CN111575568A - 一种耐磨陶瓷辊及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种耐磨陶瓷辊及其制备方法，所述陶瓷辊由内至外包括辊核、耐磨层，所述辊核，按质量份数计，由以下组分构成：陶瓷颗粒70‑80份、金属基体20‑30份、活性元素15‑20份、粘接剂1‑5份；所述陶瓷颗粒，按质量份数计，由以下组分构成：Al2O3 80‑85份、ZrO2 10‑15份、聚乙烯醇1‑5份；所述金属基体，按质量份数计，由以下组分构成：Cr 20‑15份、C 2.0‑2.5份、Ni 1.0‑2.2份、Mo 1.0‑1.5份、Mn 0.5‑1.0份、Si 0.2‑0.6份、P 0‑0.1份、S 0‑0.05份，剩下为Fe；所述耐磨层，按质量份数计，由以下组分构成：Fe55粉末85‑95份、TiC颗粒5‑15份。本发明所述的耐磨陶瓷辊及其制备方法，配方合理，制备方法简单，成本低廉、产量大，易于实现大规模批量生产，制得的陶瓷辊具有耐磨性能好，使用寿命长，应用前景广泛。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷辊技术领域，具体涉及一种耐磨陶瓷辊及其制备方法。
背景技术
随着工业技术的不断发展, 生产设备的性能要求日益增强, 传送带的应用也愈加广泛, 传统输送带应用钢质托辊, 其中磨损周期在 3 个月左右, 辊子磨损后会产生毛刺对皮带造成严重损伤, 甚至报废皮带,损失极大。自陶瓷辊的出现, 改变了这一现状,陶瓷作为一种耐磨材料, 极大延长了辊子的使用周期,只要轴承不损坏, 陶瓷辊就可以正常工作, 减少了更换辊子的频率, 提高了生产效益。
陶瓷辊的耐磨性正在成为影响传送设备输送效率、输送质量、使用寿命的主要影响因素，由于磨损和腐蚀使陶瓷辊表面出现矩形沟槽或“V”型沟槽或腐蚀麻坑等缺陷，使其在传送时，会导致被传送物品表面出现微凸起、裂纹、单位长度质量增加等质量缺陷，不仅影响输送效率，同时影响被输送物品表面质量，严重时整台套设备生产线停产检修。结合上述要求，需要研发出一种耐磨陶瓷辊及其制备方法，这具有很好的研究和发展前景，可以解决陶瓷辊磨损所带来的一系列问题。
中国专利申请号为 CN201410636259.5公开了一种耐高温腐蚀和耐磨损传送辊制造方法，由中碳钢辊子本体和金属陶瓷辊子工作面两种材料制造成型；辊子本体由中碳钢厚壁钢管与安装辊芯焊接而成，提供辊体转动、支撑、传送；金属陶瓷辊子工作面处于传送辊的两个端头，通过超音速火焰喷涂或超音速等离子喷涂成型；耐磨性还需要进一步提高。
发明内容
发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种耐磨陶瓷辊及其制备方法，配方合理，制备方法简单，成本低廉、产量大，易于实现大规模批量生产，制得的陶瓷辊具有优异的耐磨性能，使用寿命长，减少陶瓷辊的消耗， 达到降低生产成本、 提高生产效率的作用，应用前景广泛。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种耐磨陶瓷辊，其特征在于，所述陶瓷辊由内至外包括辊核、耐磨层，所述辊核，按质量份数计，由以下组分构成：陶瓷颗粒70-80份、金属基体20-30份、活性元素15-20份、粘接剂1-5份；所述陶瓷颗粒，按质量份数计，由以下组分构成：Al2O3 80-85份、ZrO2 10-15份、聚乙烯醇1-5份；所述金属基体，按质量份数计，由以下组分构成：Cr 20-15份、C 2.0-2.5份、Ni 1.0-2.2份、Mo 1.0-1.5份、Mn 0.5-1.0份、Si 0.2-0.6份、P 0-0.1份、S 0-0.05 份，剩下为Fe；所述耐磨层，按质量份数计，由以下组分构成：Fe55 粉末85-95份、TiC 颗粒5-15份。
