CN112622115A - 一种螺杆泵螺杆衬胶模具及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种螺杆泵螺杆衬胶模具及其使用方法，其制备方法为：将高强耐磨材料与粘结剂混合，得到混合浆料；将混合浆料注入母模中固化，取出，形成螺杆衬胶模具生坯；将螺杆衬胶模具生坯干燥，烧结，得到螺杆衬胶模具；将螺杆衬胶模具浸入表面处理液中进行表面热处理形成耐磨层，冷却，得到最终模具。其中高强耐磨材料由ZnFe2O4纳米颗粒增强Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料制备得到；表面处理液包括硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料溶液；制备得到具有较好的强度、硬度与断裂韧性，优良耐磨性能的高强耐磨材料，将其应用于螺杆泵螺杆衬胶模具中，使模具具有较高的强度与硬度，优良的耐磨性能、耐腐蚀性以及较好的高温抗氧化性。
Description
技术领域
本发明属于螺杆泵螺杆衬胶技术领域，具体涉及一种螺杆泵螺杆衬胶模具及其使用方法。
背景技术
螺杆泵是靠相互啮合的螺杆作旋转运动而进行工作的，在螺杆转动过程中，物料会与螺杆、泵体内壁产生一定的摩擦，使螺杆与泵体内壁、螺杆之间的工作表面逐渐磨损，螺杆直径逐渐缩小，泵体的内孔直径逐渐增大。这样，螺杆与螺杆之间、螺杆与泵体内壁之间的间隙会随着二者的逐渐磨损而一点点加大，这就增加了运输物料前进时的泄漏流量，同时，当螺杆泵输送杂质含量较高的液体时，一些较硬的杂质容易将螺杆卡死，从而降低了工作效率。因此，研发一种新的螺杆泵以提高螺杆的抗磨损能力、提高螺杆的密封性能和介质通过能力显得尤为重要。在螺杆上衬胶可在一定程度上提高螺杆泵的耐磨性能，然而，如何高质量地对螺杆完成衬胶则是目前研究的热点。
目前，研发出螺杆泵螺杆衬胶模具是制备高质量螺杆衬胶的步骤关键。现有技术如公开号CN 109049532 A的中国发明专利公开了一种螺杆泵螺杆衬胶模具及其使用方法，其包括中模组件、底模和模芯，中模组件包括第一中模、若干第二中模和第三中模，第一中模的中心处设有第一型腔，第二中模的中心处设有第二型腔，第三中模的中心处设有第三型腔；当模具加热或注胶时，会使模具各部分之间的间隙增大，可利用注压机的垂直压力将模具各部分始终紧密贴合，避免间隙的出现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有较高强度、硬度、断裂韧性以及优良耐磨性能的高强耐磨材料。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
一种高强耐磨材料，其由ZnFe2O4纳米颗粒增强Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料制备得到。
优选地，高强耐磨材料还包括金属粘结相和碳化物。
更优选地，高强耐磨材料，按重量份计，包括，ZnFe2O4纳米颗粒为5～25份，Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料为20～50份，金属粘结相为10～20份，碳化物为5～15份。
本发明采用ZnFe2O4纳米颗粒增强Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料得到高强耐磨材料，原因可能是陶瓷纳米颗粒增强体与金属陶瓷基体结合，材料在高温处理过程中各成分能起协同作用，具有面心立方晶体结构的ZnFe2O4纳米颗粒可能使Ti(C,N)基金属陶瓷得到细化，调控复合材料的物理化学性能，使材料的综合性能得到大幅度的改善，使复合材料具有较高的强度、硬度与断裂韧性，优良的耐磨性能；同时在复合材料中添加金属粘结相与碳化物，使复合材料中各成分相互连接与相互作用，有效改善复合材料的物理性能与机械性能。
更优选地，金属粘结相为Mo粉、Ni粉和Cr粉的混合粉体，其中Mo粉、Ni粉和Cr粉的重量比为1:1:1～3。
更优选地，碳化物为碳化钨和碳化硅的混合碳化物，其中碳化钨和碳化硅的重量比为2～4:1。
优选地，ZnFe2O4纳米颗粒的制备方法为：
