CN113388786A - 一种超强度耐磨合金及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及耐磨合金技术领域，具体为一种超强度耐磨合金及其制备工艺，包括合金本体、覆盖材料A和覆盖材料B，覆盖材料A各组分及其重量百分比为：酚醛树脂4‑6％、硼酸8‑15％、氧化镧5‑8％、余量为Ni‑Cr合金粉；覆盖材料B各组分及其重量百分比为：碳纳米管10‑15％、石墨烯15‑18％、碳化硅8‑15％、粘合剂25‑35％、氧化锆10‑15％，余量为氧化铝；本发明通过加入覆盖材料A，通过浇注在合金本体外层形成第一道保护层，利用热喷涂法形成第二道保护层，提高了耐磨性；覆盖材料A中的镍基可以和很多元素形成固溶体，有利于连接覆盖材料B和金属基体，覆盖材料B中的碳纳米管和石墨烯交连形成三维的网状结构，氧化锆和氧化铝穿插在网状结构中，提高了耐磨性和硬度。

Description

一种超强度耐磨合金及其制备工艺
技术领域
本发明涉及耐磨合金技术领域，具体涉及一种超强度耐磨合金及其制备工艺。
背景技术
耐磨合金材料广泛应用于电力、冶金、水泥、建材、化工等工业装备关键部件，承受磨料磨损。工件间摩擦磨损是相对运动的工件失效的主要方式。在长期连续工作的场合，工件间摩擦产生的热量使工件摩擦表面温度升高，使其工作环境更加恶劣。耐磨合金是为提高机械设备耐磨性而开发出的合金和某些典型摩擦副最常用的合金。应用广泛，包括各类工具钢、轴承钢以及凿岩、破碎机械用的高锰钢和各类耐磨铸铁。
现有技术中，由于运用于同一场合的耐磨合金采用的原料及原料之间的配比差别较小，强度基本相近，但其耐磨损性能差别较大，部分耐磨合金的耐磨性能较差，加之工作环境恶劣，很容易受到损坏，甚至会导致报废。
为此，我们提出一种超强度耐磨合金及其制备工艺以解决上述问题。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种超强度耐磨合金及其制备工艺，以此来克服背景技术中提及的问题。
为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：一种超强度耐磨合金，包括合金本体、覆盖材料A和覆盖材料B，所述覆盖材料A各组分及其重量百分比为：酚醛树脂4-6％、硼酸8-15％、氧化镧5-8％、余量为Ni-Cr合金粉；所述覆盖材料B各组分及其重量百分比为：碳纳米管10-15％、石墨烯15-18％、碳化硅8-15％、粘合剂25-35％、氧化锆10-15％，余量为氧化铝。
优选的，所述所述覆盖材料A各组分及其重量百分比为：酚醛树脂5％、硼酸12％、氧化镧6％、余量为Ni-Cr合金粉；所述覆盖材料B各组分及其重量百分比为：碳纳米管12％、石墨烯18％、碳化硅12％，粘合剂30％，氧化锆15％，余量为氧化铝。
优选的，所述粘合剂为环氧树脂；所述Ni-Cr合金粉中Ni的重量百分比为90％。
优选的，所述碳纳米管、石墨烯、碳化硅、氧化锆和氧化铝颗粒的粒径为80-150nm。
优选的，所述合金本体各组分及其重量百分比为：C 0.42-0.50％、Mn 0.50-0.80％、Cr≤0.25％、Ni≤0.25％、Si≤0.17-0.37％、P≤0.035％、S≤0.035％，余量为Fe。
本发明还提供了一种超强度耐磨合金的制备工艺，具体包括以下步骤：
(1)将按比例计算好的各原料进行高温熔炼，得到钢水；
(2)将氧化镧和Ni-Cr合金粉放入球磨机中以400-450r/min球磨10-15h，将球磨后的物料、酚醛树脂和硼酸搅拌均匀后，得到覆盖材料A；接着将覆盖材料A均匀涂覆在铸型内；
(3)将钢水浇注于步骤(2)所得的铸型内，冷却凝固后取出并予以热处理，得到预处理合金坯体；
(4)利用氧化铝对预处理合金坯体进行喷砂处理，将回收后的氧化铝、碳纳米管、石墨烯、氧化锆和碳化硅放入球磨机中以200-300r/min球磨20-24h，得到混合料，将混合料和粘合剂搅拌均匀后，得到覆盖材料B；