本发明所述的耐磨陶瓷辊，结构设计合理，由内至外包括辊核、耐磨层，耐磨性能好，使用寿命长。所述辊核由陶瓷颗粒作为增强相、金属基体作为基体相以及两相之间的中间相（活性元素、粘接剂）组成，通过陶瓷颗粒来增强金属基体， 将陶瓷颗粒的硬度高、 耐磨性好等优点和金属基体的高韧性等特征相结合，由于金属基体与陶瓷颗粒的润湿性较差，需要活性元素对润湿性进行改善，粘接剂起到粘结、造孔的作用，在各相所形成的界面相互作用、 相互依存、 相互补充，起到一种复合效应。
所述陶瓷颗粒是由Al2O3、ZrO2、聚乙烯醇组成，Al2O3具有强度高、 模量高、 耐磨性好、 耐高温和耐腐蚀等优点，但其韧性较差，本发明在Al2O3中混合添加 ZrO2，以聚乙烯醇作为粘合剂喷雾造粒得到陶瓷颗粒，通过ZrO2产生的相变增韧，将Al2O3和ZrO2的优点相结合。所述金属基体，组分设计合理，具有优异的耐磨能、强度和韧性，作为基体材料能够为陶瓷颗粒提供较大的承载作用， 保证耐磨性，并且高温流动性较好，同时在高温下不会与所述陶瓷颗粒发生不良的化学反应。
所述耐磨层是由Fe55 粉末和TiC 颗粒组成，Fe55 粉末自熔与喷焊性能呈现良好，同时其能保证润湿感，具有优异的韧性和耐磨性，TiC 颗粒作为催化剂，两者混合后得到激光熔覆材料，利用激光熔覆中的激光将激光熔覆材料涂覆在辊核表面，获得一层熔覆层，可以有效提高辊核表面的耐磨、耐蚀、和抗氧化性能。
进一步的，上述的耐磨陶瓷辊，所述陶瓷颗粒的平均颗粒粒度为150-190μm；所述Fe55 粉末的平均粒度为150-250目，所述TiC 颗粒的平均粒度为200-300目。
进一步的，上述的耐磨陶瓷辊，所述粘接剂为聚乙烯醇和羧甲基纤维素钠的混合物，所述聚乙烯醇和羧甲基纤维素钠的摩尔比为1：1.5-2.0。
聚乙烯醇和羧甲基纤维素钠均为有机粘接剂，在一定温度能够分解挥发，不会有残留物存在导致产生不利的影响。本发明所述粘接剂，可以保证制备过程中陶瓷辊预制体具有足够的强度在浸渗中不变形，同时兼具有足够的孔隙，方便渗入。
进一步的，上述的耐磨陶瓷辊，所述活性元素为Ni粉末、 Ti粉末的混合物，所述Ni粉末、 Ti粉末的质量比为1:3。
Ni粉末、 Ti粉末的混合物可以有效降低金属基体熔体的表面张力， 作为一种表面活性物质吸附在陶瓷颗粒表面， 同时和陶瓷颗粒发生反应， 在陶瓷颗粒表面生成一层容易被金属基体熔体润湿的化合物，大大改善了润湿性，有利于制备。
进一步的，上述的耐磨陶瓷辊，所述Ni粉末、 Ti粉末的纯度为 99.99%， 所述活性元素的平均颗粒粒度为20-23μm。
本发明还涉及所述耐磨陶瓷辊及其制备方法，包括辊核的制备、耐磨层的激光熔覆；所述辊核的制备，包括以下步骤：
（1）陶瓷辊预制体的制备：按照所述配方的质量份数，向陶瓷颗粒中加入活性元素、粘合剂，通过球磨机进行球磨混粉，混粉时间为60min，将球墨后的粉体中添加塑化剂，采用模压成型方法制成陶瓷辊坯体；所述模压成型的成型压力为25-35MPa，保压时间为2~3min，所述陶瓷辊坯体体的致密度为65-70%；将所述陶瓷辊坯体放入到管式炉的炉膛中进行烧结，得到陶瓷辊预制体；
