CN110773720B - 一种陶瓷增强耐磨件的制备方法及陶瓷增强耐磨件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种陶瓷增强耐磨件的制备方法，属于耐磨材料技术领域。所述制备方法包括陶瓷颗粒的选材，陶瓷颗粒预处理，装模，加压烧结，耐磨块及芯骨组装、造型，烘烤合箱，浇注，保温开箱，热处理，精整机械加工以及油漆包装和成品入库。本发明采用两种以上较大颗粒特种陶瓷，通过前期处理，用两种以上耐高温胶黏剂，经烧结得到耐磨预制块，通过芯骨将耐磨预制块固定于铸造型腔中，经造型和浇注，制得各种高磨损、高冲击破碎行业耐磨件。本发明制备的耐磨件相比原基材，耐磨性提高1.5‑3.5倍，此时其成本只比基材增加1.5‑2倍，且其工艺过程简单可控，制得的耐磨件在耐磨性数倍增加的同时，冲击韧性得以较好保留，耐热性及耐蚀性得以提高。

Description

一种陶瓷增强耐磨件的制备方法及陶瓷增强耐磨件

技术领域

本发明属于耐磨材料技术领域，具体为一种陶瓷增强耐磨件的制备方法及陶瓷增强耐磨件。

背景技术

耐磨材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，对改造某些传统产业具有十分重要的作用。

耐磨材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中，耐磨材料约占85％。随着信息社会的到来，特种耐磨材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，是信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料。

耐磨材料主要有以下几大类：耐磨球、耐磨钢板、耐磨焊条、耐磨陶瓷、耐磨地坪、耐磨橡胶、耐磨管道、耐磨轴承、耐磨焊材、耐磨铸件、铸石、高分子、复合耐磨材料等其它耐磨材料。耐磨铸件即金属铸造耐磨材料，也就是俗称的耐磨件是耐磨材料中用途最广、消耗量最大、体量最大、使用最频繁的一大类产品。而耐磨铸件中钢铁基耐磨铸件即铸造钢铁耐磨材料零件又是最主要的部分。

钢铁耐磨材料零件科技含量较高，广泛存在于冶金、矿山、建材、水泥、铁路、电力、煤炭、石油化工、军工等行业的机械装备结构中，这些耐磨零件往往铸造而成，称为钢铁耐磨铸件(简称耐磨件)。钢铁耐磨铸造件虽占机器总重的比重不大，但却是上述工业部门机械装备中科技含量较高的关键零部件。

耐磨件产品类别粗分大体可分两大类：耐磨钢和耐磨铸铁；产品品种则可分为四大系列：改性高锰钢、中锰钢、超高锰钢系列；高、中、低碳耐磨合金钢系列；各种铬系抗磨白口铸铁系列及锰系、硼系抗磨白口铸铁及马氏体、贝氏体抗磨球墨铸铁等。

耐磨锰钢是应用最广的金属耐磨材料，其中高锰钢是英国人Hadfield于1882年发明的，其铸态组织是奥氏体+马氏体+碳化物，水韧处理后为单一奥氏体组织。高锰钢的主要特征是屈服强度低，高锰钢工件使用中易变形，冲击值达1960～2940KJ/ ㎡，显示出极高的韧性，在强烈冲击工况下可产生加工硬化，从而具有良好的耐磨性。 100多年来，高锰钢的主要成分并未发生太大变化。虽然高锰钢系列产品使用性能具有一定局限性，但至今高锰钢系列产品依然是最大一类铸造金属耐磨件，如此生命力充分说明其具有许多不可替代性。

高、中、低合金耐磨钢铸件的发展是针对耐磨锰钢的缺点研发出来的一类产品，结合工况条件，国内外研制出了多种高、中、低合金耐磨铸钢件，特别是低合金钢耐磨铸件。低合金耐磨钢铸件是很有发展前途的一类抗磨材料，一般来说，它具有生产成本低和较好的抗磨性与良好的强韧性相匹配等特点。国外低合金抗磨钢主要是Cr －Mo系，并加入少量其它合金元素。含碳量在低碳、中碳和高碳都有广泛的应用。国内则以硅、锰系为基础，加入铬、钼以及其他微量元素而发展起来的。其合金系统由成分简单的单一锰系、铬系、铬锰系到成分复杂的铬－锰－硅－钼－其他微量元素的多元复合系列等。

耐磨白口铸铁的发展分为普通白口铸铁、镍硬铸铁和高铬白口铸铁3个阶段。其中应用最成功、最广泛的当属镍硬铸铁和高铬铸铁。镍硬白口铸铁是Climax国际镍公司在1928年研制成功的，它是在普通白口铸铁中加入3.0％～5.0％Ni和1.5％～3.0％ Cr。铸态组织为(Fe，Cr)3C+马氏体+奥氏体。镍硬白口铸铁在强度、硬度和耐磨性方面都优于普通白口铸铁且生产工艺简单，故较早得到了广泛应用。但是，由于碳化物主要是连续片状的渗碳体，脆性较大。这种铸铁多用于泥浆泵泵体、球磨机衬板、磨煤机磨辊和冶金轧辊等。近来还研究通过热处理方法获得贝氏体+回火马氏体，以得到较高的综合力学性能和抗磨料磨损能力的良好配合。为了节约镍，国外还进行以锰、铜代镍的研究工作，试验结果表明，要得到相同的性能，镍只能被部分代替。

高铬白口铸铁几乎是与镍硬铸铁同时发展起来，目前，对于高铬铸铁的研究取得了很大的进展。铬元素的加入，使碳化物结构类型改变，且碳化物硬度提高，这样不仅提高了耐磨性，而且提高了韧性，其使用效果比镍硬铸铁更好。因此，高铬铸铁问世以来，一直被认为是比较理想的耐磨材料，应用十分广泛。

随着国内对铬系白口铸铁的研究不断深入，从合金化理论到生产工艺都取得了突破性进展，并获得了大量成果。低铬、中铬、高铬、超高铬磨球、衬板、锤头，高铬渣浆泵过流件，以及高铬铸铁与钢双金属复合铸造衬板、磨辊、轧辊等都已达到国际先进水平。1985年以来,我国铬系合金白口铸铁、镍铬合金白口铸铁已制定国家标准，耐磨白口铸铁技术已与国际接轨。

球墨铸铁具有优良的力学性能，良好的耐磨性和抗冲击疲劳性能，在汽车、农机和建材等部门得到了广泛应用，目前，世界球铁产量已达数百万吨以上。我国1982 年制定了中锰抗磨球墨铸铁件标准(GB3180-82)，近年来许多单位研制出马氏体基体、奥贝基体、马贝基体的磨球衬板，在建材和电力行业应用取得良好效果。

近年来，结合我国资源情况，研究人员还开发研制了锰系白口铸铁,硼系白口铸铁。锰系白口铸铁分中锰(5％～6％)和高锰(7％～11％)两类，硼系白口铸铁分高碳低硼和低碳高硼两类，采用不同热处理工艺，得到相应的力学性能。中国学者开发的中锰白口铸铁、硼系合金白口铸铁和钨系白口铸铁等，在一些领域取得一些较好的应用效果，但依然存在明显不足。

从以上可以看出：钢铁铸造耐磨件主要几类代表产品都具有各自的特点，并在各自适合的工况中发挥着长期稳定的作用，但也清楚的显现出各个产品自身的局限性：高锰钢综合性能不错，耐冲击性能优异，但耐磨性能不够优秀，尤其在冲击硬化载荷较小和湿工作条件的工况中抗磨性能较差；低合金耐磨钢成本低冲击韧性较好，但耐磨性能一般，目前也只适合有限的使用领域；耐磨白口铸铁耐磨性能较好，但冲击韧性一般，如追求优异耐磨性耐冲击性能更难保证；至于锰系、硼系抗磨白口铸铁及马氏体、贝氏体抗磨球墨铸铁等目前也只是在一些特点领域有较好应用，并且还有较多的方面需要进行完善研发。

