CN110872655B - 一种长柱状陶瓷颗粒增强体金属基复合耐磨材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长柱状陶瓷颗粒增强体金属基复合耐磨材料，长柱状陶瓷颗粒是指陶瓷颗粒的长度方向尺寸明显大于其径向尺寸，属于宏观陶瓷颗粒增强体金属基复合耐磨材料。陶瓷颗粒的长度方向轴线与耐磨部件的磨损面基本垂直，克服了陶瓷颗粒在抗磨损中过早的从基体中脱落，增加了陶瓷颗粒的有效磨损体积，延长了陶瓷颗粒的抗磨损时间，充分有效的发挥了陶瓷颗粒增强体金属基复合耐磨材料中陶瓷颗粒的耐磨特性，极大地提高了陶瓷颗粒增强体金属基复合耐磨材料的寿命。

Description

一种长柱状陶瓷颗粒增强体金属基复合耐磨材料

技术领域

本发明涉及陶瓷金属复合材料领域，特别是宏观陶瓷颗粒熔融金属铸渗复合耐磨材料领域。

背景技术

在矿山、水泥、冶金、火力发电等行业的破碎和研磨设备中，使用许多耐磨部件，这些耐磨部件既要有较高的硬度，以便耐磨，又要兼有一定的韧性，以承受冲击，使部件不易断裂，保证其完整性。

为了使材料兼有以上两种性能，比利时马科托公司发明了陶瓷颗粒与金属复合耐磨材料（专利ZL97198472.7），较好的解决了这一问题，使耐磨部件使用寿命提高三倍左右。

国内西安交大和广州有色金属研究院对陶瓷颗粒金属复合材料进行了大量的研究，这方面有许多专利，如专利号ZL2011101834492和ZL2014100300190。

在以上专利中所使用的陶瓷颗粒都是磨料颗粒，为破碎过筛的颗粒，外形近似于砂粒，不规则多边形；这种形状的陶瓷颗粒金属基复合耐磨材料在使用过程中存在的问题是：磨损过程中，颗粒凸出基体承受磨损，而基体对陶瓷颗粒起到支承作用，当颗粒大部分裸露出基体，被基体包裹的部分小于1/2后，陶瓷颗粒就容易从基体中脱落，特别是冲击较大时，这种现象更为明显；高义民、郑开宏等的论文《陶瓷颗粒对高铬铸铁基复合材料的组织及性能的影响》一文中有专项论述，陶瓷颗粒脱落后，示意图见附图1,实际的陶瓷颗粒金属基复合耐磨部件使用中，其表面也容易发现陶瓷颗粒脱落后的凹坑。

陶瓷颗粒在复合耐磨材料中主要起抗磨作用，颗粒凸起磨损表面后，有阴影效应，使基体减小磨损，从而延长了耐磨件的使用寿命，而颗粒脱落时一般只磨损掉不足整体的1/2，过早脱落，没有有效发挥出陶瓷颗粒的抗磨作用。

发明内容

本发明的目的是使复合耐磨材料中的陶瓷颗粒，尽量起到抗磨作用，整体的大部分被磨损掉而不是在磨损到约整体的约1/2时脱落，使颗粒整体的5/6以上用于纯磨损，陶瓷颗粒不易脱落。

本发明的具体方案是，把陶瓷颗粒制成长柱状，长度尺寸远大于径向尺寸，L/D在1.5-6之间；另一点就是使长柱状陶瓷颗粒的轴向与复合耐磨材料的磨损面基本垂直，这样才能充分发挥陶瓷颗粒的抗磨作用。

陶瓷颗粒的方向是在制作陶瓷预制体时，通过陶瓷颗粒疏理定向装置，使颗粒在预制体中定向、固定；再把预制体固定在型腔需要位置，铸渗金属液得到陶瓷颗粒金属基复合材料部件，此部件中的陶瓷颗粒的长轴方向，基本和复合件的磨损面垂直。

在制作预制体时，为了使长柱状陶瓷颗粒易于定向，陶瓷颗粒在预制体中分布均布无层次感，在预制体的底部和顶部加入部分普通形颗粒，同时中间也混入部分普通形颗粒，使预制体中的空隙均匀分布，金属基体对陶瓷颗粒的包裹均匀，有更好的支撑作用，普通形陶瓷颗粒占预制体的体积比例在5%-20%。

