CN108745491B - 一种磨煤机高耐磨辊套及其制备方法 - Google Patents

一种磨煤机高耐磨辊套及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于耐磨材料技术领域，特别涉及一种磨煤机高耐磨辊套及其制备方法。一种磨煤机高耐磨辊套，包括多孔陶瓷基体和对多孔陶瓷基体构成封堵的金属基体，所述多孔陶瓷基体上设有若干个浇注通孔，且相邻浇注通孔的孔心间距满足：2.65*R0≤d≤3.15*R0，其中，R0为浇注通孔的直径，d为相邻浇注通孔的孔心间距，其具有优良的耐磨性能和较长的使用寿命，整体的强度、抗冲击韧性较好。

Description

一种磨煤机高耐磨辊套及其制备方法
技术领域
本发明属于耐磨材料技术领域，特别涉及一种磨煤机高耐磨辊套及其制备方法。
背景技术
耐磨材料广泛应用于火电、钢铁、冶炼、机械、煤炭、矿山、化工、水泥、港口码头等企业的输煤、输料系统、制粉系统、排灰、除尘系统等一切磨损大的机械设备上，比如在物料(铁矿石、煤炭等)装卸机械料斗系统中使用，具体部位在导料板、落料回收版、斗轮回弧耐磨板等易磨损部位。耐磨材料在烧结时，金属与陶瓷颗粒不能充分的混匀，导致耐磨材料的金属相和陶瓷相分布不均，导致耐磨性产生较大差异。
中国发明专利CN103418790公布了一种金属陶瓷复合耐磨制品及其制备方法，将陶瓷颗粒、金属粉末和助剂制得金属陶瓷颗粒预制件，经过高温烧结热处理后形成金属陶瓷复合耐磨制品，烧结后金属熔融后，陶瓷颗粒因其比重比金属粉末小将向上浮动，从而引起陶瓷颗粒分布不均匀，并且烧结后的组织性能相比熔炼的金属结晶形成组织较差。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供一种磨煤机高耐磨辊套，具有优良的耐磨性能和较长的使用寿命，本发明的另一目的在于提供一种磨煤机高耐磨辊套的制备方法，通过该方法能够将金属的韧性、抗弯型，与陶瓷的高耐磨、高强度和抗氧化性能有机结合，使磨煤机高耐磨辊套整体的强度、抗冲击韧性和耐磨性均有极大地提高。
本发明采用以下技术方案来实现：
一种磨煤机高耐磨辊套，包括多孔陶瓷基体和对多孔陶瓷基体构成封堵的金属基体，所述多孔陶瓷基体上设有若干个浇注通孔，且相邻浇注通孔的孔心间距满足：2.65*R0≤d≤3.15*R0，其中，R0为浇注通孔的直径，d为相邻浇注通孔的孔心间距。
优选的方案，所述浇注通孔为圆形。
优选的方案，所述浇注通孔的直径为0.4～1.2mm。
一种磨煤机高耐磨辊套，包括多孔陶瓷基体和对多孔陶瓷基体构成封堵的金属基体，其特征在于，所述多孔陶瓷基体上设有若干个浇注通孔，且相邻浇注通孔的孔心间距满足：2.65*R0≤d≤3.15*R0，其中，R0为浇注通孔的直径，d为相邻浇注通孔的孔心间距。
优选的方案，所述浇注通孔为圆形。
优选的方案，所述浇注通孔的直径为0.4～1.2mm。设置较小的通孔直径有助于浇注的金属材料迅速凝固，降低了制造难度。
一种磨煤机高耐磨辊套的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，按质量份计，称取碳化硅陶瓷颗粒40～50份，氮化硅陶瓷颗粒50～60份，亚微米级氮化铝4～14份，和粘结剂6～10份，放入容器中混合均匀后得到混合物料；
S2，将所述混合物料倒入模具中成型，制得具有通孔的预制件；
S3，将预制件放入气氛炉内，在1100～1300℃条件下烧结30～50min，再经淬火、回火步骤后制得多孔陶瓷基体；