作为耐磨材料中用途最广、消耗量最大、体量最大、使用最频繁的一大类产品——钢铁铸造耐磨材料(俗称的耐磨铸件或耐磨件)，很难获得耐磨性能和耐冲击性能较好的统一、使用效能与经济成本的平衡。

发明内容

本发明的目的在于针对提供一种陶瓷增强耐磨件的制备方法和陶瓷增强耐磨件，采用本发明方法制备得到的耐磨件相比于原基材其耐磨性加倍提高，且工艺过程可控，产品的冲击韧性得以较好保留，耐热性及耐蚀性得以提高。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种陶瓷增强耐磨件的制备方法，包括陶瓷颗粒的选材，陶瓷颗粒预处理，装模，加压烧结，耐磨块及芯骨组装、造型，烘烤合箱，浇注，保温开箱，热处理，精整机械加工以及油漆包装和成品入库：

陶瓷颗粒的选材：陶瓷颗粒的选材：80-90wt％的碳化硅与氮化硅的烧结体和 10-20wt％的氮化硅组成的陶瓷颗粒，或75-85wt％的氧化铝与氧化锆的烧结体和 10-25wt％的氧化锆组成的陶瓷颗粒，且平均粒径为1-5毫米的多面体陶瓷，外观不得少于六个面；

陶瓷颗粒预处理：将经过除尘及颗粒筛分后的陶瓷颗粒依次进行除油、清洗、粗化、清洗、干燥、冷却；

装模：将预处理后的陶瓷颗粒和造孔剂、胶黏剂搅拌混合形成耐磨湿料，然后将耐磨湿料装入成型模具中，并用细钢钎边加料边舂实；

加压烧结：耐磨湿料装模舂实后，盖好模具盖板，并用锁紧夹具加压锁紧，静置，然后将模具放入烧结炉中进行烧结，烧结完成后随炉冷却取出；

耐磨块及芯骨组装、造型：按设计组合耐磨块，并按设计位置焊接固定在芯骨上，制作成芯骨耐磨块连接体，然后进行工艺造型；

烘烤合箱：工艺造型完成后，用涂料增厚涂刷，并进行一次烘烤，然后将芯骨耐磨块连接体整体或分段放入产品造型的型腔中，接着进行二次烘烤，最后进行合箱，合箱要求整体芯骨各个设计的支撑点与底箱盖箱紧密契合，芯骨整体在翻箱时不会有任何晃动移位；

浇注：浇注的温度是在现有同类产品浇注工艺温度的基础上增加30℃-70℃，采用先慢、后快，再慢的浇注工艺；

热处理：包括低温保温，中温保温，高温保温，回火、空冷、水雾处理、油淬、液淬、水韧，低温保温或升温阶段比普通耐磨件增加1-3小时，600-650℃中温保温阶段和1020-1100℃高温保温阶段比普通耐磨件增加2-4小时。

进一步，所述烧结的具体过程为：将温度从室温升温到40℃-50℃，保温50-70 分钟，快速升温到650℃-670℃，随炉降温到510℃-530℃保温3.5-4.5小时，然后随炉冷却到55℃-65℃，取出拆卸模具，将固化后的耐磨块再次放入烧结炉，直接升温至850℃-870℃，保温1.5-2.5小时，随炉冷却后取出。

进一步，还包括耐磨块成型模具的制备，模具采用打孔钢板制备，孔径等于或略大于板厚尺寸，模具形状可以根据产品需求具体设定。

进一步，所述陶瓷颗粒预处理的具体过程为：将陶瓷颗粒在筛分除尘机上进行除尘和颗粒筛分，然后浸泡在氢氧化钠溶液中进行除油清洗，再用清水清洗干净，接着用浓HF溶液浸泡进行粗化处理，粗化后的陶瓷颗粒送入干燥炉内干燥，冷却后备用。

进一步，所述氢氧化钠溶液的浓度为55克/升-65克/升，所述除油的温度为 45℃-55℃，时间为12-18分钟，所述浓HF溶液的浓度为38％-42％，所述粗化的温度为室温，时间为15-25分钟，所述干燥的温度为260-320℃，时间为6-8小时。

进一步，所述造孔剂为有机颗粒，优选为硬质木屑、核桃壳粒，造孔剂颗粒大小与陶瓷颗粒相当，造孔剂颗粒的含水率为6-8％；所述造孔剂的加入量按孔隙率为 60-65％进行配备。

进一步，所述胶黏剂为耐950℃-1050℃、1150℃-1250℃、1400℃-1450℃高温的无机高分子聚合物胶黏剂所组成的混合物，其主要成分为硅酸盐耐火性陶瓷与聚合物，胶黏剂的粘度为2000-3000cps，胶黏剂的加入量为陶瓷颗粒重量的6％-12％。

进一步，所述粘黏剂中，耐950℃-1050℃胶黏剂瞬间可耐1200℃左右，耐1150℃ -1250℃的胶黏剂瞬间可耐1300℃左右，耐1400℃-1450℃的胶黏剂瞬间可耐1500℃左右，耐1000℃胶黏剂、耐耐1200℃胶黏剂和耐1450℃胶黏剂的混合质量比为58-62： 30-35：5-10。

进一步，所述耐磨湿料装模前，先用小于1毫米孔径的薄软网在模具内铺底，薄软网为塑料网或金属网。

进一步，所述加压烧结后还包括清洗烘干清理防潮步骤，具体操作为：将加压烧结冷却后取出的耐磨块放入清水槽中，浸泡并涮洗，然后迅速放进240℃-280℃的烘箱中烘干6-10小时，冷却后用高压气枪吹扫，随后放入防潮烘房内备用，烘房温度设置在105℃-130℃。

进一步，所述浇注的具体操作过程为：开始浇注尽量慢，进入满底充腔阶段后加快浇注速度，随后的点冒口补水则要缓慢。

一种陶瓷增强耐磨件，所述耐磨件采用上述所述的制备方法制备得到。

一种陶瓷增强耐磨件，所述耐磨件为高铬铸铁耐磨件，高锰钢耐磨件，低合金钢耐磨件，耐磨耐热铸造备件，耐磨耐蚀铸造备件中的一种或多种。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明采用两种以上较大颗粒特种陶瓷，通过前期处理，用两种以上耐高温胶黏剂，经工艺烧结制得各种耐磨件主要工作部位相匹配的耐磨预制块，采用相应的芯骨技术将耐磨预制块固定于铸造型腔中，经造型和浇注工艺，制得各种陶瓷增强高磨损、高冲击破碎行业耐磨件。

本发明制备的耐磨件产品相比原基材产品，耐磨性提高1.5-3.5倍，此时其成本只比基材(原使用材料)增加1.5-2倍。其工艺过程具有较好可控性，工艺过程及配套设施相对简单，制得的产品在耐磨性数倍增加的同时，冲击韧性得以较好保留，耐热性及耐蚀性得以提高，在实际破碎行业生产使用中该产品带来的综合成本降低非常明显。

附图说明

图1为本发明陶瓷增强耐磨件制备方法的流程示意图；

图2为烧结前后蜂窝网状耐磨块的剖视图，其中a为烧结前，b为烧结后；

图3为金属基陶瓷增强复合材料耐磨件浇注形成机理，其中a为浇注充腔初期， b为浇注完成开始凝固；

图4为实施例1中高铬铸铁板锤的结构示意图；

图5为实施例2中高锰钢圆锥的结构示意图；

图6为实施例3中锤式破碎机锤头的结构示意图；

图7为实施例4中冶金蔑板的结构示意图；

图8为实施例5中衬板的结构示意图；

附图标记：1-陶瓷颗粒，2-造孔剂，3-胶粘剂，4-开式孔隙通道，5-胶粘剂胶结构6-钢液，7-熔融状金属，8-耐磨块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合具体制备步骤对本发明一种陶瓷增强耐磨件的制备方法及陶瓷增强耐磨件进行详细说明。