按重量份计，称取0.5～1.5份六水合硝酸锌和1.3～2份七水合硫酸亚铁溶于去离子水中，使六水合硝酸锌的浓度为1.5～2.5g/mL，搅拌形成均一的金属离子前驱体溶液；然后将0.2～0.4份氟化氨和0.3～0.8份尿素混合溶液加入上述金属离子前驱体溶液中，搅拌10～25min，转移至反应釜中，在180～220℃条件下进行水热反应8～11h，反应结束后自然冷却至室温，将得到的沉淀物离心，用乙醇洗涤，置于烘箱中干燥，最后将其置于马弗炉中以1～3℃/min从室温升至500～500℃进行煅烧，保温时间为1～2h，冷却，研磨，得到ZnFe2O4纳米颗粒。
本发明还公开了上述高强耐磨材料在模具中的用途。将上述高强耐磨材料应用于模具中，使模具具有较高的强度与硬度、优良的耐磨性能、耐腐蚀性以及较好的高温抗氧化性。
优选地，模具为螺杆衬胶模具。
本发明的又一目的是提供一种能与模具表面形成具有良好性能耐磨层的表面处理液。
表面处理液包括硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料溶液。
本发明表面处理液中有效成分在对模具进行表面热处理时，硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料与模具中其他成分进行复合反应，在模具表面形成一层耐磨保护层，达到增强耐磨的作用，进一步提高了模具的强度、硬度、耐磨性，同时使模具具有较好的耐腐蚀性与高温抗氧化性。
优选地，硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料的制备方法为：
按重量份计，将1～5份硼硅酸铝晶须加入至45～65份用乙醇超声分散的聚酰亚胺溶液中，反应0.5～1.5h，反应温度为120～150℃，反应结束后，将其置于烘箱中干燥7～10h，冷却，得到硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料。
优选地，硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料溶液的质量分数为15～30wt％。
本发明还公开了表面处理液在模具表面热处理中的用途。
优选地，表面处理液在模具表面形成一层耐磨保护层中的用途。
优选地，表面处理液在增强模具耐磨性中的用途。
优选地，表面处理液在提高模具高温抗氧化性中的用途。
优选地，模具为螺杆衬胶模具。
优选地，硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料溶液的质量分数为15～30wt％。
本发明的又一目的是制备具有较高的强度与硬度，优良的耐磨性能、耐腐蚀性以及高温抗氧化性的螺杆泵螺杆衬胶模具。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
一种螺杆泵螺杆衬胶模具，其由高强耐磨材料制成。
本发明螺杆泵螺杆衬胶模具使用ZnFe2O4纳米颗粒增强Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料制备得到的高强耐磨材料，具有较高的强度与硬度、优良的耐磨性能、耐腐蚀性以及较好的高温抗氧化性。
本发明还公开了一种螺杆泵螺杆衬胶模具的制备方法，包括以下步骤：
将高强耐磨材料与粘结剂混合，得到混合浆料；
将混合浆料注入母模中固化，取出，形成螺杆衬胶模具生坯；
将螺杆衬胶模具生坯干燥，烧结，得到螺杆衬胶模具；
将螺杆衬胶模具浸入表面处理液进行表面热处理形成耐磨层，冷却，得到最终模具。
优选地，按重量份计，高强耐磨材料为50～90份，粘结剂为6～15份，以得到混合均匀的浆料，使其更易倾注至模具中。
优选地，粘结剂为酚醛树脂、脲醛树脂或硅酸四乙酯的一种。
优选地，螺杆衬胶模具生坯在60～70℃干燥1～3h，烧结曲线为：以0.5～2.5℃/min的升温速率从室温升至450～550℃，保温1～2h，再以3～5℃/min的升温速率升至1150～1300℃。
优选地，表面处理液成分包括硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料溶液。
本发明采用硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料对螺杆泵螺杆衬胶模具进行表面热处理，使硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料与模具中其他成分进行复合反应，在模具表面形成一层耐磨保护层，达到增强耐磨的作用，进一步提高了模具的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性，同时使模具具有较好的高温抗氧化性。