（2）无压浸渗：将金属基体表面打磨去除氧化皮并清理干净后放置在所述陶瓷辊预制体四周，将其一起放入高温管式炉中；高温炉先以 5℃/min 的速率升温至 500℃， 并保温30min使炉管充分预热；在炉管中通入 Ar 气保护气体，之后以 8℃/min 的速率升温到1500℃，并且保温时间 60min，之后随炉缓慢冷却至室温，得到辊核。
本发明所述的耐磨陶瓷辊的制备方法，制备方法简单，包括辊核的制备和耐磨层的激光熔覆。辊核的制备，先通过成型、烧结制备出具有一定的强度陶瓷辊预制体，防止后续无压浸渗过程中金属基体熔液对陶瓷辊预制体的冲击溶解，同时陶瓷辊预制体还要具有良好的孔隙率，使金属基体熔液能够均匀的填充到陶瓷辊预制体的内部；然后，采用熔融金属基体无压浸渗陶瓷辊预制体制备出辊核，金属基体熔液自发的渗入到陶瓷辊预制体内部，不需要外部施加压力，对于设备的要求相对较低，操作方便，易于实现大规模批量生产。
进一步的，上述的耐磨陶瓷辊的制备方法，所述步骤（1）中的烧结，包括如下步骤：
（1）低温加热：将所述陶瓷辊坯体放入到管式炉的炉膛中，开始以 3℃/min 的速率由室温升温到300℃， 之后以 2℃/min 的速率升温到 500℃并保温 60min；
（2）高温加热：在 500℃保温过程中开始通入氩气，之后以 5℃/min 的速率升温至1300℃， 保温 60min；之后随炉冷却至室温，得到陶瓷辊预制体。
本发明所述的烧结，采用分步加热法，依次为低温加热和高温加热。这是因为粘接剂在 300℃~500℃之间会开始燃烧分解，在分解中会产生气体， 气体在逸出太快容易对陶瓷辊坯体产生应力作用， 造成陶瓷辊坯体破坏及塌陷，因此在 300℃~500℃内升温速率较低可以保证产生的气体不对陶瓷辊坯体产生破坏；在 500℃保温过程中开始通入氩气，并且提高升温速率，使陶瓷辊坯体在充分烧结， 以保证陶瓷辊坯体具有一定的高温强度。
进一步的，上述的耐磨陶瓷辊的制备方法，所述耐磨层的激光熔覆，包括如下步骤：
（1）熔覆粉末的制备：按照所述配方的质量份数制备出熔覆粉末；
（2） 喷涂：喷涂前，将所述辊核表面用丙酮溶液清洗干净，烘干后将所述熔覆粉末通过激光熔覆设备对进行辊核表面进行激光熔覆处理。
本发明采用激光熔覆制备耐磨层，相对传统的喷涂、堆焊等方式，激光熔覆具有迅速降低温度能力，从而紧致冷却凝固热处理后的辊核，使辊核与耐磨层牢固结合性能更高；激光熔覆熔覆热作用区域面积小，融化量也很小，可以获得比较薄的耐磨层，不影响陶瓷辊的尺寸精度，对辊核表面损伤小；激光熔覆实现全自动化操作，易于实现大规模批量生产。
进一步的，上述的耐磨陶瓷辊的制备方法，所述激光熔覆设备的工艺条件设定为210 安培电流和35 毫秒脉冲宽度以及14 赫兹频率。
激光熔覆设备的工艺条件设定为210 安培电流和35 毫秒脉冲宽度以及14 赫兹频率，可以得到表面光滑顺亮、成型效果良好、在金属工艺下与辊核良好结合的耐磨层，而且该耐磨层内物质均匀分散、疏密平衡，也没有肉眼看得见的裂纹和空洞。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明公开的耐磨陶瓷辊，结构设计合理，由内至外包括辊核、耐磨层；配方合理，制得的陶瓷辊具有优异的耐磨性能，使用寿命长，减少陶瓷辊的消耗， 达到降低生产成本、提高生产效率的作用，应用前景广泛；