本发明一种陶瓷增强耐磨件的制备方法，如图1所示，包括陶瓷颗粒的选材，陶瓷颗粒预处理，装模，加压烧结，耐磨块及芯骨组装、造型，烘烤合箱，浇注，保温开箱，热处理，精整机械加工以及油漆包装和成品入库。

各工艺步骤具体如下：

1、模具制备

模具制备是指要制备耐磨块的成型模具，根据不同产品的材料、类型而设计相应的成型模具。模具选材为4-12毫米厚的打孔钢板，孔径等于或略大于板厚尺寸，成型模具采用打孔钢板的目的是烧结时迅速流畅地排水排气和在装模压紧时可以顺利排走多余的胶液。模具形状因产品而异，常规的有条形、矩形、环形、鱼骨型、梯形、片状、蜂窝网型等。成型模具需要具备较好的刚度和耐热性，满足短时间、多次反复 660℃左右加温的需要，模具设计应充分考虑装料、锁紧、开模、搬运方便，不易变形，具备压紧的功能。这些性能的实现对于本领域或模具领域技术人员来说是很容易实现的，只要上述要求制备成型模具即可。

2、陶瓷颗粒的选材

耐磨陶瓷颗粒种类是本发明技术的关键点之一。陶瓷品种繁多，仅适合用于耐磨件的功能陶瓷(特种陶瓷)也有数十种，本发明是为了制备高磨损量、高冲击的重负荷工况的耐磨件，所以选材必须充分考虑各种陶瓷颗粒的性能和经济实用性。本发明的陶瓷颗粒有两种，第一种是80-90wt％的碳化硅与氮化硅的烧结体和10-20wt％纯度为90％以上的氮化硅组合而成的陶瓷颗粒，其中烧结体中碳化硅的含量为60-70wt％，氮化硅的含量为30-40wt％；第二种是75-85wt％氧化铝与氧化锆烧结体和10-25wt％纯度为85％以上的氧化锆组合而成的陶瓷颗粒，其中烧结体中氧化铝的含量为 60-70wt％，氧化锆的含量为30-40wt％。它们的共同特点就是兼顾了耐磨性和冲击韧性，具有很高的耐热性和耐蚀性，而且经济性与产品的使用环境和使用价值相匹配。

陶瓷颗粒的大小和形状的选择也是一个本发明的重要点，现有技术产品绝大多数采用细小颗粒和超细颗粒，这是因为本复合材料性能主要取决于相界面的结合强度、晶粒尺寸和陶瓷晶粒间的金属层厚度。一般认为如果金属层完全包围陶瓷相，陶瓷晶粒间金属层越薄，两者结合得越紧密，则陶瓷-金属复合材料的强度越高；在相同金属层厚度情况下，陶瓷晶粒尺寸越小，复合材料的强度越高。这个理论对弥散式、粉末冶金、还原法、表层渗铸等技术方法特别适合，尤其是在精细制作高端产品领域中。但要制作使用量巨大、使用成本中低的高磨损、高冲击破碎行业耐磨件时该理论就不完全适合，因为，本类产品追求的是高耐磨性，如果作为增强耐磨相的陶瓷晶粒过小，其耐磨增强效果会明显减弱，更为主要的是本发明技术采用经济实用的新型铸渗法，属无压铸造，如何使金属层完全包围陶瓷相特别是深层部分是最为重要的技术工艺目的，所以，陶瓷晶粒不宜太小，大小以利于金属液体较好渗透进耐磨预制块体，进而有效包裹每一粒陶瓷为目的；另一方面，陶瓷颗粒形状，就单体陶瓷颗粒抗磨性抗冲击性而言，圆球状颗粒较佳，但在耐磨块体的耐磨件中，圆球状颗粒就容易失稳，冲击磨损中也容易半程脱落，另外由于同种颗粒间有聚集倾向，也不利于耐磨块体预制过程中的均匀性。因此当使用较大颗粒制作高磨损、高冲击破碎行业耐磨件产品时宜采用不规则形状颗粒。

经长期对比实验，本发明技术根据耐磨件产品不同采用颗粒大小为平均径1-5毫米的多面体陶瓷，要求陶瓷颗粒外观不得少于六个面。

3、陶瓷颗粒预处理

本发明采用的是烧结预制耐磨块铸渗工艺，金属对陶瓷颗粒的包裹程度和金属层与陶瓷颗粒间的结合强度至关重要。利用金属将耐磨耐热性好、硬度大,但不耐冲击的金属氧化物、碳化物、氮化物等陶瓷颗粒粘结在一起,通过延性相(金属)粒子在外力作用下产生的一定的塑性变形或晶界位移产生的蠕变吸收部分能量,缓解应力集中, 从而达到增加韧性的目的，通过不同工艺获得既具陶瓷耐热、耐磨、耐蚀等优点，又保持金属材料的高韧性的新型复合材料(耐磨件)。工艺技术目标是促使金属对陶瓷颗粒的包裹完整，提高包裹层金属与陶瓷颗粒表面的结合强度。然而，陶瓷颗粒表面孔隙的存在对提高其与金属膜结合力的作用是有限的，陶瓷颗粒与金属液之间浸润性是很弱的，必须人为提高浸润性使其结合力增强。另外陶瓷颗粒表面的油脂、吸附粒子等都将影响金属与陶瓷颗粒的结合强度，所以必须对陶瓷颗粒进行前期处理。

对于高磨损、高冲击破碎行业使用的耐磨件本发明采用以下实用、操作性强的陶瓷颗粒前期处理工艺：首先对陶瓷颗粒在风帘式筛分除尘机上进行除尘和进一步颗粒筛分，以初步除去陶瓷颗粒表面附着物并对粒度再控制；然后除油处理，将陶瓷颗粒浸泡在55克/升-65克/升浓度的氢氧化钠溶液中，温度45℃-55℃除油清洗12-18分钟，以除去表面吸附的油脂，再用净水清洗干净。随后是粗化处理，粗化的目的是通过粗化液的侵蚀，增加陶瓷表面的粗糙度，在陶瓷表面形成许多均匀的凹坑和微孔，当金属液沉积在这些凹坑时，金属与陶瓷之间产生锁扣效应，也就是加强金属陶瓷复合材料金属与陶瓷之间的裂缝偏析、绕道、分枝和钉扎等增强增韧机理的作用；另外，通过粗化液的氧化作用，促使表面生成较多的亲水极性基团，增加其润湿性，从而增加它们之间的结合力。本发明采用粗化液为38％-42％的浓HF酸溶液，因为该溶液能对包括氧化锆在内的难以侵蚀的陶瓷颗粒有效粗化，在室温下用聚四氟乙烯容器浸泡进行粗化处理15-25分钟，再用净水清洗干净。然后将粗化完成的陶瓷颗粒送入干燥炉内干燥，温度260-320℃，时间6-8小时，冷却后备用。

4、装模

造孔剂配备

要制取蜂窝网状结构耐磨预制块体，仅仅靠陶瓷颗粒耐磨料的自然堆积孔隙是无法完成的，就是获得一定的孔隙结构也只是理论构造，既不是可以相通连贯的开孔结构，在实际浇注中也无法让金属液体自由穿过和联通，更不能形成金属对陶瓷颗粒的包裹。所以，必须添加造孔剂以增加孔隙率，并通过技术工艺获得开孔结构、气孔联通，但造孔剂也不能过多，否则就会整体结构溃散，金属层过厚也直接影响复合材料的强度。经过对比实验，本发明将孔隙率控制在60-65％制得的耐磨预制块体，结构合理开孔完整联通，金属包裹层也不至于太厚，制取的复合材料耐磨件完全符合设计要求。根据耐磨件特性，造孔剂不应增加最终产品的气孔、夹渣浮渣，因此采用有机颗粒，如硬质木屑、核桃壳粒，颗粒大小与陶瓷颗粒相当，造孔剂颗粒保证6-8％以下的含水率，陶瓷颗粒和造孔剂按要求的孔隙率60-65％配备。