更优选地，上述硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料的制备方法为：
按重量份计，将1～5份硼硅酸铝晶须加入至45～65份用乙醇超声分散的聚酰亚胺溶液中，反应0.5～1.5h，反应温度为120～150℃，反应结束后，将其置于烘箱中干燥7～10h，冷却，得到硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料。
更优选地，硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料溶液的质量分数为15～30wt％。
优选地，螺杆衬胶模具浸入表面处理液的浸入时间为10～20min，表面热处理温度为100～150℃，处理时间为30～50min，耐磨层的厚度6～12μm。
本发明的又一目的是提供一种能与模具表面形成具有良好性能耐磨层的表面处理液。
表面处理液成分包括质量分数为15～30wt％的硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料溶液。
本发明表面处理液中有效成分在对模具进行表面热处理时，硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料与模具中其他成分进行复合反应，在模具表面形成一层耐磨保护层，达到增强耐磨的作用，进一步提高了模具的强度、硬度、耐磨性，同时使模具具有较好的耐腐蚀性与高温抗氧化性。
本发明还公开了一种螺杆泵螺杆衬胶模具的使用方法，包括：将螺杆外表面处理、高温去油、喷砂、清洗螺杆、涂粘结剂；然后将螺杆放入上述螺杆泵螺杆衬胶模具中，注胶，硫化，得到螺杆泵螺杆衬胶；其中，具体的实验条件均为现有技术，按照常规条件操作即可。
为了进一步提高螺杆泵螺杆衬胶模具的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性与高温抗氧化性，采取的优选措施还包括：
在对模具表面处理时，将模具浸入含硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料与三聚磷酸钠的复合溶液进行表面热处理，其中硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料与三聚磷酸钠的质量比为3～5:1。经该复合溶液表面热处理后，模具的耐磨性、耐腐蚀性与耐高温性能均有进一步的提高，原因可能是由于该复合溶液中硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料能与三聚磷酸钠发生物理交联，进行热处理后，在模具表面形成一层更为牢固的保护层，进一步提高了模具的强度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性与高温抗氧化性。
本发明由于采用了由ZnFe2O4纳米颗粒增强Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料，因而具有如下有益效果：本发明高强耐磨材料中陶瓷纳米颗粒增强体与金属陶瓷基体结合，材料中各成分能起协同作用，材料的综合性能得到大幅度的改善，使复合材料具有较高的强度、硬度与断裂韧性，优良的耐磨性能；同时在复合材料中添加金属粘结相与碳化物，使复合材料中各成分相互连接与相互作用，有效改善复合材料的物理性能与机械性能。因此，本发明是一种具有较好的强度、硬度与断裂韧性，优良的耐磨性能的高强耐磨材料。
本发明由于采用了由ZnFe2O4纳米颗粒增强Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料制备得到高强耐磨材料制备螺杆泵螺杆衬胶模具，且对模具进行表面处理，因而具有如下有益效果：本发明螺杆泵螺杆衬胶模具不仅具有高强耐磨材料的性能；而且硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料与模具中其他成分进行复合反应，在模具表面形成一层耐磨保护层，达到增强耐磨的作用，进一步提高了模具的强度、硬度、耐磨性，同时使模具具有较好的耐腐蚀性与高温抗氧化性。因此，本发明是一种具有较高的强度与硬度，优良的耐磨性能、耐腐蚀性以及高温抗氧化性的螺杆泵螺杆衬胶模具。
附图说明
图1为实施例2高强耐磨材料的XRD图；