（2）本发明公开的耐磨陶瓷辊，所述辊核由陶瓷颗粒作为增强相、金属基体作为基体相以及两相之间的中间相（活性元素、粘接剂）组成，通过陶瓷颗粒来增强金属基体，将陶瓷颗粒的硬度高、耐磨性好等优点和金属基体的高韧性等特征相结合，由于金属基体与陶瓷颗粒的润湿性较差，需要活性元素对润湿性进行改善，粘接剂起到粘结、造孔的作用，在各相所形成的界面相互作用、 相互依存、 相互补充，起到一种复合效应；
（3）本发明公开的耐磨陶瓷辊，所述耐磨层是由Fe55 粉末和TiC 颗粒组成，Fe55 粉末自熔与喷焊性能呈现良好，同时其能保证润湿感，具有优异的韧性和耐磨性，TiC 颗粒作为催化剂，两者混合后得到激光熔覆材料，利用激光熔覆中的激光将激光熔覆材料涂覆在辊核表面，获得一层熔覆层，可以有效提高辊核表面的耐磨、耐蚀、和抗氧化性能；
（4）本发明提出的耐磨陶瓷辊的制备方法，制备方法简单且具有很高的灵活性，包括辊核的制备和耐磨层的激光熔覆，操作方便，易于实现大规模批量生产，经济效益高。
具体实施方式
下面将结合实施例和具体实验数据，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
以下实施例提供了一种耐磨陶瓷辊及其制备方法，所述陶瓷辊由内至外包括辊核、耐磨层，所述辊核，按质量份数计，由以下组分构成：陶瓷颗粒70-80份、金属基体20-30份、活性元素15-20份、粘接剂1-5份；所述陶瓷颗粒，按质量份数计，由以下组分构成：Al2O3 80-85份、ZrO2 10-15份、聚乙烯醇1-5份；所述金属基体，按质量份数计，由以下组分构成：Cr 20-15份、C 2.0-2.5份、Ni 1.0-2.2份、Mo 1.0-1.5份、Mn 0.5-1.0份、Si 0.2-0.6份、P 0-0.1份、S 0-0.05 份，剩下为Fe；所述耐磨层，按质量份数计，由以下组分构成：Fe55 粉末85-95份、TiC 颗粒5-15份。
进一步的，所述陶瓷颗粒的平均颗粒粒度为150-190μm；所述Fe55 粉末的平均粒度为150-250目，所述TiC 颗粒的平均粒度为200-300目。
进一步的，所述粘接剂为聚乙烯醇和羧甲基纤维素钠的混合物，所述聚乙烯醇和羧甲基纤维素钠的摩尔比为1：1.5-2.0。
进一步的，所述活性元素为Ni粉末、 Ti粉末的混合物，所述Ni粉末、 Ti粉末的质量比为1:3。
进一步的，所述Ni粉末、Ti粉末的纯度为 99.99%， 所述活性元素的平均颗粒粒度为20-23μm。
实施例1
辊核的制备：
（1）陶瓷辊预制体的制备：所述辊核，按质量份数计，由以下组分构成：陶瓷颗粒70份、金属基体20份、活性元素15份、粘接剂2份；所述陶瓷颗粒，按质量份数计，由以下组分构成：Al2O3 85份、ZrO2 12份、聚乙烯醇3份；按照所述配方的质量份数，向陶瓷颗粒中加入活性元素、粘合剂，通过球磨机进行球磨混粉，混粉时间为60min，将球墨后的粉体中添加塑化剂，采用模压成型方法制成陶瓷辊坯体；所述模压成型的成型压力为30MPa，保压时间为2min，所述陶瓷辊坯体体的致密度为65%；
将所述陶瓷辊坯体放入到管式炉的炉膛中进行烧结，开始以 3℃/min 的速率由室温升温到300℃， 之后以 2℃/min 的速率升温到 500℃并保温 60min，然后在 500℃保温过程中开始通入氩气，之后以 5℃/min 的速率升温至 1300℃，保温 60min；之后随炉冷却至室温，得到陶瓷辊预制体；
（2）无压浸渗：将金属基体表面打磨去除氧化皮并清理干净后放置在所述陶瓷辊预制体四周，将其一起放入高温管式炉中；高温炉先以 5℃/min 的速率升温至 500℃， 并保温30min使炉管充分预热；在炉管中通入 Ar 气保护气体，之后以 8℃/min 的速率升温到1500℃，并且保温时间 60min，之后随炉缓慢冷却至室温，得到辊核。