胶黏剂调制

胶黏剂的作用是将陶瓷颗粒、造孔剂均匀地粘结起来，要求在曲线烧结过程中造孔剂的排除不影响整体耐磨预制块结构稳定，形成多孔网状结构并保持轮廓尺寸不变，同时，胶黏剂的粘接强度应满足黑色金属浇注温度的初期冲击，并在浇注充腔完成后粘接力消失，为金属液体让位，而且胶黏剂残留尽量少、其残留物质具有一定强度，目的是残留物不影响最终产品的性能。本发明考虑到造孔剂不宜留下残留物，故而采用可完全燃烧的有机物，燃烧后产生的占多数的挥发份、水分夹带着轻质灰份在温度梯度作用下，自内向外强力排除，将各造孔剂孔隙和陶瓷颗粒自然堆积孔隙联通，形成开孔结构网状体；少部分残留灰份、碳份则需要后续工艺去除。所以，调制的专用胶黏剂应保证联通式开孔结构网状体孔道打通过程不完全固化，以利于孔道形成，同时保持一定强度不因孔道形成过程而失去完整连贯性，该胶黏剂应具备短时间不溶于水，以利于水洗除去造孔剂残留灰份碳份，且需要短时间承受1400℃左右冲击使耐磨块不溃散，而胶黏剂与陶瓷颗粒的结合层在数秒后又应失去结合力碳化断裂与陶瓷颗粒分离。经对比实验，本发明采用耐950℃-1050℃、1150℃-1250℃、1400℃-1450℃高温的无机高分子聚合物胶黏剂配合使用，其主要成分为硅酸盐等耐火性陶瓷与聚合物，比如用于耐高温陶瓷、灯头、金属密封槽、探头、传感器、马弗炉等及在冶金行业高温炉体、溢流槽、引流槽等使用的耐高温无机胶。为了易存放、控制成本和方便多程序操作，本发明采用的胶黏剂为双组分的，由于本产品的特殊性胶黏剂粘度选择要稍高，控制在2000-3000cps，因为各种陶瓷颗粒及造孔剂比重相差明显，颗粒及形状也不尽相同，要想获得较理想的均匀度就得在充分搅拌中靠高粘度胶黏剂使之相对位置稳定。根据对比实验，按一定比例调和使用这三种胶便可以满足前述的本发明预制耐磨块的特殊性能需求——短时间承受1400-1450℃冲击使耐磨块不溃散，而胶黏剂与陶瓷颗粒的结合层在数秒后(铸造金属液充腔基本完成后)又应失去结合力碳化断裂与陶瓷颗粒分离，金属液迅速充填其空位，实现对各个陶瓷颗粒全包裹。这几种胶黏剂的性能分别为：耐950℃-1050℃胶黏剂瞬间可耐1200℃左右，耐1150℃-1250℃的胶黏剂瞬间可耐1300℃左右，耐1400℃-1450℃的胶黏剂瞬间可耐1500℃左右，耐 950℃-1050℃胶黏剂、耐1150℃-1250℃胶黏剂和耐1400℃-1450℃胶黏剂的混合质量比为58-62：30-35：5-10。按特殊烧结曲线固化后耐磨块体各材料间结构粘接力强，胶黏剂本体形成网丝状坚硬固体，耐高温、耐磨、不燃烧、耐酸碱、耐溶剂、耐油、无毒性、线性膨胀系数与钢铁相近、有一定韧性可加工、与钢铁金属包裹结合良好。因此，制备的耐磨块及耐磨件产品完全满足金属基陶瓷复合材料的性能要求。

陶瓷颗粒及辅材搅拌

将拌和好的干状耐磨料和造孔剂混合料盛入专门的搅拌机中，再逐渐加入调制好的配方胶黏剂，根据陶瓷颗粒配方、预处理粗糙度的不同，以及混合料各材料含水率、材料比例等因素的变化，加入比例按重量计在6％-12％之间，直观效果以陶瓷及造孔剂颗粒全部浸润且胶黏剂不分离溢出为标准。加入过程启动慢速搅拌，速度控制在 15-20转/分钟，以便观察控制加入胶黏剂比例；加入完成后启动正式搅拌，搅拌应迅速而充分，搅拌速度在40-60转/分钟，搅拌时间3-5分钟。搅拌完成后将搅拌好的耐磨湿料全部装入装模容器内，并迅速清理湿料专用搅拌机，非水洗水冲而是全干式清扫擦拭。

湿料搅拌完成前，将根据不同产品、规格设计的模具组装好，为了减少材料浪费先用小于1毫米孔径的薄软网在模具内铺底，薄网可以是塑料网也可以是金属网。耐磨湿料备好后即可开始装模，自装模容器中取部分湿料盛入便于操作的小型容器中，人工仔细装入备好的模具中，用小于4毫米直径的细钢钎边加料边舂实，直至达到设计要求尺寸。

5、加压烧结

加压静置

耐磨湿料装模舂实后，盖好模具盖板，然后用与模具配套设计的锁紧夹具加压锁紧，锁紧压力为25-35kgf/cm²。锁模加压的作用直观是增加胶结强度，其实在较大压紧力作用下，胶黏剂被挤压，耐磨块湿料被压实，多余的胶黏剂自模具孔眼排除，促使胶黏剂对陶瓷颗粒的进一步包裹的同时，在陶瓷颗粒周边形成基本均匀、较薄的胶膜，避免了产生增加残留和包裹水分可能的不均匀胶粒、小胶块(片)，使后续烧结制得的耐磨块质量得到保证，锁紧后模具静置2-6小时。

曲线分段烧结

静置后的耐磨块以锁紧状态连同模具一起放入烧结炉，开始曲线分段烧结，烧结的具体过程为：将温度从室温升温到40℃-50℃，保温50-70分钟，快速升温到 650℃-670℃，随炉降温到510℃-530℃保温3.5-4.5小时，然后随炉冷却到55℃-65℃，取出拆卸模具，将固化后的耐磨块再次放入烧结炉，直接升温至850℃-870℃，保温 1.5-2.5小时，随炉冷却后取出。

曲线分段烧结的作用和原理为：加压静置使陶瓷颗粒间初步胶结，胶黏剂微细固化，形成耐磨块整体，加温到40℃-50℃保温50-70分钟时为了使耐磨块内外温度一致，并且胶黏剂初步固化，形成一定强度以承受热烟水气体的冲击而不溃散；快速升温是为了在胶黏剂完全固化前达到造孔剂碳化、汽化温度；烧至660℃使造孔剂达到充分碳化和汽化点，降至510℃-530℃并保温3.5-4.5小时将使造孔剂继续碳化和汽化同时有效保护模具和节能，由于温度梯度和汽压的作用强力排除并形成开孔式通道；取出拆卸掉模具，此时耐磨块已经固化具备了一定强度，以此分阶段烧结保护模具的使用寿命。当然也可以不分段直接继续后段烧结，但模具材料则要求采用耐热钢和较厚尺寸；再次将脱模固化后的耐磨块放入烧结炉，直接升温850℃-870℃，保温1.5-2.5 小时是为了耐磨块中的网状胶黏剂进一步钢结化，同时残留造孔剂的灰份、碳化物进一步粉末化；随炉冷却至室温便于下一步操作。通过以上专门的分段曲线烧结及前工序的系列操作，本发明技术产品关键的一环得以完成。制得内部结构的钢结化蜂窝网状耐磨陶瓷预制块，蜂窝网状耐磨块烧结成型剖视图如2所示。

6、清洗烘干清理防潮

冷却后的耐磨块烧结品取出放入清水槽中，浸泡5分钟并在槽中小心涮洗，洗去大部分造孔剂燃烧汽化后残存的灰份细渣，取出后迅速放进240℃-280℃烘箱中烘干 6-10小时以上。冷却后取出耐磨条块用高压气枪对着其表面整体吹一遍，以清理掉残留各类干粉，随后码好放入防潮烘房内备用，烘房温度设置在105℃-130℃。

