合锥体式磨辊。
实施例3：轮胎式磨辊
1)将钛粉与无机盐混合，加入ZTA颗粒搅拌均匀进行高温盐浴镀，高温盐浴温度为800℃，保温45min，得到均匀镀层；其中，钛粉占无机盐的质量比为15％，盐浴镀时ZTA陶瓷颗粒所占的质量分数为65％；
2)将已镀钛的ZTA颗粒置入化学镀液中，使用磁力搅拌器，搅拌并加热至85℃保温6小时，得到镍层；
3)将镀覆后的ZTA颗粒烧结，自室温以10-15℃/min的升温速度升温至1200℃，然后以5-8℃/min的升温速度升至1400℃烧结1小时，随炉冷却，ZTA颗粒相互连接成孔隙状预制体。
4)将预制体固定在砂型中，然后采用铸渗工艺浇注钢铁基体材料金属液，冷却后得到ZTA颗粒增强钢铁基复合轮胎式磨辊。
实施例4：立磨磨辊
1)将钛粉与无机盐混合，加入ZTA颗粒搅拌均匀进行高温盐浴镀，高温盐浴温度为710℃，保温75min，得到均匀镀层；其中，钛粉占无机盐的质量比为10％，盐浴镀时ZTA陶瓷颗粒所占的质量分数为60％。
2)将已镀钛的ZTA颗粒置入化学镀液中，使用磁力搅拌器搅拌并加热至90℃保温8小时，得到镍层；
3)将镀覆后的ZTA颗粒烧结，自室温以10-15℃/min的升温速度升温至1200℃，然后以5-8℃/min的升温速度升至1400℃烧结1小时，随炉冷却，ZTA颗粒相互连接成孔隙状预制体；
4)将预制体固定在砂型中，然后采用铸渗工艺浇注钢铁基体材料金属液，冷却后得到ZTA颗粒增强钢铁基复合立磨磨辊。

Claims (9)

1.一种基于化学法活化处理的ZTA颗粒增强钢铁基复合磨辊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将活性元素钛与无机盐混合，加入ZTA颗粒搅拌均匀进行高温盐浴镀，高温盐浴温度为710-800℃，保温15-75min，在ZTA颗粒表面得到均匀钛镀层；
2)将已镀钛的ZTA颗粒置入化学镀镍液中，使用磁力搅拌器搅拌并加热保温2-8小时，在钛镀层外周形成镍层；
3)将镀覆后的ZTA颗粒烧结，自室温以10-15℃/min的升温速度升温至1200℃，然后以5-8℃/min的升温速度升温至1400℃烧结，随炉冷却，ZTA颗粒相互连接成孔隙状预制体；
4)将预制体固定在铸型的端面或工作面，然后采用铸渗工艺浇注钢铁基体材料金属液，冷却后得ZTA颗粒增强钢铁基复合磨辊。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中活性元素钛为分析纯的钛粉，钛粉占无机盐的质量比为10％-15％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：盐浴镀时ZTA颗粒占钛、无机盐和ZTA颗粒总质量的质量分数为60％-80％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：镀镍加热温度为70-90℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：金属液为高锰钢、铬系合金铸铁或镍硬铸铁。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤3)中于1400℃烧结1小时。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述无机盐为氯盐。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述无机盐为氯化钠、氯化钙或氯化钾。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：复合磨辊为锥体式磨辊、轮胎式磨辊和立磨磨辊。
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