耐磨层的喷涂：
（1）熔覆粉末的制备：按照所述配方的质量份数制备出熔覆粉末；
（2） 喷涂：喷涂前，将所述辊核表面用丙酮溶液清洗干净，烘干后将所述熔覆粉末通过激光熔覆设备对进行辊核表面进行激光熔覆处理。所述激光熔覆设备的工艺条件设定为210 安培电流和35 毫秒脉冲宽度以及14 赫兹频率。
实施例2
辊核的制备：
（3）陶瓷辊预制体的制备：所述辊核，按质量份数计，由以下组分构成：陶瓷颗粒75份、金属基体30份、活性元素18份、粘接剂3份；所述陶瓷颗粒，按质量份数计，由以下组分构成：Al2O3 82份、ZrO2 13份、聚乙烯醇3份；按照所述配方的质量份数，向陶瓷颗粒中加入活性元素、粘合剂，通过球磨机进行球磨混粉，混粉时间为60min，将球墨后的粉体中添加塑化剂，采用模压成型方法制成陶瓷辊坯体；所述模压成型的成型压力为30MPa，保压时间为3min，所述陶瓷辊坯体体的致密度为68%；
将所述陶瓷辊坯体放入到管式炉的炉膛中进行烧结，开始以 3℃/min 的速率由室温升温到300℃， 之后以 2℃/min 的速率升温到 500℃并保温 60min，然后在 500℃保温过程中开始通入氩气，之后以 5℃/min 的速率升温至 1300℃，保温 60min；之后随炉冷却至室温，得到陶瓷辊预制体；
（4）无压浸渗：将金属基体表面打磨去除氧化皮并清理干净后放置在所述陶瓷辊预制体四周，将其一起放入高温管式炉中；高温炉先以 5℃/min 的速率升温至 500℃， 并保温30min使炉管充分预热；在炉管中通入 Ar 气保护气体，之后以 8℃/min 的速率升温到1500℃，并且保温时间 60min，之后随炉缓慢冷却至室温，得到辊核。
耐磨层的喷涂：
（1）熔覆粉末的制备：按照所述配方的质量份数制备出熔覆粉末；
（2） 喷涂：喷涂前，将所述辊核表面用丙酮溶液清洗干净，烘干后将所述熔覆粉末通过激光熔覆设备对进行辊核表面进行激光熔覆处理。所述激光熔覆设备的工艺条件设定为210 安培电流和35 毫秒脉冲宽度以及14 赫兹频率。
实施例3
辊核的制备：
（5）陶瓷辊预制体的制备：所述辊核，按质量份数计，由以下组分构成：陶瓷颗粒78份、金属基体22份、活性元素20份、粘接剂2份；所述陶瓷颗粒，按质量份数计，由以下组分构成：Al2O3 85份、ZrO2 10份、聚乙烯醇5份；按照所述配方的质量份数，向陶瓷颗粒中加入活性元素、粘合剂，通过球磨机进行球磨混粉，混粉时间为60min，将球墨后的粉体中添加塑化剂，采用模压成型方法制成陶瓷辊坯体；所述模压成型的成型压力为35MPa，保压时间为3min，所述陶瓷辊坯体体的致密度为70%；
将所述陶瓷辊坯体放入到管式炉的炉膛中进行烧结，开始以 3℃/min 的速率由室温升温到300℃， 之后以 2℃/min 的速率升温到 500℃并保温 60min，然后在 500℃保温过程中开始通入氩气，之后以 5℃/min 的速率升温至 1300℃，保温 60min；之后随炉冷却至室温，得到陶瓷辊预制体；
（6）无压浸渗：将金属基体表面打磨去除氧化皮并清理干净后放置在所述陶瓷辊预制体四周，将其一起放入高温管式炉中；高温炉先以 5℃/min 的速率升温至 500℃， 并保温30min使炉管充分预热；在炉管中通入 Ar 气保护气体，之后以 8℃/min 的速率升温到1500℃，并且保温时间 60min，之后随炉缓慢冷却至室温，得到辊核。