7、耐磨块及芯骨组装、造型

芯骨在使用前将其送入抛丸机整体除锈抛光，保持干燥。按设计组合耐磨块，并按设计位置焊接固定在芯骨上，制作成可以直接放入铸件型腔内整体或可方便组装的芯骨耐磨块连接体，整体放入烘房中随时备用。

芯骨是用来定位耐磨块的必备附属装置，其设计首先要求能将耐磨块准确定位于设计的位置，其次就是要求芯骨既能准确定位耐磨块使其经得起钢水冲刷，又不能因芯骨太多太复杂影响产品质量和产品浇注效果。本领域技术人员可以根据现有的常规技术实现芯骨的设计和制备。

本申请陶瓷增强耐磨件的造型工艺与普通耐磨件造型工艺类似，由：造型工艺设计、浇注系统设计、砂箱选择、模样检查修复、混砂备用、实模放置、浇注系统安置、落砂、舂实、砂型硬化等工序组成。但是，其造型工艺设计、浇注系统设计和一些具体用材细节等却又在专门的要求：陶瓷增强复合材料耐磨件的造型与普通耐磨件造型不同，首先普通耐磨件造型系统重点考虑的是浇注系统的合理性和经济性，而陶瓷增强复合材料耐磨件的造型重点考虑的是钢水进入的平顺性和耐磨块少受直接冲刷。所以，造型工艺的设计上要求有所不同。本发明造型工艺因不同产品类型有所不同，但一个基本原则则是统一的，即尽量采用平浇、底注、平稳进水、冒口均布、底升充腔的造型系统设计，以达到平顺充腔目的。其次由于多种不同材质的加入，必定加大浇注过程的发气量，所以排气系统设计也要求高些，排气孔设计比普通耐磨件多 60％-100％，而且位置略有不同，一般要求多放置于耐磨块上部；因为放入了内置件，阻力必然增加，所以浇注系统为全开放式的，内浇道及横浇道都要适当加大，加大内浇道截面积40％-60％，加大横浇道20％-40％。为了减少可能产生的冲砂和发气量提高产品质量，本发明产品浇注系统全部采用陶瓷管制作，即浇口杯、直浇道、横浇道及可能的内浇道全部用成品陶瓷管产品。由于本技术产品成品外观与同种产品的普通耐磨件没有任何区别，所以需要专门编码铸字。

8、烘烤合箱

工艺造型完成后，涂料涂刷至涂刷量(厚度)增加80％-100％，然后进行烘烤，烘烤分两阶段进行，涂料涂刷完毕一次烘烤并同样增加80％-100％的时间(相对于普通耐磨件烘烤时间)，随后按不同产品设计将芯骨耐磨块连接体整体或分段放入产品造型的型腔中，必要的产品要现场连接固定或焊接，接着进行二次烘烤，重点是未经高温烧结的芯骨部分，尤其是若有现场连接和焊接部分，烘烤程度为芯骨发红。烘烤采用天然气喷枪对整个砂型型腔喷火烘烤，喷出温度在1300℃-1800℃左右，实际操作就是将火焰调整到蓝焰，普通耐磨件单位面积“平方厘米”烘烤时间约为8-12秒，陶瓷增强耐磨件则是15-20秒，二次烘烤时间、温度基本一致。

合箱要求为整体芯骨各个设计的支撑点与底箱盖箱紧密契合，芯骨整体在翻箱时不会有任何晃动移位。随后的锁箱力和锁箱点也要适当增加，约增加30％-50％。为了确保芯骨耐磨块整体不至于受潮，在潮湿季节，尤其在南方，下耐磨块芯到浇注时间超过2小时就必须采用热风吹腔工艺，即以热风机的风管通入浇冒口持续吹风干燥，直至开始浇注。

9、浇注

根据耐磨件不同的产品材质和品种类型及形状，浇注温度要求不尽相同，一般是在现有同类产品浇注工艺温度的基础上增加30℃-70℃。浇注技术也有一些细节要求：先慢—后快—再慢，即开始要慢，尽可能减少对耐磨块的空腔冲刷，进入满底充腔阶段后加快浇注速度，以使型腔尽快充满，耐磨块全部被高温钢液包裹浸润，随后的点冒口补水则又要缓慢些，因此时耐磨块的耐温胶黏剂胶连网格(丝)已经基本断裂，陶瓷颗粒处于半浮游状态，过猛的点水(冒口补水)会使部分陶瓷颗粒偏离设计的位置。

本发明浇注工艺与其相对应的普通耐磨件产品浇注工艺有许多不同要求，当前耐磨件浇注技术都因追求较细的晶粒度，采用低温浇注，各个企业可把握的温度不尽相同，但趋向是一致的。本发明则要求适当提高浇注温度，主要目的是增加钢水穿透力，使钢液不至于未浸润网状耐磨块内部全部陶瓷颗粒前就基本稠化滞留，以追求金属钢液对陶瓷颗粒的全包裹。虽然浇注温度的提高，耐磨件产品本体内部金属晶粒度有增大的可能，但本发明在产品内部加入的金属芯骨和陶瓷耐磨块起到了内冷铁的效果，所以产品的金相组织图并没有发现金属晶粒度明显增大。

本发明在浇注后便形成高附加值的一种新型材料——金属基陶瓷增强复合材料耐磨件，整个产品在浇注工艺完成过程中得以形成，其形成机理如图3所示，这在我们大量对产成品的多方位切片微观分析中得到了充分验证。

10、保温开箱

本发明保温开箱的开箱工艺根据各个企业采用的造型技术不同而不同，但开箱工序与普通耐磨件制造的开箱没有什么区别。可是保温工序则有特殊要求，主要是加长了保温时间，根据不同产品在现有常规保温时间上增加5-10小时，目的在于促使具有不同内部材质的陶瓷增强复合材料耐磨件内部组织更加均匀化，内应力减少。

11、热处理

热处理方面本发明技术产品也有不同于普通耐磨件热处理工艺的要求：根据产品材料和类型不同耐磨件热处理工艺本身就有所不同，本发明产品也一样。不同于普通耐磨件之处主要是在低温保温阶段(250℃左右)和高温保温阶段(1020-1100℃左右) 增加保温时间，具体大约为低温保温阶段在原基础上增加1-3小时，高温保温阶段在原来基础上增加2-4小时，中温保温阶段也可适当增加保温时间。其他热处理工序如需回火、空冷、水雾处理、油淬、液淬、水韧等工序的产品与普通耐磨件相同。也即，本申请热处理可以根据耐磨件产品种类的不同，采用各种产品现有的常规热处理工艺实现，只是低温，高温的处理时间增加，中温保温也可适当增加。

12、精整机械加工

本发明精整机械加工的切割、打磨、矫正、精整工序与普通耐磨件基本相同，只是冒口切割、工件打磨精整可能遇到弥散的陶瓷微粒和个别浮游出的陶瓷颗粒，这会增加切割片等崩片的风险和打磨精整的难度，规避方法就是掌握好操作速度力度和更换相应不同的切割片、砂轮片和打磨片等；机械加工时也可能会遇到上述类似的情况，只不过程度会轻些，因为耐磨块设计位置是会避开加工面或设计阻断的，但依然会有可能产生。机械加工时遇到弥散陶瓷微粒较集中和浮游陶瓷颗粒时应及时更换不同角度和不同材质的刀具，避免崩刀、啃肉等风险。本领域技术人员可以根据实际需求进行调整，是很容易实现的。

13、油漆包装和成品入库

本发明产品的油漆包装和成品入库与普通耐磨件的操作差不多，只是需要在产品合适的位置或包装物上做多处明显标识，以便迅速区分本发明制备得到的产品和普通耐磨件的同种产品。