(5)采用热喷涂法将覆盖材料B喷涂在预处理合金坯体上，得到超强度耐磨合金。
优选的，步骤(4)中，在喷砂处理前对预处理合金坯体先利用丙酮清洗，再烘干。
优选的，步骤(5)中，采用热喷涂法喷涂2-4遍。
本发明的有益效果：
本发明通过加入覆盖材料A，通过直接浇注的方式在合金本体外层形成第一道保护层，再利用热喷涂法在第一道保护层的外表面形成第二道保护层，提高了耐磨性；覆盖材料A中的镍基可以和很多元素形成固溶体，有利于连接覆盖材料B和金属基体，覆盖材料B中的碳纳米管和石墨烯交连形成三维的网状结构，氧化锆、氧化铝和碳化硅穿插在网状结构中，提高了第二道保护层的耐磨性和硬度；其中，第一道保护层分别与金属基体和第二道保护层紧密结合，有效的避免了第二道保护层的脱落；
本发明通过对预处理合金坯体先利用丙酮清洗，再烘干，使得预处理合金坯体变得清洁，有利于覆盖材料A紧密覆盖在合金本体的外层，接着利用氧化铝对预处理合金坯体进行喷砂处理，使得预处理合金坯体外表面变得粗糙，有利于覆盖材料B与覆盖材料A的紧密结合；同时，合理的利用了氧化铝，降低了生产成本。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例对本发明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
一种超强度耐磨合金，包括合金本体、覆盖材料A和覆盖材料B，合金本体各组分及其重量百分比为：C 0.45％、Mn 0.60％、Cr≤0.25％、Ni≤0.25％、Si≤0.25％、P≤0.035％、S≤0.035％，余量为Fe；覆盖材料A各组分及其重量百分比为：酚醛树脂4％、硼酸8％、氧化镧5％、余量为Ni-Cr合金粉；覆盖材料B各组分及其重量百分比为：碳纳米管10％、石墨烯15％、碳化硅8％、粘合剂25％、氧化锆10％，余量为氧化铝。
粘合剂为环氧树脂；Ni-Cr合金粉中Ni的重量百分比为90％；碳纳米管、石墨烯、碳化硅、氧化锆和氧化铝颗粒的粒径为80-150nm。
上述超强度耐磨合金的制备工艺包括以下步骤：
(1)将按比例计算好的各原料进行高温熔炼，得到钢水；
(2)将氧化镧和Ni-Cr合金粉放入球磨机中以400r/min球磨10h，将球磨后的物料、酚醛树脂和硼酸搅拌均匀后，得到覆盖材料A；接着将覆盖材料A均匀涂覆在铸型内；
(3)将钢水浇注于步骤(2)所得的铸型内，冷却凝固后取出并予以热处理，得到预处理合金坯体；
(4)对预处理合金坯体先利用丙酮清洗，再烘干，接着利用氧化铝对预处理合金坯体进行喷砂处理，将回收后的氧化铝、碳纳米管、石墨烯、氧化锆和碳化硅放入球磨机中以200r/min球磨20h，得到混合料，将混合料和粘合剂搅拌均匀后，得到覆盖材料B；
(5)采用热喷涂法将覆盖材料B喷涂在预处理合金坯体上，喷涂2遍，得到超强度耐磨合金。
实施例2
一种超强度耐磨合金，包括合金本体、覆盖材料A和覆盖材料B，合金本体各组分及其重量百分比为：C 0.45％、Mn 0.60％、Cr≤0.25％、Ni≤0.25％、Si≤0.25％、P≤0.035％、S≤0.035％，余量为Fe；覆盖材料A各组分及其重量百分比为：酚醛树脂4％、硼酸10％、氧化镧6％、余量为Ni-Cr合金粉；覆盖材料B各组分及其重量百分比为：碳纳米管12％、石墨烯15％、碳化硅10％、粘合剂30％、氧化锆12％，余量为氧化铝。
粘合剂为环氧树脂；Ni-Cr合金粉中Ni的重量百分比为90％；碳纳米管、石墨烯、碳化硅、氧化锆和氧化铝颗粒的粒径为80-150nm。
上述超强度耐磨合金的制备工艺包括以下步骤：
(1)将按比例计算好的各原料进行高温熔炼，得到钢水；
(2)将氧化镧和Ni-Cr合金粉放入球磨机中以400r/min球磨12h，将球磨后的物料、酚醛树脂和硼酸搅拌均匀后，得到覆盖材料A；接着将覆盖材料A均匀涂覆在铸型内；
(3)将钢水浇注于步骤(2)所得的铸型内，冷却凝固后取出并予以热处理，得到预处理合金坯体；