图2为高强耐磨材料的抗弯强度；
图3为高强耐磨材料的硬度HRA值；
图4为高强耐磨材料的断裂韧性；
图5为高强耐磨材料的磨损量；
图6为螺杆泵螺杆衬胶模具的抗弯强度；
图7为螺杆泵螺杆衬胶模具的硬度HRA值；
图8为螺杆泵螺杆衬胶模具的磨损量；
图9为螺杆泵螺杆衬胶模具的质量保留率；
图10为螺杆泵螺杆衬胶模具的腐蚀速率；
图11为螺杆泵螺杆衬胶模具使用方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：
在一些实施例中，ZnFe2O4纳米颗粒的制备方法为：
按重量份计，称取0.8重量份六水合硝酸锌和1.5重量份七水合硫酸亚铁溶于去离子水中，使六水合硝酸锌的浓度为2.2g/mL，搅拌形成均一的金属离子前驱体溶液；然后将0.25重量份氟化氨和0.4重量份尿素混合溶液加入上述金属离子前驱体溶液中，搅拌15min，转移至反应釜中，在210℃条件下进行水热反应9h，反应结束后自然冷却至室温，将得到的沉淀物离心，用乙醇洗涤，置于80℃烘箱中干燥2～5h，最后将其置于马弗炉中以1℃/min从室温升至500℃进行煅烧，保温时间为2h，冷却，研磨，得到ZnFe2O4纳米颗粒。
在一些实施例中，一种高强耐磨材料的制备方法为：
按重量份计，将20～50重量份Ti(C,N)，10～20重量份Mo粉、Ni粉和Cr粉的混合粉体，其中Mo粉、Ni粉和Cr粉的重量比为1:1:1～3，5～15重量份碳化钨和碳化硅的混合碳化物，其中碳化钨和碳化硅的重量比为2～4:1，置于球磨罐中研磨，研磨介质为纯酒精，湿磨70～80h，再加入5～25重量份ZnFe2O4纳米颗粒，继续球磨8～14h，得到浆料，将其置于干燥箱中干燥，然后置于高温烧结炉中进行烧结，烧结曲线为：以1～2℃/min的升温速率从室温升至400～500℃，保温0.5～1h，再以2～3℃/min的升温速率升至1150～1250℃，保温1～2h，最后以3～5℃/min的升温速率升至1350～1450℃，保温10～30min，冷却至室温，得到高强耐磨材料。
在一些实施例中，一种螺杆泵螺杆衬胶模具，其制备方法包括以下步骤：
将50～90重量份高强耐磨材料与6～15重量份粘结剂混合，得到混合浆料；
将上述混合浆料注入母模中固化，取出，形成螺杆衬胶模具生坯；
将所述螺杆衬胶模具生坯置于在60～70℃干燥箱中干燥1～3h，然后置于高温炉中烧结，烧结曲线为：以0.5～2.5℃/min的升温速率从室温升至450～550℃，保温1～2h，再以3～5℃/min的升温速率升至1150～1300℃，得到螺杆衬胶模具；
将上述螺杆衬胶模具浸入质量分数为15～30wt％的硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料溶液中10～20min，然后将其置于100～150℃烘箱中进行热处理，处理时间为30～50min，耐磨层的厚度6～12μm，取出，冷却，得到最终模具。
更优选地，上述硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料的制备方法为：
按重量份计，将2.5重量份硼硅酸铝晶须加入至50重量份用乙醇超声分散的聚酰亚胺溶液中，反应1h，反应温度为125℃，反应结束后，将其置于烘箱中干燥8h，冷却，得到硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料。
实施例1
一种高强耐磨材料，其制备方法为：
按重量份计，将35重量份Ti(C,N)，15重量份Mo粉、Ni粉和Cr粉的混合粉体，其中Mo粉、Ni粉和Cr粉的重量比为1:1:2，11重量份碳化钨和碳化硅的混合碳化物，其中碳化钨和碳化硅的重量比为2:1，置于球磨罐中研磨，研磨介质为纯酒精，湿磨80h，再加入20重量份ZnFe2O4纳米颗粒，继续球磨14h，得到浆料，将其置于干燥箱中干燥，然后置于高温烧结炉中进行烧结，烧结曲线为：以2℃/min的升温速率从室温升至500℃，保温1h，再以3℃/min的升温速率升至1150℃，保温2h，最后以5℃/min的升温速率升至1350℃，保温15min，冷却至室温，得到高强耐磨材料。
实施例2
一种高强耐磨材料，其制备方法为：