一种陶瓷增强耐磨件，所述耐磨件采用上述所述的制备方法制备得到。

进一步，所述耐磨件为高铬铸铁耐磨件，高锰钢耐磨件，低合金钢耐磨件，耐磨耐热铸造备件，耐磨耐蚀铸造备件中的一种或多种。

下面结合具体实施例对本发明一种陶瓷增强耐磨件的制备方法及陶瓷增强耐磨件进行进一步说明。

实施例1

陶瓷增强高铬铸铁耐磨件的制备

以高铬铸铁板锤为例，其结构如图4所示。图4中的高铬铸铁板锤结构只是高铬铸铁耐磨件中的一种常见结构，可以采用本实施例制备方法进行制备，其它高铬铸铁耐磨件也可以采用本实施例制备方法实现，在具体制备过程中根据产品形状结构进行调整即可，对于本领域技术人员是常规和容易实现的。

1、模具制备

高铬铸铁板锤通常比较方正，采用多条纵向排列的条状耐磨条构成，选用6-10 毫米厚的打孔钢板作为模具材料(孔径等于或略大于厚度)，耐磨条单条厚度 1.5-3.5cm，耐磨条高度略小于产品宽度的1/3，耐磨条总长度小于产品长度1.5-3cm，耐磨条可分多段，其制作模具长度以方便各工序操作而定。模具设计为侧向开合的铰链式结构，即厚度方向的一侧打开合拢，侧向锁紧，以多个U型夹锁紧模具盖加压，方便装料、锁紧、开模、搬运。模具的制备可以根据产品结构尺寸进行调整和设计。

2、陶瓷颗粒的选材

陶瓷颗粒为：80wt％氧化铝与氧化锆的烧结体和20wt％纯度为85％以上的氧化锆组合，伴生物为氧化铈等的陶瓷颗粒，其中，烧结体中氧化铝的含量为65wt％，氧化锆的含量为35wt％，采用颗粒大小为平均径1-4毫米的多面体陶瓷，陶瓷颗粒外观不得少于六个面。

3、陶瓷颗粒预处理

将陶瓷颗粒在风帘式筛分除尘机上进行除尘和进一步颗粒筛分，然后件将陶瓷颗粒浸泡在60克/升浓度的氢氧化钠溶液中，温度50℃除油清洗15分钟，再用净水清洗干净；随后将陶瓷颗粒放入浓度为40％的浓HF酸溶液中在室温下浸泡进行粗化处理20分钟，再用净水清洗干净；最后将粗化后的陶瓷颗粒送入干燥炉内干燥，温度270℃，时间7小时，冷却后备用。

4、陶瓷颗粒、造孔剂、胶黏剂的拌和

采用颗粒大小于陶瓷颗粒相当的核桃壳颗粒作为造孔剂，且要求其含水率低于6-8％，造孔剂的加入量按孔隙率为60-65％进行配备。

按60wt％耐1000℃高温无机胶，35wt％耐1200℃高温无机胶，5wt％耐1400℃高温无机胶配备胶黏剂，加入量为陶瓷颗粒重量的6％-9％，直观效果以陶瓷及造孔剂颗粒全部浸润且胶黏剂不分离溢出为标准。

耐将陶瓷颗粒和造孔剂放入搅拌机中，再逐渐加入胶黏剂，加入过程启动慢速搅拌，速度控制在15-20转/分钟，以便观察控制加入胶黏剂比例；加入完成后启动正式搅拌，搅拌应迅速而充分，搅拌速度在40-60转/分钟，搅拌时间3-5分钟。搅拌完成后将搅拌好的耐磨湿料全部装入装模容器内，并迅速清理湿料专用搅拌机，非水洗水冲而是全干式清扫擦拭。

5、装模及加压静置

湿料搅拌完成前，将模具按所需类型规格组装好，先用小于1毫米孔径的塑料薄软网在模具内铺底，耐磨湿料备好后即可开始装模，自装模容器中取部分湿料盛入便于操作的小型容器中，人工仔细装入备好的模具中，用小于4毫米直径的细钢钎边加料边舂实，直至达到设计要求尺寸。

耐磨湿料装模舂实后，盖好模具盖板，然后用与模具配套设计的U型锁紧夹具加压锁紧，锁紧压力为30kgf/cm²，锁紧后模具按操作顺序编号排列，静置2-6小时。

6、曲线烧结

静置2个多小时后的耐磨块以锁紧状态连同模具一起放入烧结炉，开始曲线分段烧结，烧结的具体操作为：将温度从室温升温到45℃，保温60分钟，快速升温到660℃，随炉降温到520℃保温4小时，然后随炉冷却到60℃，取出拆卸模具，将固化后的耐磨块再次放入烧结炉，直接升温至860℃，保温2小时，随炉冷却后取出。通过以上分段曲线烧结及前工序的系列操作，关键的一环得以完成，制得设计所需尺寸和内部结构的蜂窝网状钢结化耐磨陶瓷预制块。

7、清洗烘干清理防潮

冷却后的耐磨条块烧结品取出放入清水槽中，浸泡5分钟并在槽中小心涮洗，洗去大部分造孔剂燃烧汽化后残存的灰份细渣，取出后迅速放进260℃烘箱中烘干6小时以上。冷却后取出耐磨条块用高压气枪对着其表面整体吹一遍，以清理掉残留各类干粉，随后码好放入防潮烘房内备用，烘房温度设置在110℃。

8、芯骨设计制备

芯骨用细螺纹钢和小直条钢材质以焊接方式制作。本实施例的高铬铸铁板锤采用

的螺纹钢制作板锤中心部纵向支撑龙骨，根据板锤大小不同一般设置8-16根，纵向两排或四排排布，每排4根，长度略短于产品长度；横向(宽度方向)采用

圆条钢筋制作，每根横向钢筋长度等于板锤宽度，数量一般为4根一组，按板锤长度每间隔150㎜左右安排一组；立柱(板锤厚度方向)中心部与纵向大龙骨焊接的采用

的螺纹钢制作，耐磨条块支撑位置立柱用

圆条钢筋制作，数量为横向钢筋与龙骨、耐磨条每一交叉点一根，立柱长度与板锤产品厚度一致。芯骨需要考虑将耐磨条准确牢固定位于设计位置，并且充分考虑钢水进水主通道和各个充型通道的顺畅。

9、耐磨块固定

将芯骨在使用前送入抛丸机整体除锈抛光，保持干燥，尽快按设计组合耐磨块。本实施例板锤形状简单，单个个体一般不算太大，所以通常采用整体芯骨，即将耐磨条块按设计需求组合安装在芯骨的设计位置上，然后用φ4-φ6的直条钢筋焊接固定，保证各个组合耐磨条块能够在钢水高温和冲刷后仍基本在设计位置上。固定完毕制作成可以直接放入铸件型腔内整体芯骨耐磨条块连接体。整体放入烘房中随时备用。

10、工艺造型

本实施例的工艺造型与普通耐磨件造型工艺类似，由：造型工艺设计、浇注系统设计、砂箱选择、模样检查修复、混砂备用、实模放置、浇注系统安置、落砂、舂实、砂型硬化等工序组成。但是，其造型工艺设计、浇注系统设计和一些具体用材细节等却又在专门的要求：尽量采用平浇、底注、平稳进水、冒口均布、底升充腔的造型系统设计，以达到平顺充腔目的。其次由于多种不同材质的加入，必定加大浇注过程的发气量，所以排气系统设计也要求高些，排气孔设计比普通耐磨件多60％-100％，而且位置略有不同，一般要求多放置于耐磨块上部；因为放入了内置件，阻力必然增加，所以浇注系统为全开放式的，内浇道及横浇道都要适当加大，加大内浇道截面积 40％-60％，加大横浇道20％-40％。为了减少可能产生的冲砂和发气量提高产品质量，本发明产品浇注系统全部采用陶瓷管制作，即浇口杯、直浇道、横浇道及可能的内浇道全部用成品陶瓷管产品。由于本技术产品成品外观与同种产品的普通耐磨件没有任何区别，所以需要专门编码铸字。