长柱状陶瓷颗粒外形有下列几种类型，a，哈密瓜型，见图2；b，药物胶囊型，见图3；c，药物长粒状，见图4。d，多棱多面体状，见图5；e，圆柱段型，见图7。

为了使金属基体对陶瓷颗粒得到有效支撑，陶瓷颗粒表面带有沟槽或凸棱。

陶瓷颗粒为ZTA颗粒，增韧高铝陶瓷颗粒，碳化物陶瓷颗粒，氮化物陶瓷颗粒或其它高硬度，高韧性耐磨陶瓷颗粒。

长柱形陶瓷颗粒由干粉压制工艺成型或挤压工艺成型，经低温素烧和高温烧结制得。

普通形陶瓷颗粒材质与长柱状陶瓷颗粒为同种陶瓷材料，也可以为不同的陶瓷材料，颗粒径向尺寸比长柱状颗粒的径向尺寸小20%-50%。

每种预制体中长柱状陶瓷颗粒的种类，可由一种或两种以上组成，如L/D=2和L/D=4等类型组成，一般颗粒长度L，为预制体高度的1/10到1/3。

复合耐磨材料中的金属基体为高铬铸铁，高锰合金钢，耐磨合金钢等耐磨合金。

本专利方案的有效结果是，防止陶瓷颗粒过早脱落，充分使陶瓷颗粒起到抗磨损作用，与普通形颗粒相比，陶瓷颗粒的抗磨损体积增加2/6以上，并且在相同金属基体支撑强度作用下，陶瓷颗粒的体积比，提高20%以上，总体效果是，陶瓷颗粒增强体金属基复合耐磨材料部件的使用寿命比现有最优技术提高一倍以上。

附图说明

图1复合材料中陶瓷颗粒脱落示意图 ， 图2 哈密瓜形陶瓷颗粒，图3 药物胶囊形陶瓷颗粒，图4药物长粒形陶瓷颗粒，图5 多面体形陶瓷颗粒，图6多面体形陶瓷颗粒（直段），图7 圆柱段陶瓷颗粒，图8、图9、图10、图11几种典型带沟槽的陶瓷颗粒。

具体实施方式

实施案例1，立磨辊套镶条。

采用ZTA40长柱状陶瓷颗粒，形状如图9，长9毫米，径向最大4毫米，端部球面半径1.5毫米，表面带有网状U形沟槽，槽深0.3毫米，槽距为1.6毫米，侧面平滑无沟槽，以利于出模，颗粒为干粉压制成型，成型压强100兆帕，成型颗粒经低温素烧和高温烧结待用。

普通形陶瓷颗粒采用ZTA40,粒度f12，长柱形陶瓷颗粒90%，f12颗粒10%，再加入粘接剂3%，活化剂铸渗剂4%，进行搅拌之后定量放入颗粒梳理定向装置内，进行预制体成型，预制体成型腔的底层和上层加入约两层f12颗粒，预制体在腔内放入窑中，升温到200℃保温四小时干燥，脱型后再放入窑内，经高温烧结待用。

造立磨辊套镶条砂型，砂型和预制体同时预热，把预热的预制体固定在砂型需要位置，合型，浇入高温高铬铸铁合金溶液，进行重力或真空压力铸渗，冷却后得到立磨辊套镶条复合部件。

实例二，水泥立磨磨盘衬板。

陶瓷颗粒采用ZTA25材料，形状如图9所示，径向最大4毫米，端部球面半径1.5毫米，表面带有网状U形沟槽，槽深0.3毫米，槽距为1.6毫米，侧面平滑无沟槽，以利于出模，颗粒为干粉压制成型，成型压强100兆帕，成型颗粒经低温素烧和高温烧结待用。

普通形陶瓷颗粒采用ZTA25,粒度f12，长柱形陶瓷颗粒90%，f12颗粒10%，再加入粘接剂3%，活化剂铸渗剂4%，进行搅拌之后定量放入颗粒梳理定向装置内，进行预制体成型，预制体成型腔的底层和上层加入约两层f12颗粒，预制体在腔内放入窑中，升温到200℃保温四小时干燥，脱型后再放入窑内，经高温烧结待用。