按重量份计，将25重量份Ti(C,N)，12重量份Mo粉、Ni粉和Cr粉的混合粉体，其中Mo粉、Ni粉和Cr粉的重量比为1:1:1，9重量份碳化钨和碳化硅的混合碳化物，其中碳化钨和碳化硅的重量比为3:1，置于球磨罐中研磨，研磨介质为纯酒精，湿磨72h，再加入15重量份ZnFe2O4纳米颗粒，继续球磨12h，得到浆料，将其置于干燥箱中干燥，然后置于高温烧结炉中进行烧结，烧结曲线为：以1.5℃/min的升温速率从室温升至450℃，保温0.5h，再以2.5℃/min的升温速率升至1200℃，保温1h，最后以5℃/min的升温速率升至1400℃，保温10min，冷却至室温，得到高强耐磨材料。
实施例3
一种螺杆泵螺杆衬胶模具，其制备方法包括以下步骤：
将70重量份实施例1中的高强耐磨材料与8重量份脲醛树脂混合，得到混合浆料；
将上述混合浆料注入母模中固化，取出，形成螺杆衬胶模具生坯；
将上述螺杆衬胶模具生坯置于在65℃干燥箱中干燥2h，然后置于高温炉中烧结，烧结曲线为：以1℃/min的升温速率从室温升至500℃，保温1h，再以4℃/min的升温速率升至1250℃，得到螺杆衬胶模具；
将上述螺杆衬胶模具浸入质量分数为25wt％的硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料溶液中浸泡10min，然后将其置于100℃烘箱中进行热处理，处理时间为35min，测得耐磨层的厚度8μm，取出，冷却，得到最终模具。
实施例4
一种螺杆泵螺杆衬胶模具，其制备方法包括以下步骤：
将65重量份实施例2中的高强耐磨材料与10重量份脲醛树脂混合，得到混合浆料；
将上述混合浆料注入母模中固化，取出，形成螺杆衬胶模具生坯；
将上述螺杆衬胶模具生坯置于在70℃干燥箱中干燥3h，然后置于高温炉中烧结，烧结曲线为：以2.5℃/min的升温速率从室温升至550℃，保温2h，再以5℃/min的升温速率升至1300℃，得到螺杆衬胶模具；
将上述螺杆衬胶模具浸入质量分数为15wt％的硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料溶液中浸泡15min，然后将其置于125℃烘箱中进行热处理，处理时间为40min，测得耐磨层的厚度6μm，取出，冷却，得到最终模具。
实施例5
一种螺杆泵螺杆衬胶模具，其他其制备步骤与实施例4相同，与实施例4不同的是：
将螺杆衬胶模具浸入质量分数为15wt％的硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料与三聚磷酸钠的复合溶液中浸泡15min，其中硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料与三聚磷酸钠的质量比为4:1；然后将其置于125℃烘箱中进行热处理，处理时间为40min，测得耐磨层的厚度6μm，取出，冷却，得到最终模具。
实施例6
一种螺杆泵螺杆衬胶模具的使用方法，其流程如图11所示，具体包括：将螺杆外表面处理、高温去油、喷砂、清洗螺杆、涂粘结剂；然后将螺杆放入上述螺杆泵螺杆衬胶模具中，注胶，硫化，得到螺杆泵螺杆衬胶；其中，具体的实验条件均为现有技术，按照常规条件操作即可。
对比例1
一种高强耐磨材料，其制备方法与实施例2不同的是，材料成分中不添加ZnFe2O4纳米颗粒。
对比例2
一种高强耐磨材料，其制备方法与实施例2不同的是，材料成分中将ZnFe2O4纳米颗粒替换为氮化硼粉体。
对比例3
一种螺杆泵螺杆衬胶模具，其他制备步骤均与实施例3相同，与实施例3不同的是，制得的螺杆泵螺杆衬胶模具不进行表面热处理。
对比例4
一种螺杆泵螺杆衬胶模具，其他制备步骤均与实施例4相同，与实施例4不同的是，制得的螺杆泵螺杆衬胶模具不进行表面热处理。
试验例1
1.高强耐磨材料XRD的测定
采用日本力学电机株式会社所生产的D/max-2400型X-射线衍射仪进行测试得到。采用Cu Kα靶作为辐射源，入＝0.15418nm，电压为30kV，扫描范围为10-80°，扫描速率为5°/min。
图1为实施例2高强耐磨材料的XRD图。由图1可以看出，高强耐磨材料中出现的晶相衍射峰中，与ZnFe2O4晶体结构标准卡片(JCPDS No.22-1012)对应，呈现面心立方晶相，且具有良好的结晶度与纯度；XRD图中也出现了(Ti,W,Mo)(C,N)与(W,Ti)(Ni,Co,Mo)的晶相衍射峰，可能是材料在高温处理过程中，Ti(C,N)不同程度的固溶在金属粘结相Mo粉、Ni粉与碳化钨中；由此可，实施例2制备得到了由ZnFe2O4纳米颗粒增强Ti(C,N)基金属陶瓷的高强耐磨材料。
2.高强耐磨材料抗弯强度的测定