11、烘烤合箱

工艺造型完成后，用涂料涂刷整个砂型型腔增加80％-100％(厚度)，然后进行烘烤。烘烤分两阶段进行，涂料涂刷完毕一次烘烤，型腔用天然气喷枪喷火烘烤完成，温度1500℃左右，时间为每平方厘米18秒左右，相对普通耐磨件增加80％-100％的时间，随后将板锤的芯骨耐磨块连接体整体放入产品造型的型腔中，必要时现场做局部修改作业，接着进行二次烘烤(与第一次烘烤温度时间相同，包括芯骨耐磨块连接体)，重点是未经高温烧结的芯骨部分，尤其是若有现场连接和焊接部分，烘烤(直观)程度为芯骨发红。

合箱就是在完成涂料涂刷、烘烤、下芯、清理等工序后，将型砂上下箱合拢固定，组成完整的所需要型腔的过程。合箱要求为整体芯骨各个设计的支撑点与底箱盖箱紧密契合，芯骨整体在翻箱时不会有任何晃动移位。随后的锁箱力和锁箱点也要适当增加，约增加30％-50％。为了确保芯骨整体不至于受潮，在潮湿季节，尤其在南方，下耐磨块芯到浇注时间超过2小时就必须采用热风吹腔工艺，即以热风机的风管通入浇冒口持续吹风干燥，直至开始浇注。

12、浇注

本实施例板锤的浇注温度取1410-1440℃，比现在普通高铬铸铁板锤的通常浇注温度增加30℃-70℃。浇注采用先慢，后快，再慢的工序，即开始要慢(浇注金属液控制在20-30㎏/s)，进入满底充腔阶段后加快浇注速度(金属液浇注速度控制在50-70 ㎏/s)，以使型腔尽快充满，耐磨条块被高温钢液包裹浸润，随后的点冒口补水则又要缓慢些(金属液入腔量控制在15-25㎏/s)。

浇注工序是将成分、温度达到设计要求的熔融金属液浇注进前工序造型、烘烤合箱完成的型腔内的过程，由配料、装炉、熔炼、测温、出炉(倒入浇注包内)、打渣、测温、加注浇冒口、烘烤、清理、浇注、覆盖等工序组成。

13、保温开箱

本实施例板锤保温时间比普通高铬铸铁板锤保温时间增加6-8小时。

因铸造方法不同保温开箱过程也不尽相同，以实施例陶瓷增强耐磨件常用的实样砂型铸造为例，就是在浇注完成后，由静置保温、挪动保温、开箱落砂、清理切割浇冒口，初检等工序组成。普通高铬板锤总保温时间根据产品大小有一定变化，一般控制在36-48小时，本发明实施例则在此基础上增加6-8小时。

14、热处理

一般包括曲线升温，低温保温，中温保温，高温保温，空冷、水雾处理、油淬、液淬、回火等，不同企业采用工艺也不相同，本实施例具体工序为：装炉设计、装炉、按产品设计热处理曲线热处理、出炉、空冷加水雾处理、初检、回火处理等，热处理曲线因产品大小厚薄有一定变化，大致为室温装炉、关炉门升温至250℃保温2小时，然后5小时升温至650℃保温4小时，6小时升温至1030℃保温6小时，开炉门出炉，快速空冷加水雾处理等工序，共计23小时左右。待产品完全冷却至室温后，产品还需进行回火处理，本发明实施例采用高温回火，即重新装炉，升温至460℃保温6小时，后出炉散开空冷至室温。本实施例则是在低温保温阶段(250℃)比普通高铬铸铁板锤热处理的低温保温时间增加2小时，中温保温比普通高铬铸铁板锤热处理的中温保温(650℃左右)时间增加2小时，高温保温比普通高铬铸铁板锤热处理的高温保温(1030℃)时间增加1小时。

15、精整机械加工

对高铬铸铁板锤的浇冒口进行切割、打磨、以及精整(具体与现有普通板锤的操作基本相同)。在冒口切割、工件打磨精整可能遇到弥散的陶瓷微粒和个别浮游出的陶瓷颗粒，这会增加切割片等崩片的风险和打磨精整的难度，规避方法就是掌握好操作速度力度和更换相应不同的切割片、砂轮片和打磨片。切割片一般用大切割片即直径300-355mm的，有树脂刚玉类、金刚砂切割片等，转速(线速度)大致在80m/s以内，可调；砂轮片通常也用大砂轮，直径300-350mm，有刚玉类、碳化硅、氧化铝砂轮片等，转速一般1420rpm、2850rpm，挡调；打磨片采用手持式的，直径100、125、 150、180mm等，有氧化铝、碳化硅、金刚石、刚玉类的打磨片，转速10000-15000rpm，多挡调整。切割浇冒口本实施例通常使用树脂刚玉类切割片，时遇上述情况，可调小转速至20-30m/s和减慢进给速度，遇较大面积陶瓷颗粒时可以更换金刚砂切割片；打磨平面时，通常使用大砂轮机的碳化硅砂轮片，遇上述情况，一般不用调整转速和更换砂轮片，只需增加砂轮进给力即可；打磨局部时，可适当调小转速如10000、12000 rpm，适当加大进给力度，必要时更换成金刚石打磨片。打磨精整完成后，高铬铸铁板锤送入抛丸机内抛丸，机械加工时遇到弥散陶瓷微粒较集中和浮游陶瓷颗粒时应及时更换不同角度和不同材质的刀具，避免崩刀、啃肉等风险。

16、油漆包装和成品入库

打磨精整、机械加工、成品检验完成后的产品进入油漆包装和成品入库工序，产品送入油漆包装车间，以空气喷漆枪按产品要求颜色、漆种喷涂油漆、喷码标识，晾干后外观检查，随后按包装设计以木箱、托盘、钢带、砸丝、缓冲垫等组合打包，包装喷码标识，按订单分类入库。本实施例与普通耐磨件的操作没有多少区别，只是需要在产品多面合适的位置或包装物上做出明显标识，以便迅速区分本发明技术产品和普通耐磨件的同种产品。

本实施例陶瓷增强高铬铸铁板锤产品相比同基材高铬铸铁板锤产品，耐磨性提高2.5-3.5倍，此时其成本只比基材(原使用材料)产品增加40％-90％，经济效益提高 50％-80％。冲击韧性维持在7.5-8.5J/cm²，冲击韧性得以较好保留。

实施例2

陶瓷增强高锰钢耐磨件的制备

以高锰钢圆锥为例，其结构如图5所示。本实施例高锰钢圆锥的具体制备过程与实施例1一样，只需根据产品结构或性能的不同按照本发明制备方法提供的制备步骤在限定的工艺参数范围内进行调整即可，在本发明已经充分公开制备方法过程的基础上，上述调整对于本领域技术人员是常规和容易实现的。

本实施例陶瓷增强高锰钢圆锥产品相比同基材高锰钢圆锥产品，耐磨性提高1.5-2.5倍，此时其成本只比基材(原使用材料)产品增加60％-100％，经济效益提高 30％-60％。冲击韧性得以较好保留，冲击韧性维持在210-320J/cm²。

图5中的高锰钢圆锥结构只是高锰钢耐磨件中的一种常见结构，其它高锰钢耐磨件也可以采用本发明制备方法实现，在具体制备过程中根据产品形状结构进行调整即可，对于本领域技术人员是常规和容易实现的。

实施例3

陶瓷增强低合金钢耐磨件的制备

以锤式破碎机的锤头为例，其结构如图6所示。本实施例锤式破碎机锤头的具体制备过程与实施例1一样，只需根据产品结构或性能的不同按照本发明制备方法提供的制备步骤在限定的工艺参数范围内进行调整即可，在本发明已经充分公开制备方法过程的基础上，上述调整对于本领域技术人员是常规和容易实现的。

本实施例陶瓷增强锤式破碎机的锤头相比同基材锤头产品，耐磨性提高2.5-3.5倍，此时其成本只比基材(原使用材料)产品增加20％-60％，经济效益提高50％-80％。冲击韧性得以较好保留，维持在20-40J/cm²。

图6中的锤式破碎机锤头只是低合金钢耐磨件中的一种常见结构，其它低合金钢耐磨件也可以采用本发明制备方法实现，在具体制备过程中根据产品形状结构进行调整即可，对于本领域技术人员是常规和容易实现的。