7制作水泥立磨磨盘衬板砂型，把几种不同轮廓的预制体拼接成水泥立磨磨盘衬板磨损使用面形状，固定在预热过的砂型内，合型后浇入高温高铬铸铁金属液铸渗，冷却后得到衬板复合件。

Claims (9)

1.一种长柱状陶瓷颗粒增强体金属基复合耐磨材料，其特征在于：把陶瓷颗粒及无机粘接剂，助渗剂，表面活性剂混合，制成定型的预制体，再通过熔融铸渗方法，把基体金属液铸渗到预制体中，构成陶瓷颗粒增强体金属基复合耐磨材料部件，所述陶瓷颗粒由长柱状陶瓷颗粒及普通多边不规则形状陶瓷颗粒组成，长柱状陶瓷颗粒占预制体体积比在80%到100%，普通形状陶瓷颗粒占0%-20%，普通多边不规则形状的陶瓷颗粒主要在陶瓷预制体的底层和上层；长柱状陶瓷颗粒如哈密瓜状，两端近似半球，中段近似中间鼓起的圆柱体，整体近似椭圆体，总长度L与圆柱最大直径D之比在6~1.5之间，中间段圆柱最大直径D与圆柱端部直径d之比在1.5~1之间，中间段平直时，与药品胶囊形状相似，椭圆体周边有一周平直段，宽度h，这种形状便于颗粒压制时出模，易于成型；复合材料中长柱状陶瓷颗粒的长轴方向与复合耐磨材料部件的使用磨损面基本垂直，夹角在90度至60度之间，长柱状陶瓷颗粒的方向是在制作预制体时，通过颗粒梳理定向装置完成；长柱形陶瓷颗粒表面带有网络沟槽或凸棱，沟槽深度或凸棱高度在0.1毫米到1毫米之间，槽距或棱在0.4毫米到2毫米之间，沟槽或凸棱为V形或U形，沟槽或凸棱为连续的或断续的，沟槽或凸棱不影响颗粒成型出模；沟槽或凸棱断续时就相当于陶瓷颗粒表面带有凹坑或凸台。

2.根据权利要求1所述一种长柱状陶瓷颗粒增强体金属基复合耐磨材料，其特征在于：长柱状陶瓷颗粒形状有多面体，圆柱体构成；中间段由多面柱体构成；两平行平面和两圆弧面组成，两端为球面、平面、曲面或多面组成，两端与中间长柱体连接面交接处圆滑过渡，以利于陶瓷颗粒压制成形，出模方便。

3.根据权利要求1所述一种长柱状陶瓷颗粒增强体金属基复合耐磨材料，其特征在于：普通形状陶瓷颗粒指近圆球颗粒或多边不规则颗粒，按FEPA标准，其粒度在f8到f32范围内。

4.根据权利要求1所述一种长柱状陶瓷颗粒增强体金属基复合耐磨材料，其特征在于：陶瓷颗粒为高硬度高韧性耐磨陶瓷颗粒。

5.根据权利要求4所述一种长柱状陶瓷颗粒增强体金属基复合耐磨材料，其特征在于：所述高硬度高韧性耐磨陶瓷颗粒为ZTA颗粒，增韧高铝陶瓷颗粒，碳化物陶瓷颗粒，氮化物陶瓷颗粒。

6.根据权利要求1所述一种长柱状陶瓷颗粒增强体金属基复合耐磨材料，其特征在于：长柱状陶瓷颗粒用瓷粉压制或用瓷泥挤压成型，经低温素烧和高温烧结制得。

7.根据权利要求1所述一种长柱状陶瓷颗粒增强体金属基复合耐磨材料，其特征在于：在复合材料中，陶瓷相的体积比在40%-80%之间。

8.根据权利要求1所述一种长柱状陶瓷颗粒增强体金属基复合耐磨材料，其特征在于：复合材料中的金属基体为耐磨合金。

9.根据权利要求8所述一种长柱状陶瓷颗粒增强体金属基复合耐磨材料，其特征在于：所述复合材料中的金属基体耐磨合金为高铬铸铁或高锰合金钢。

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