S4，将多孔陶瓷基体放入浇模中，将金属材料熔化后对多孔陶瓷基体进行浇注，冷却后形成磨煤机高耐磨辊套。
优选的方案，在步骤S2中，所述通孔的直径为0.4～1.2mm。设置较小的通孔直径有助于浇注的金属材料迅速凝固，降低了制造难度。
优选的方案，在步骤S4中，先将多孔陶瓷基体进行抛光处理，然后放入浇模中。抛光处理使多孔陶瓷基体在浇模中固定到位，保证金属基体的形状结构与设计相符。
优选的方案，在步骤S4中，所述金属材料从多孔陶瓷基体的内部向外浇注。本发明与常规正压浇注不同的是，金属材料从多孔陶瓷基体的内部向外浇注，使得金属材料能够充满浇注通孔，使多孔陶瓷基体与金属材料实现无缝接合；另外，浇注时，熔化的金属材料首先接触多孔陶瓷基体的底部，与传统的浇注方法不同的是，这样浇注得到的多孔陶瓷基体的外侧(即主要起耐磨效果的部位)中，高温熔融金属材料占比较小，提高了耐磨复合材料的使用寿命，尤其适用于具有特殊形状的耐磨复合材料的制作。
优选的方案，在步骤S4中，浇注压力为0.01～0.05MPa。通孔为直径0.4～1.2mm的毛细孔，金属材料由多孔陶瓷基体的内部向外浇注时，在直径为0.4～1.2mm的通孔内形成曲面，能够促进金属材料迅速充满通孔，无需太大的浇注压力即可实现较好的浇注效果，无需对现有设备进行改造即可完成浇注过程。
优选的方案，所述碳化硅陶瓷颗粒的密度为3.2～3.25g/cm3，且，所述氮化硅陶瓷颗粒的密度为3.12～3.2g/cm3。在步骤S1中，原料中碳化硅陶瓷颗粒40～50份，氮化硅陶瓷颗粒50～60份，二者作为主要原料，在混合时无需担心分层现象，制得的混合物料各物质成分分布混匀，适合批量生产，对产品质量的把控较好。
优选的方案，碳化硅颗粒平均粒径0.1mm，所述氮化硅平均粒径500um，所述亚微米级金属氮化物平均粒径：600nm。较小粒径的碳化硅颗粒作为主要原材料，其使用温度达1380℃，价格较低，但不耐熔化的金属材料腐蚀，其反应机理主要在于，高温状态下，碳化硅与铁氧化物可发生如下：SiC(s)+3FeO(l)＝SiO2(s)+CO(g)+3Fe(l)及其类似反应，导致碳化硅颗粒被腐蚀。氮化硅颗粒的使用温度1200℃，在1200℃以上会随使用时间的增长而出现破损，使其强度降低，在1450℃以上更易出现疲劳损坏，但是能够耐熔化的金属材料腐蚀，其价格比碳化硅颗粒价格高；而氮化铝具有优良的耐高温性能和耐熔融金属材料的腐蚀性能卓越，但是价格更高。较小粒径的碳化硅颗粒表面被氮化硅、氮化铝颗粒包覆形成耐腐蚀保护层，使本发明的磨煤机高耐磨辊套具有优良的耐磨性，使用寿命大大提高。
氮化铝稳定使用温度达2200℃，且强度随温度的升高下降较慢，导热性好，热膨胀系数小，能够用于保证金属基体固化后的结构形状与设计相符，抗熔融金属侵蚀的性能卓越。优选的方案，在步骤S4中，浇注压力为0.01～0.05MPa。
本发明的有益效果是：
1、本发明的磨煤机高耐磨辊套相邻的浇注通孔之间具有特殊位置关系，能够保证金属相与陶瓷相分布均匀，并将金属的韧性、抗弯型，与陶瓷的高耐磨、高强度和抗氧化性能有机结合，整体的强度、抗冲击韧性和耐磨性均有极大地提高。
2、浇注通孔为圆形，在相同的尺寸条件下，圆形具有最大的接触面积，提高了金属基体对多孔陶瓷基体的补强作用，金属基体与多孔陶瓷基体的接触面为弧形，避免了金属基体与多孔陶瓷基体在长时间的冲击下产生分离，而保证了连接的紧密性，二者设置的特殊的位置关系，提高了多孔陶瓷基体与金属基体之间相互协同的补强作用。
3、本发明选用密度为3.2～3.25g/cm3的氮化硅陶瓷颗粒的密度为3.12～3.2g/cm3的氮化硅陶瓷颗粒作为陶瓷基料，不仅减少了高温熔融金属材料在浇注时高温熔融金属材料对碳化硅的吸收作用，且，碳化硅和氮化硅的比重近似，混合时无需担心分层现象。