实施例4

陶瓷增强耐磨耐热铸造备件的制备

以采用高含量Cr和Ni的耐热材质制作而成的冶金蔑板为例，其结构如图7所示。本实施例冶金蔑板的具体制备过程与实施例1一样，只需根据产品结构或性能的不同按照本发明制备方法提供的制备步骤在限定的工艺参数范围内进行调整即可，在本发明已经充分公开制备方法过程的基础上，上述调整对于本领域技术人员是常规和容易实现的。

本实施例冶金蔑板产品相比同基材冶金蔑板产品，耐磨性提高2-3倍，此时其成本只比基材(原使用材料)产品增加15％-50％(有些材料成本基本持平甚至减少)，经济效益提高30％-60％。冲击韧性得以较好保留，耐磨块抗氧化性能比原基材提高 60-80％。

图7中的冶金蔑板只是耐磨耐热铸造备件的一种常见结构，其它耐磨耐热铸造备件也可以采用本发明制备方法实现，在具体制备过程中根据产品形状结构进行调整即可，对于本领域技术人员是常规和容易实现的。

实施例5

陶瓷增强耐磨耐蚀铸造备件的制备

以采用采用高含量Cr、Ni和Cu的耐蚀材质制作而成的衬板为例，其结构如图8 所示。本实施例衬板的具体制备过程与实施例1一样，只需根据产品结构或性能的不同按照本发明制备方法提供的制备步骤在限定的工艺参数范围内进行调整即可，在本发明已经充分公开制备方法过程的基础上，上述调整对于本领域技术人员是常规和容易实现的。

本实施例陶瓷增强衬板产品相比同基材衬板产品，耐磨性提高2-3倍，此时其成本只比基材(原使用材料)产品增加10％-40％(有些材料成本基本持平甚至减少)，经济效益提高35％-65％。冲击韧性得以较好保留，耐蚀性能比原基材提高50-70％。

图7中的衬板只是耐磨耐蚀铸造备件的一种常见结构，其它耐磨耐蚀铸造备件也可以采用本发明制备方法实现，在具体制备过程中根据产品形状结构进行调整即可，对于本领域技术人员是常规和容易实现的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种陶瓷增强耐磨件的制备方法，其特征在于，包括陶瓷颗粒的选材，陶瓷颗粒预处理，装模，加压烧结，耐磨块及芯骨组装、造型，烘烤合箱，浇注，保温开箱，热处理，精整机械加工以及油漆包装和成品入库：

陶瓷颗粒的选材：80-90wt％的碳化硅与氮化硅的烧结体和10-20wt％的氮化硅组成的陶瓷颗粒，或75wt％的氧化铝与氧化锆的烧结体和25wt％的氧化锆组成的陶瓷颗粒，或80wt％的氧化铝与氧化锆的烧结体和20wt％的氧化锆组成的陶瓷颗粒，且平均粒径为1-5毫米的多面体陶瓷，外观不得少于六个面；

陶瓷颗粒预处理：将经过除尘及颗粒筛分后的陶瓷颗粒依次进行除油、清洗、粗化、清洗、干燥、冷却；

装模：将预处理后的陶瓷颗粒和造孔剂、胶黏剂搅拌混合形成耐磨湿料，然后将耐磨湿料装入成型模具中，并用细钢钎边加料边舂实；

加压烧结：耐磨湿料装模舂实后，盖好模具盖板，并用锁紧夹具加压锁紧，静置，然后将模具放入烧结炉中进行烧结，烧结完成后随炉冷却取出；

耐磨块及芯骨组装、造型：按设计组合耐磨块，并按设计位置焊接固定在芯骨上，制作成芯骨耐磨块连接体，然后进行工艺造型；

烘烤合箱：工艺造型完成后，用涂料增厚涂刷，并进行一次烘烤，然后将芯骨耐磨块连接体整体或分段放入产品造型的型腔中，接着进行二次烘烤，最后进行合箱，合箱要求整体芯骨各个设计的支撑点与底箱盖箱紧密契合，芯骨整体在翻箱时不会有任何晃动移位；

浇注：采用先慢、后快，再慢的浇注工艺；

热处理：包括低温保温，中温保温，高温保温，回火、空冷、水雾处理、油淬、液淬、水韧处理。

2.如权利要求1所述一种陶瓷增强耐磨件的制备方法，其特征在于，所述烧结的具体过程为：将温度从室温升温到40℃-50℃，保温50-70分钟，快速升温到650℃-670℃，随炉降温到510℃-530℃保温3.5-4.5小时，然后随炉冷却到55℃-65℃，取出拆卸模具，将固化后的耐磨块再次放入烧结炉，直接升温至850℃-870℃，保温1.5-2.5小时，随炉冷却后取出。

3.如权利要求1所述一种陶瓷增强耐磨件的制备方法，其特征在于，还包括耐磨块成型模具的制备，模具采用打孔钢板制备，孔径等于板厚尺寸，模具形状可以根据产品需求具体设定。

4.如权利要求1所述一种陶瓷增强耐磨件的制备方法，其特征在于，所述陶瓷颗粒预处理的具体过程为：将陶瓷颗粒在筛分除尘机上进行除尘和颗粒筛分，然后浸泡在氢氧化钠溶液中进行除油清洗，再用清水清洗干净，接着用浓HF溶液浸泡进行粗化处理，粗化后的陶瓷颗粒送入干燥炉内干燥，冷却后备用。

5.如权利要求4所述一种陶瓷增强耐磨件的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钠溶液的浓度为55克/升-65克/升，所述除油的温度为45℃-55℃，时间为12-18分钟，所述浓HF溶液的浓度为38％-42％，所述粗化的温度为室温，时间为15-25分钟，所述干燥的温度为260-320℃，时间为6-8小时。

6.如权利要求1所述一种陶瓷增强耐磨件的制备方法，其特征在于，所述造孔剂为有机颗粒，造孔剂颗粒大小与陶瓷颗粒相当，造孔剂颗粒的含水率为6-8％；所述造孔剂的加入量按孔隙率为60-65％进行配备。

7.如权利要求1所述一种陶瓷增强耐磨件的制备方法，其特征在于，所述胶黏剂为耐950℃-1050℃、1150℃-1250℃、1400℃-1450℃高温的无机高分子聚合物胶黏剂所组成的混合物，其主要成分为硅酸盐耐火性陶瓷与聚合物，胶黏剂的粘度为2000-3000cps，胶黏剂的加入量为陶瓷颗粒重量的6％-12％。

8.如权利要求7所述一种陶瓷增强耐磨件的制备方法，其特征在于，所述胶黏剂中，耐950℃-1050℃胶黏剂瞬间可耐1200℃，耐1150℃-1250℃的胶黏剂瞬间可耐1300℃，耐1400℃-1450℃的胶黏剂瞬间可耐1500℃，耐1000℃胶黏剂、耐1200℃胶黏剂和耐1450℃胶黏剂的混合质量比为58-62：30-35：5-10。

9.如权利要求1所述一种陶瓷增强耐磨件的制备方法，其特征在于，所述耐磨湿料装模前，先用小于1毫米孔径的薄软网在模具内铺底，薄软网为塑料网或金属网。

10.如权利要求1所述一种陶瓷增强耐磨件的制备方法，其特征在于，所述加压烧结后还包括清洗烘干清理防潮步骤，具体操作为：将加压烧结冷却后取出的耐磨块放入清水槽中，浸泡并涮洗，然后迅速放进240℃-280℃的烘箱中烘干6-10小时，冷却后用高压气枪吹扫，随后放入防潮烘房内备用，烘房温度设置在105℃-130℃。

11.一种陶瓷增强耐磨件，其特征在于，所述耐磨件采用上述权利要求1至10任一项所述的制备方法制备得到。

12.如权利要求11所述一种陶瓷增强耐磨件，其特征在于，所述耐磨件为耐磨耐热铸造备件，耐磨耐蚀铸造备件中的一种或多种。

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