耐磨层的喷涂：
（1）熔覆粉末的制备：按照所述配方的质量份数制备出熔覆粉末；
（2） 喷涂：喷涂前，将所述辊核表面用丙酮溶液清洗干净，烘干后将所述熔覆粉末通过激光熔覆设备对进行辊核表面进行激光熔覆处理。所述激光熔覆设备的工艺条件设定为210 安培电流和35 毫秒脉冲宽度以及14 赫兹频率。
效果验证：
将上述实施例1、2、3得到的耐磨陶瓷辊，制成陶瓷辊试样1、陶瓷辊试样2、陶瓷辊试样3进行性能检测，测试结果见表1。
致密度测试：使用型号为 ME204E 的梅特勒托利多分析天平，采用阿基米德排水法测量由上述陶瓷辊试样1、陶瓷辊试样2、陶瓷辊试样3的实际密度。测量密度之前要将陶瓷辊试样1、陶瓷辊试样2、陶瓷辊试样3超声振荡清洗干净，然后在鼓风干燥箱中干燥 24h。
硬度测试： 测试硬度时使用 HVS-5 型数显小负荷维氏硬度计，载荷为 49.03N，保荷时间为 15s，维氏硬度计的压头是金刚石材质的正四棱锥形。每个陶瓷辊试样1、陶瓷辊试样2、陶瓷辊试样3测量 10 个点，然后求取平均值。
耐磨性测试：采用的设备为 MLS-225 湿砂半自由磨料磨损试验机，其应用转动的橡胶轮带动与水混合的矿砂、砂石、泥沙等磨料对陶瓷辊试样1、陶瓷辊试样2、陶瓷辊试样3进行磨损，从而对陶瓷辊试样1、陶瓷辊试样2、陶瓷辊试样3进行耐磨性实验。MLS-225 湿砂半自由磨料磨损试验机的主要技术规格如下：最大负载机为 225 牛顿；橡胶轮转速为 240转/分，硬度为 60（邵尔硬度）；砂浆比例为 1000 克水、 1500 克石英砂（室温自来水）。
具体操作方法：
（1）预磨：实验前，泥浆槽需彻底荡涤洁净；陶瓷辊试样1、陶瓷辊试样2、陶瓷辊试样3每个试样都要进行去磁、打消静电处理， 并在酒精或丙酮中浸洗，预磨直至继续到橡胶轮转到 1000 转主动中止。 荡涤烘干后在万分之一精度的天平上称重，测得试样重量， 记为“原始质量”。
（2）正式试验：预磨之后进行下一个 1000 转，磨损试验过程与预磨相同， 试验结束后称重记为正式磨损量。然后，通过公式计算出体积磨损量。
其他：陶瓷辊试样1、陶瓷辊试样2、陶瓷辊试样3在湿热箱中放置30 d，耐磨层表面不起泡；陶瓷辊试样1、陶瓷辊试样2、陶瓷辊试样3在中性盐雾箱中放置7 d，耐磨层表面不起泡，无变化；陶瓷辊试样1、陶瓷辊试样2、陶瓷辊试样3在耐紫外老化30 d，耐磨层表面无粉化、保光率>i90％、△E≤3。
表1样品性能测试结果
| 致密度/% | 维氏硬度/Gpa | 加载载荷为3kg的体积磨损量/cm<sup>3</sup> | 加载载荷为7kg的体积磨损量/cm<sup>3</sup> | |
| 试样1 | 99.90% | 25.9 | 1.1×10<sup>-2</sup> | 2.3×10<sup>-2</sup> |
| 试样2 | 99.95% | 26.3 | 0.9×10<sup>-2</sup> | 2.1×10<sup>-2</sup> |
| 试样3 | 99.92% | 26.1 | 1.0×10<sup>-2</sup> | 2.4×10<sup>-2</sup> |