4、本发明较小粒径的碳化硅颗粒表面被氮化硅、氮化铝颗粒包覆形成耐腐蚀保护层，利用氮化硅、氮化铝能耐铁、铝等金属及合金的溶蚀性能，减少了浇注时对碳化硅材料的腐蚀作用，使本发明的磨煤机高耐磨辊套具有优良的耐磨性，使用寿命大大提高。
5、本发明与常规浇注方式不同的是，金属材料从多孔陶瓷基体的内部向外浇注，使得金属材料能够充满浇注通孔，使多孔陶瓷基体与金属材料实现无缝接合；另外，浇注时，熔化的金属材料首先接触多孔陶瓷基体的内侧(即非主要起耐磨效果的部位)，熔化的金属材料首先腐蚀多孔陶瓷基体的内侧，最后接触多孔陶瓷基体的外侧(即主要起耐磨效果的部位)，制得的磨煤机高耐磨辊套的外侧中金属材料占比较小，提高了磨煤机高耐磨辊套的使用寿命，尤其适用于具有特殊形状的耐磨复合材料的制作。
6、本发明的浇注压力为0.01～0.05MPa。通孔为直径0.4～1.2mm的毛细孔，金属材料由多孔陶瓷基体的内部向外浇注时，在通孔内形成曲面，能够促进金属材料迅速充满通孔，较小的浇注压力即可实现好的浇注效果，无需对现有设备进行改造即可完成浇注过程。
7、本发明的金属材料为高铬铸铁材料，高铬铸铁是高铬白口抗磨铸铁的简称，是一种性能优良而受到特别重视的抗磨材料，比合金钢的耐磨性高很多，且具有一般白口铸铁所不具备的高韧性、高强度，还兼有良好的抗高温和抗腐蚀性能，生产便捷、成本适中。
具体实施方式
下面对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域一般技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种磨煤机高耐磨辊套，包括多孔陶瓷基体和对多孔陶瓷基体构成封堵的金属基体，其特征在于，所述多孔陶瓷基体上设有若干个直径为0.4～1.2mm圆形的浇注通孔，且相邻浇注通孔的孔心间距满足：2.65*R0≤d≤3.15*R0，其中，R0为浇注通孔的直径，d为相邻浇注通孔的孔心间距。
以申请号为201220097663.6，授权公告号为CN202461486U的中国专利中公开的金属陶瓷增强体采用高铬钢水制备的耐磨材料作为对比样品，以本发明的多孔陶瓷基体采用相同的高铬钢水制备的耐磨材料作为实施样，分别采用将对比样品和实施样品放在MMH-5环块三体磨损试验机上进行对比磨损试验，磨料为石英砂，主轴转速30rpm，载荷用砝码加载方式，单轴试验力3kg，每磨2小时对两种不同试样进行清洗干燥称重计算，通过对比，实施样品1～3在MMH-5环块三体磨损试验机上磨损性能是对比样品的1.7倍。
实施例2
一种磨煤机高耐磨辊套的制备方法，包括以下步骤：
S1，按质量份计，称取称取密度为3.23g/cm3、平均粒径0.1mm的碳化硅陶瓷颗粒45份，密度为3.18g/cm3、平均粒径500um的氮化硅陶瓷颗粒55份，平均粒径600nm的亚微米级氮化铝12份，和环氧树脂10份，放入容器中混合均匀后得到混合物料；
S2，将所述混合物料倒入模具中成型，制得具有直径为0.6mm通孔的预制件；
S3，将预制件放入气氛炉内，在1250℃条件下烧结40min，再经淬火、回火步骤后制得多孔陶瓷基体；
S4，将多孔陶瓷基体进行抛光处理，然后放入浇模中，将高铬铸铁材料熔化后，在0.03MPa的压力条件下从多孔陶瓷基体的内部向外浇注，冷却后形成磨煤机高耐磨辊套。
实施例3
一种磨煤机高耐磨辊套的制备方法，包括以下步骤：