(4)对预处理合金坯体先利用丙酮清洗，再烘干，接着利用氧化铝对预处理合金坯体进行喷砂处理，将回收后的氧化铝、碳纳米管、石墨烯、氧化锆和碳化硅放入球磨机中以200r/min球磨20h，得到混合料，将混合料和粘合剂搅拌均匀后，得到覆盖材料B；
(5)采用热喷涂法将覆盖材料B喷涂在预处理合金坯体上，喷涂2遍，得到超强度耐磨合金。
实施例3
一种超强度耐磨合金，包括合金本体、覆盖材料A和覆盖材料B，合金本体各组分及其重量百分比为：C 0.45％、Mn 0.60％、Cr≤0.25％、Ni≤0.25％、Si≤0.25％、P≤0.035％、S≤0.035％，余量为Fe；覆盖材料A各组分及其重量百分比为：酚醛树脂5％、硼酸12％、氧化镧6％、余量为Ni-Cr合金粉；覆盖材料B各组分及其重量百分比为：碳纳米管12％、石墨烯18％、碳化硅12％、粘合剂30％、氧化锆15％，余量为氧化铝。
粘合剂为环氧树脂；Ni-Cr合金粉中Ni的重量百分比为90％；碳纳米管、石墨烯、碳化硅、氧化锆和氧化铝颗粒的粒径为80-150nm。
上述超强度耐磨合金的制备工艺包括以下步骤：
(1)将按比例计算好的各原料进行高温熔炼，得到钢水；
(2)将氧化镧和Ni-Cr合金粉放入球磨机中以400r/min球磨12h，将球磨后的物料、酚醛树脂和硼酸搅拌均匀后，得到覆盖材料A；接着将覆盖材料A均匀涂覆在铸型内；
(3)将钢水浇注于步骤(2)所得的铸型内，冷却凝固后取出并予以热处理，得到预处理合金坯体；
(4)对预处理合金坯体先利用丙酮清洗，再烘干，接着利用氧化铝对预处理合金坯体进行喷砂处理，将回收后的氧化铝、碳纳米管、石墨烯、氧化锆和碳化硅放入球磨机中以200r/min球磨20h，得到混合料，将混合料和粘合剂搅拌均匀后，得到覆盖材料B；
(5)采用热喷涂法将覆盖材料B喷涂在预处理合金坯体上，喷涂3遍，得到超强度耐磨合金。
实施例4
一种超强度耐磨合金，包括合金本体、覆盖材料A和覆盖材料B，合金本体各组分及其重量百分比为：C 0.45％、Mn 0.60％、Cr≤0.25％、Ni≤0.25％、Si≤0.25％、P≤0.035％、S≤0.035％，余量为Fe；覆盖材料A各组分及其重量百分比为：酚醛树脂6％、硼酸13％、氧化镧7％、余量为Ni-Cr合金粉；覆盖材料B各组分及其重量百分比为：碳纳米管12％、石墨烯16％、碳化硅14％、粘合剂30％、氧化锆12％，余量为氧化铝。
粘合剂为环氧树脂；Ni-Cr合金粉中Ni的重量百分比为90％；碳纳米管、石墨烯、碳化硅、氧化锆和氧化铝颗粒的粒径为80-150nm。
上述超强度耐磨合金的制备工艺包括以下步骤：
(1)将按比例计算好的各原料进行高温熔炼，得到钢水；
(2)将氧化镧和Ni-Cr合金粉放入球磨机中以450r/min球磨15h，将球磨后的物料、酚醛树脂和硼酸搅拌均匀后，得到覆盖材料A；接着将覆盖材料A均匀涂覆在铸型内；
(3)将钢水浇注于步骤(2)所得的铸型内，冷却凝固后取出并予以热处理，得到预处理合金坯体；
(4)对预处理合金坯体先利用丙酮清洗，再烘干，接着利用氧化铝对预处理合金坯体进行喷砂处理，将回收后的氧化铝、碳纳米管、石墨烯、氧化锆和碳化硅放入球磨机中以250r/min球磨20h，得到混合料，将混合料和粘合剂搅拌均匀后，得到覆盖材料B；
(5)采用热喷涂法将覆盖材料B喷涂在预处理合金坯体上，喷涂3遍，得到超强度耐磨合金。
实施例5
一种超强度耐磨合金，包括合金本体、覆盖材料A和覆盖材料B，合金本体各组分及其重量百分比为：C 0.45％、Mn 0.60％、Cr≤0.25％、Ni≤0.25％、Si≤0.25％、P≤0.035％、S≤0.035％，余量为Fe；覆盖材料A各组分及其重量百分比为：酚醛树脂6％、硼酸15％、氧化镧8％、余量为Ni-Cr合金粉；覆盖材料B各组分及其重量百分比为：碳纳米管15％、石墨烯18％、碳化硅15％、粘合剂35％、氧化锆15％，余量为氧化铝。
粘合剂为环氧树脂；Ni-Cr合金粉中Ni的重量百分比为90％；碳纳米管、石墨烯、碳化硅、氧化锆和氧化铝颗粒的粒径为80-150nm。