采用三点弯曲法测定抗弯强度，试样尺寸为20mm×6.3mm×5.5mm的长方体，在材料试验机上测定时，将试样置于夹具两支点之间，在其中点处加一集中载荷，直至试样断裂，每组试样为6个，测试结果取平均值。
σ3b＝3PL/2BH2
式中：
σ3b——抗弯强度，N/mm2；
P——测试时最大外加载荷，N；
L——两点之间的距离，即夹具的跨距，mm；
B——试样宽度，单位为mm；
H——试样厚度，单位为mm。
图2为高强耐磨材料的抗弯强度。由图2可以看出，实施例1与实施例2高强耐磨材料的抗弯强度高于1900MPa，对比实施例2与对比例1、对比例2，实施例2高强耐磨材料的抗弯强度高于对比例1、对比例2，这说明在Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料中添加ZnFe2O4纳米颗粒，提高了Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料的抗弯强度，原因可能是ZnFe2O4纳米颗粒使Ti(C,N)基金属陶瓷得到细化，调控Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料的物理化学性能，提高了材料的抗弯强度。
3.高强耐磨材料硬度的测定
本实验采用硬度HRA在HRS-150型数显洛氏硬度计上测定，初试验力为98.0N，总试验力为588.4N，压头规格为3为120°的金刚石锥，总试验力的保压时间为10s，计算公式为：
HRA＝100-e/0.002
图3为高强耐磨材料的硬度HRA值。由图3可以看出，实施例1与实施例2高强耐磨材料的硬度HRA值高于96，对比实施例2与对比例1、对比例2，实施例2高强耐磨材料的硬度HRA值高于对比例1、对比例2，这说明在Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料中添加ZnFe2O4纳米颗粒，提高了Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料的硬度，原因可能是ZnFe2O4纳米颗粒使Ti(C,N)基金属陶瓷得到细化，调控复合材料的物理化学性能，提高了材料的硬度。
4.高强耐磨材料断裂韧性的测定
本实验采用压痕法测定断裂韧性KIC，在HX-1000显微镜硬度计上，用维氏压头压入抛光的试样表面，在压痕对角线延长方向出现四条裂纹，测量裂纹长度，根据载荷和裂纹长度关系，求得KIC值。根据试验力(F)，压痕对角线处产生的裂纹长度(d)，以及维氏硬度(HV)值，利用以下计算公式得到材料的断裂韧性KIC值。
KIC＝0.016(E/H)1/2Fd-3/2
式中：
E——材料的弹性模量；
H——维氏硬度值。
本实验采用HX-1000显微维氏硬度计测定维氏硬度H值，其计算公式如下：
H＝0.1891F/d2
式中：
F——试验力；
d——压痕对角线长度，mm；
试验力级别为2.942N，试验力保持时间为30s。
图4为高强耐磨材料的断裂韧性。由图4可以看出，实施例1与实施例2高强耐磨材料的断裂韧性高于14MPa·m1/2，对比实施例2与对比例1、对比例2，实施例2高强耐磨材料的断裂韧性高于对比例1、对比例2，这说明在Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料中添加ZnFe2O4纳米颗粒，一定程度上提高了Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料的断裂韧性，原因可能是ZnFe2O4纳米颗粒可能使Ti(C,N)基金属陶瓷得到细化，调控复合材料的物理化学性能，提高了材料的断裂韧性。
5.高强耐磨材料耐磨性的测定
本实验通过试样单位面积的磨损量评价其耐磨性。将材料试样制成5cm×5cm的尺寸，在进行磨损实验之前先用精密天平称量试样的重量，再将试样放入磨损实验设备上进行磨损实验，然后用电子精密天平称量磨损试样的重量，将磨损前后试样的重量的差值除以试样的表面积即可得试样单位面积上的磨损量，最后根据试样的磨损量确定试样的耐磨性能。本实验中采用30°的冲击角对试样进行60分钟的磨损实验，来研究模具的耐磨性能。
图5为高强耐磨材料的磨损量。由图5可以看出，实施例1与实施例2高强耐磨材料的磨损量不高于1.1mg/cm2，对比实施例2与对比例1、对比例2，实施例2高强耐磨材料的磨损量低于对比例1、对比例2，这说明在材料中添加ZnFe2O4纳米颗粒一定程度上降低了Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料的磨损量，原因可能是ZnFe2O4陶瓷纳米颗粒增强体与金属陶瓷基体结合，材料在高温处理过程中各成分能起协同作用，提高了材料的耐磨性。