S1，按质量份计，称取称取密度为3.25g/cm3、平均粒径0.1mm的碳化硅陶瓷颗粒40份，密度为3.2g/cm3、平均粒径500um的氮化硅陶瓷颗粒60份，平均粒径600nm的亚微米级氮化铝5份，和聚氯乙烯6份，放入容器中混合均匀后得到混合物料；
S2，将所述混合物料倒入模具中成型，制得具有直径为0.4mm通孔的预制件；
S3，将预制件放入气氛炉内，在1100℃条件下烧结50min，再经淬火、回火步骤后制得多孔陶瓷基体；
S4，将多孔陶瓷基体进行抛光处理，然后放入浇模中，将高铬铸铁材料熔化后，在0.01MPa的压力条件下从多孔陶瓷基体的内部向外浇注，冷却后形成磨煤机高耐磨辊套。
实施例4
一种磨煤机高耐磨辊套的制备方法，包括以下步骤：
S1，按质量份计，称取称取密度为3.2g/cm3、平均粒径0.1mm的碳化硅陶瓷颗粒50份，密度为3.2g/cm3、平均粒径500um的氮化硅陶瓷颗粒50份，平均粒径600nm的亚微米级氮化铝9份，和酚醛液体树脂8份，放入容器中混合均匀后得到混合物料；
S2，将所述混合物料倒入模具中成型，制得具有直径为1.2mm通孔的预制件；
S3，将预制件放入气氛炉内，在1300℃条件下烧结30min，再经淬火、回火步骤后制得多孔陶瓷基体；
S4，将多孔陶瓷基体进行抛光处理，然后放入浇模中，将高铬铸铁材料熔化后，在0.05MPa的压力条件下从多孔陶瓷基体的内部向外浇注，冷却后形成磨煤机高耐磨辊套。
以申请号为201220097663.6，授权公告号为CN202461486U的中国专利中公开的金属陶瓷增强体采用高铬钢水制备的耐磨材料作为对比样品，以本发明的多孔陶瓷基体采用相同的高铬钢水制备的耐磨材料作为实施样，分别采用将对比样品和实施样品放在MMH-5环块三体磨损试验机上进行对比磨损试验，磨料为石英砂，主轴转速30rpm，载荷用砝码加载方式，单轴试验力3kg，每磨2小时对两种不同试样进行清洗干燥称重计算，通过对比，实施样品1～3在MMH-5环块三体磨损试验机上磨损性能分别是对比样品的1.69倍、1.71倍和1.68倍。

Claims (1)

1.一种磨煤机高耐磨辊套，包括多孔陶瓷基体和对多孔陶瓷基体构成封堵的金属基体，其特征在于，所述多孔陶瓷基体上设有若干个浇注通孔，且相邻浇注通孔的孔心间距满足：
2.65*R0≤d≤3.15*R0，其中，R0为浇注通孔的直径，d为相邻浇注通孔的孔心间距；所述浇注通孔为圆形，所述浇注通孔的直径为0.4～1.2mm；磨煤机高耐磨辊套的制备方法，包括以下步骤：
S1，按质量份计，称取碳化硅陶瓷颗粒40～50份，氮化硅陶瓷颗粒50～60份，亚微米级氮化铝4～14份，和粘结剂6～10份，放入容器中混合均匀后得到混合物料；
S2，将所述混合物料倒入模具中成型，制得具有通孔的预制件，所述通孔的直径为0.4～1.2mm；
S3，将预制件放入气氛炉内，在1100～1300℃条件下烧结30～50min，再经淬火、回火步骤后制得多孔陶瓷基体；
S4，将多孔陶瓷基体放入浇模中，将金属材料熔化后对多孔陶瓷基体进行浇注，冷却后形成磨煤机高耐磨辊套，所述金属材料从多孔陶瓷基体的内部向外浇注，浇注压力为0.01～0.05MPa，所述碳化硅陶瓷颗粒的密度为3.2～3.25g/cm3，且，所述氮化硅陶瓷颗粒的密度为3.12～3.2g/cm3；
在步骤S4中，先将多孔陶瓷基体进行抛光处理，然后放入浇模中，碳化硅颗粒平均粒径0.1mm，所述氮化硅平均粒径500um，所述亚微米级金属氮化物平均粒径：600nm。
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