上述超强度耐磨合金的制备工艺包括以下步骤：
(1)将按比例计算好的各原料进行高温熔炼，得到钢水；
(2)将氧化镧和Ni-Cr合金粉放入球磨机中以450r/min球磨15h，将球磨后的物料、酚醛树脂和硼酸搅拌均匀后，得到覆盖材料A；接着将覆盖材料A均匀涂覆在铸型内；
(3)将钢水浇注于步骤(2)所得的铸型内，冷却凝固后取出并予以热处理，得到预处理合金坯体；
(4)对预处理合金坯体先利用丙酮清洗，再烘干，接着利用氧化铝对预处理合金坯体进行喷砂处理，将回收后的氧化铝、碳纳米管、石墨烯、氧化锆和碳化硅放入球磨机中以300r/min球磨24h，得到混合料，将混合料和粘合剂搅拌均匀后，得到覆盖材料B；
(5)采用热喷涂法将覆盖材料B喷涂在预处理合金坯体上，喷涂3遍，得到超强度耐磨合金。
以实施例3中的超强度耐磨合金和合金本体(金属基体)作对比进行摩擦实验，在250N的载荷、0.848m/s的线速度条件下进行测试，得到以下结果：合金本体的体积磨损率为3.5×10-4mm3/m，超强度耐磨合金的体积磨损率为6.8×10-5mm3/m，基体的磨损率大约是超强度耐磨合金的5倍。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种超强度耐磨合金，其特征在于，包括合金本体、覆盖材料A和覆盖材料B，所述覆盖材料A各组分及其重量百分比为：酚醛树脂4-6％、硼酸8-15％、氧化镧5-8％、余量为Ni-Cr合金粉；所述覆盖材料B各组分及其重量百分比为：碳纳米管10-15％、石墨烯15-18％、碳化硅8-15％、粘合剂25-35％、氧化锆10-15％，余量为氧化铝。
2.根据权利要求1所述的一种超强度耐磨合金，其特征在于，所述所述覆盖材料A各组分及其重量百分比为：酚醛树脂5％、硼酸12％、氧化镧6％、余量为Ni-Cr合金粉；所述覆盖材料B各组分及其重量百分比为：碳纳米管12％、石墨烯18％、碳化硅12％，粘合剂30％，氧化锆15％，余量为氧化铝。
3.根据权利要求1所述的一种超强度耐磨合金，其特征在于，所述粘合剂为环氧树脂；所述Ni-Cr合金粉中Ni的重量百分比为90％。
4.根据权利要求1所述的一种超强度耐磨合金，其特征在于，所述碳纳米管、石墨烯、碳化硅、氧化锆和氧化铝颗粒的粒径为80-150nm。
5.根据权利要求1所述的一种超强度耐磨合金，其特征在于，所述合金本体各组分及其重量百分比为：C 0.42-0.50％、Mn 0.50-0.80％、Cr≤0.25％、Ni≤0.25％、Si≤0.17-0.37％、P≤0.035％、S≤0.035％，余量为Fe。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种超强度耐磨合金的制备工艺，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)将按比例计算好的各原料进行高温熔炼，得到钢水；
(2)将氧化镧和Ni-Cr合金粉放入球磨机中以400-450r/min球磨10-15h，将球磨后的物料、酚醛树脂和硼酸搅拌均匀后，得到覆盖材料A；接着将覆盖材料A均匀涂覆在铸型内；
(3)将钢水浇注于步骤(2)所得的铸型内，冷却凝固后取出并予以热处理，得到预处理合金坯体；
(4)利用氧化铝对预处理合金坯体进行喷砂处理，将回收后的氧化铝、碳纳米管、石墨烯、氧化锆和碳化硅放入球磨机中以200-300r/min球磨20-24h，得到混合料，将混合料和粘合剂搅拌均匀后，得到覆盖材料B；
(5)采用热喷涂法将覆盖材料B喷涂在预处理合金坯体上，得到超强度耐磨合金。
7.根据权利要求6所述的一种超强度耐磨合金的制备工艺，其特征在于，步骤(4)中，在喷砂处理前对预处理合金坯体先利用丙酮清洗，再烘干。
8.根据权利要求6所述的一种超强度耐磨合金的制备工艺，其特征在于，步骤(5)中，采用热喷涂法喷涂2-4遍。
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