6.螺杆泵螺杆衬胶模具抗弯强度的测定
本实验将将模具切割成尺寸为20mm×6.3mm×5.5mm的长方体，进行抗弯强度的测试，具体测试条件与“2.高强耐磨材料抗弯强度的测定”的测试条件相同。
图6为螺杆泵螺杆衬胶模具的抗弯强度。由图6可以看出，实施例3、实施例4与实施例5螺杆泵螺杆衬胶模具的抗弯强度高于1975MPa，对比实施例4与实施例5，实施例5螺杆泵螺杆衬胶模具的抗弯强度高于实施例4，这说明将模具浸入硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料与三聚磷酸钠的复合溶液中，进一步提高了模具的抗弯强度；对比实施例3与对比例3、实施例4与对比例4，实施例3、实施例4螺杆泵螺杆衬胶模具的抗弯强度分别高于对比例3、对比例4，这说明将模具浸入硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料溶液中进行表面热处理，提高了模具的抗弯强度。
7.螺杆泵螺杆衬胶模具硬度的测定
本实验将模具制成测试样品尺寸，模具硬度的测定条件参考“3.高强耐磨材料硬度的测定”。
图7为螺杆泵螺杆衬胶模具的硬度HRA值。由图7可以看出，实施例3、实施例4与实施例5螺杆泵螺杆衬胶模具的硬度HRA值高于96.5，对比实施例4与实施例5，实施例5螺杆泵螺杆衬胶模具的硬度HRA值高于实施例4，这说明将材料浸入硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料与三聚磷酸钠的复合溶液中，进一步提高了模具的硬度；对比实施例3与对比例3、实施例4与对比例4，实施例3、实施例4螺杆泵螺杆衬胶模具的硬度HRA值分别高于对比例3、对比例4，这说明将模具浸入硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料溶液中进行表面热处理，提高了模具的硬度，使模具具有较好的硬度。
8.螺杆泵螺杆衬胶模具耐磨性的测定
将模具制成5cm×5cm的尺寸试样，测定模具的耐磨性，其测试条件参考“5.高强耐磨材料耐磨性的测定”。
图8为螺杆泵螺杆衬胶模具的磨损量。由图8可以看出，实施例3、实施例4螺杆泵螺杆衬胶模具的磨损量低于0.9mg/cm2，实施例5螺杆泵螺杆衬胶模具的磨损量低于0.5mg/cm2，对比实施例4与实施例5，实施例5螺杆泵螺杆衬胶模具的磨损量低于实施例4，这说明将材料浸入硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料与三聚磷酸钠的复合溶液中，进一步提高了模具的磨损量；对比实施例3与对比例3、实施例4与对比例4，实施例3、实施例4螺杆泵螺杆衬胶模具的磨损量分别低于对比例3、对比例4，这说明将模具浸入硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料溶液中进行表面热处理，提高了模具的磨损量，使材料具有较好的耐磨性，原因是硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料与模具中其他成分进行复合反应，在模具表面形成一层耐磨保护层，达到耐磨的作用。
9.螺杆泵螺杆衬胶模具高温抗氧化性的测定
氧化实验采用静态空气氧化方法，氧化实验过程是：将马弗炉升温至氧化实验温度，温度为500℃，然后将材料置于马弗炉中，氧化12h后取出，采用质量保留率来表征材料的抗氧化性能，定义材料的质量保留率mR为材料氧化前后质量之比。若材料在氧化试验前的质量为m0，氧化后的质量为m1，那么材料的质量保留率mR为：
mR＝m1/m0×100％
图9为螺杆泵螺杆衬胶模具的质量保留率。由图9可以看出，实施例3、实施例4螺杆泵螺杆衬胶模具的质量保留率高于97.5％，实施例5的质量保留率高于99％，对比实施例4与实施例5，实施例5螺杆泵螺杆衬胶模具的质量保留率高于实施例4，这说明将模具浸入硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料与三聚磷酸钠的复合溶液中，进一步提高了模具的高温抗氧化性；对比实施例3与对比例3、实施例4与对比例4，实施例3、实施例4螺杆泵螺杆衬胶模具的质量保留率分别高于对比例3、对比例4，这说明将模具浸入硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料溶液中进行表面热处理，提高了模具的高温抗氧性；原因可能是硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料与模具中其他成分进行复合反应，在模具表面形成一层耐磨保护层，进一步提高模具的高温抗氧化性。