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种耐磨陶瓷辊，其特征在于，所述陶瓷辊由内至外包括辊核、耐磨层，所述辊核，按质量份数计，由以下组分构成：陶瓷颗粒70-80份、金属基体20-30份、活性元素15-20份、粘接剂1-5份；所述陶瓷颗粒，按质量份数计，由以下组分构成：Al2O3 80-85份、ZrO2 10-15份、聚乙烯醇1-5份；所述金属基体，按质量份数计，由以下组分构成：Cr 20-15份、C 2.0-2.5份、Ni 1.0-2.2份、Mo 1.0-1.5份、Mn 0.5-1.0份、Si 0.2-0.6份、P 0-0.1份、S 0-0.05 份，剩下为Fe；所述耐磨层，按质量份数计，由以下组分构成：Fe55 粉末85-95份、TiC 颗粒5-15份。
2.根据权利要求1所述的耐磨陶瓷辊，其特征在于， 所述陶瓷颗粒的平均颗粒粒度为150-190μm；所述Fe55 粉末的平均粒度为150-250目，所述TiC 颗粒的平均粒度为200-300目。
3.根据权利要求1所述的耐磨陶瓷辊，其特征在于，所述粘接剂为聚乙烯醇和羧甲基纤维素钠的混合物，所述聚乙烯醇和羧甲基纤维素钠的摩尔比为1：1.5-2.0。
4.根据权利要求1所述的耐磨陶瓷辊，其特征在于，所述活性元素为Ni粉末、Ti粉末的混合物，所述Ni粉末、Ti粉末的质量比为1:3。
5.根据权利要求4所述的耐磨陶瓷辊，其特征在于，所述Ni粉末、 Ti粉末的纯度为99.99%， 所述活性元素的平均颗粒粒度为20-23μm。
6.根据权利要求1至5任一项所述耐磨陶瓷辊的制备方法，其特征在于，包括辊核的制备、耐磨层的激光熔覆；所述辊核的制备，包括以下步骤：
陶瓷辊预制体的制备：按照所述配方的质量份数，向陶瓷颗粒中加入活性元素、粘合剂，通过球磨机进行球磨混粉，混粉时间为60min，将球墨后的粉体中添加塑化剂，采用模压成型方法制成陶瓷辊坯体；所述模压成型的成型压力为25-35MPa，保压时间为2~3min，所述陶瓷辊坯体体的致密度为65-70%；将所述陶瓷辊坯体放入到管式炉的炉膛中进行烧结，得到陶瓷辊预制体；
无压浸渗：将金属基体表面打磨去除氧化皮并清理干净后放置在所述陶瓷辊预制体四周，将其一起放入高温管式炉中；高温炉先以 5℃/min 的速率升温至 500℃， 并保温30min使炉管充分预热；在炉管中通入 Ar 气保护气体，之后以 8℃/min 的速率升温到1500℃，并且保温时间 60min，之后随炉缓慢冷却至室温，得到辊核。
7.根据权利要求6所述耐磨陶瓷辊的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的烧结，包括如下步骤：
低温加热：将所述陶瓷辊坯体放入到管式炉的炉膛中，开始以 3℃/min 的速率由室温升温到300℃， 之后以 2℃/min 的速率升温到 500℃并保温 60min；
高温加热：在 500℃保温过程中开始通入氩气，之后以 5℃/min 的速率升温至 1300℃， 保温 60min；之后随炉冷却至室温，得到陶瓷辊预制体。
8.根据权利要求6所述耐磨陶瓷辊的制备方法，其特征在于，所述耐磨层的激光熔覆，包括如下步骤：
（1）熔覆粉末的制备：按照所述配方的质量份数制备出熔覆粉末；
（2）喷涂：喷涂前，将所述辊核表面用丙酮溶液清洗干净，烘干后将所述熔覆粉末通过激光熔覆设备对进行辊核表面进行激光熔覆处理。
9.根据权利要求8所述耐磨陶瓷辊的制备方法，其特征在于，所述激光熔覆设备的工艺条件设定为 210 安培电流和35 毫秒脉冲宽度以及14 赫兹频率。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200825 |
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