10.螺杆泵螺杆衬胶模具耐腐蚀的测定
本实验采用盐雾腐蚀对模具的耐腐蚀性进行测定。试样尺寸为
该实验在人工环境下进行，人工模拟环境主要是利用盐雾腐蚀测试箱(本试验采用cc×2000型号腐蚀箱)进行喷雾腐蚀。采用5wt％NaCl盐溶液，试验开始前，将其导入测试箱内部，在工作时通过其自动循环仪器工作。打开压缩机，将试样放在不同直径的聚氯乙烯试棒三角支条上，盖好试验箱的层，进行48h腐蚀，然后对腐蚀的试样进行腐蚀速率的计算，计算公式如下：
腐蚀速率＝(W0-W1)/S·t
其中：
W0—样品腐蚀前的质量(g)；
W1—样品腐蚀后的质量(g)；
S—样品总面积(m2)；
t—样品腐蚀时间(h)。
图10为螺杆泵螺杆衬胶模具的腐蚀速率。由图10可以看出，实施例3、实施例4螺杆泵螺杆衬胶模的腐蚀速率不高于0.015g/m2·h，实施例5螺杆泵螺杆衬胶模的腐蚀速率低于0.0095g/m2·h，对比实施例4与实施例5，实施例5螺杆泵螺杆衬胶模的腐蚀速率低于实施例4，这说明将模具浸入硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料与三聚磷酸钠的复合溶液中，进一步提高了模具的耐腐蚀性；对比实施例3与对比例3、实施例4与对比例4，实施例3、实施例4螺杆泵螺杆衬胶模的腐蚀速率分别低于对比例3、对比例4，这说明将模具浸入硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料溶液中进行表面热处理，提高了模具的耐腐蚀性；原因可能是硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料与模具中其他成分进行复合反应，在模具表面形成一层耐磨保护层，进一步提高模具的耐腐蚀性。
本发明的操作步骤中的常规操作为本领域技术人员所熟知，在此不进行赘述。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (10)
1.一种高强耐磨材料，其由ZnFe2O4纳米颗粒增强Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料制备得到。
2.根据权利要求1所述的一种高强耐磨材料，还包括金属粘结相和碳化物。
3.根据权利要求2所述的一种高强耐磨材料，其特征是：所述高强耐磨材料，按重量份计，包括，ZnFe2O4纳米颗粒为5～25份，Ti(C,N)基金属陶瓷复合材料为20～50份，金属粘结相为10～20份，碳化物为5～15份。
4.权利要求1～3任一项所述的高强耐磨材料在模具中的用途。
5.一种螺杆泵螺杆衬胶模具，其由权利要求1所述的高强耐磨材料制成。
6.一种权利要求5所述的螺杆泵螺杆衬胶模具的制备方法，包括以下步骤：
将权利要求1所述的高强耐磨材料与粘结剂混合，得到混合浆料；
将所述混合浆料注入母模中固化，取出，形成螺杆衬胶模具生坯；
将所述螺杆衬胶模具生坯干燥，烧结，得到螺杆衬胶模具；
将所述螺杆衬胶模具浸入表面处理液中进行表面热处理形成耐磨层，冷却，得到最终模具。
7.根据权利要求6所述的一种螺杆泵螺杆衬胶模具的制备方法，其特征是：按重量份计，所述高强耐磨材料为50～90份，粘结剂为6～15份。
8.根据权利要求6所述的一种螺杆泵螺杆衬胶模具的制备方法，其特征是：所述表面处理液包括硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料溶液。
9.表面处理液在模具表面热处理中的用途，所述表面处理液包括硼硅酸铝晶须/聚酰亚胺复合材料溶液。
10.一种权利要求5所述的螺杆泵螺杆衬胶模具的使用方法，包括：将螺杆外表面处理、高温去油、喷砂、清洗螺杆、涂粘结剂；然后将所述螺杆放入所述螺杆泵螺杆衬胶模具中，注胶，硫化，得到螺杆泵螺杆衬胶。
Priority Applications (3)
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