CN113523245B - 一种陶瓷颗粒增强耐磨磨盘的制备方法 - Google Patents

一种陶瓷颗粒增强耐磨磨盘的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种陶瓷颗粒增强耐磨磨盘的制备方法，包括：将由陶瓷颗粒、金属粉末和粘结剂混合后在预设模具中固化而成的预制体置于磨盘模具中；在磨盘模具填充预制体后的开口处铺设覆盖体以覆盖预制体，固定磨盘模具、预制体和覆盖体，形成磨盘浇铸模型；将磨盘浇铸模型置于砂型型腔内，通过消失模铸造工艺浇铸钢液，凝固后得磨盘。本发明预制体被磨盘模具和覆盖体包覆，浇铸钢液时磨盘模具和覆盖体气化消失，预制体的部分金属粉末熔化，增加钢液在预制体内的流道，钢液流入流道中并包覆预制体，凝固后陶瓷颗粒镶嵌在金属基体中，连接稳固；陶瓷颗粒以高耐磨性保护金属基体，金属基体为陶瓷颗粒提供韧性，较之传统磨盘，本发明磨盘耐磨性更高。

Description

一种陶瓷颗粒增强耐磨磨盘的制备方法
技术领域
本发明涉及磨盘技术领域，具体而言，涉及一种陶瓷颗粒增强耐磨磨盘的制备方法。
背景技术
磨盘作为研磨设备的主要部件，一方面发挥承力部件的作用，另一方面还发挥耐磨部件的作用，另外，磨盘也可以作为物料输送管道作为法兰盘使用。传统的磨盘一般选择高硬铁基合金作为耐磨材料，虽然高硬铁基合金韧性好，但其存在硬度低的问题，抗磨性较差，在使用过程中受力不断磨损，影响磨盘工作效率，使用寿命短，进而影响生产效率。因此，制备高抗磨性的磨盘成为本领域的研究重点，目前现有技术中并未出现制备得到满足用户需求的高抗磨性磨盘的方法以及高抗磨性磨盘。
发明内容
本发明提供了一种陶瓷颗粒增强耐磨磨盘的制备方法，制备得到陶瓷颗粒镶嵌在金属基体中的一体化的耐磨磨盘，陶瓷组分有效保护金属基体，金属基体对陶瓷颗粒提供韧性，较之传统磨盘，耐磨性更高。
一方面，本发明提供了一种陶瓷颗粒增强耐磨磨盘的制备方法，包括以下步骤：将预制体放置于磨盘模具中，其中，所述预制体由陶瓷颗粒、金属粉末和粘结剂混合后在预设模具中固化而成；在磨盘模具填充预制体后的开口处铺设覆盖体以覆盖所述预制体，固定所述磨盘模具、预制体和覆盖体，形成磨盘浇铸模型；将所述磨盘浇铸模型置于砂型型腔内，通过消失模铸造工艺浇铸钢液，钢液凝固后得到所述陶瓷颗粒增强耐磨磨盘。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明的制备方法中，预制体为陶瓷颗粒、金属粉末和粘结剂混合固化而成，无需额外的烧结工艺，成本低，工艺简单；本发明的制备方法，磨盘浇铸模型为磨盘模具和覆盖体包裹预制体的结构，在采用消失模铸造工艺浇铸钢液时磨盘模具和覆盖体气化消失，钢液迅速充满砂型型腔，并对预制体进行浸润，同时预制体中的部分金属粉末熔化，增加了钢液在预制体内的流道，钢液流入流道中，凝固后形成金属基体，陶瓷颗粒镶嵌在金属基体中，即本发明制备方法制备得到的磨盘为陶瓷颗粒镶嵌在金属基体中的一体化结构，陶瓷颗粒与金属基体不易分离，连接更稳固；本发明制备方法的预制体中包含陶瓷颗粒，制备得到的磨盘在经过一定时间的运行产生磨损后，陶瓷组分高出金属基体，有效保护金属基体，金属基体对陶瓷颗粒提供韧性，防止陶瓷颗粒产生微裂纹；根据《GB/T 18301-2012耐火材料常温耐磨性试验方法》，通过对本发明制备的磨盘经过加工切割后进行冲击试验，本发明制备的磨盘较之传统金属磨盘，耐磨性更高。
在本发明中，术语“消失模铸造工艺”是指将与铸件尺寸形状相似的石蜡或泡沫模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇铸，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的铸造方法。另外，磨盘模具是指用于放置预制体的模具，覆盖体是指用于将预制体未被磨盘模具遮盖的部分进行遮盖的部件，磨盘模具和覆盖体将预制体包裹，在后续消失模铸造工艺浇铸钢液时磨盘模具和覆盖体气化消失，以制备本发明的陶瓷颗粒增强耐磨磨盘。
在本发明的一些实施方式中，所述磨盘模具通过模塑发泡工艺制备，所述磨盘模具设置有凹槽，所述预制体放置于所述磨盘模具的凹槽中。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本发明采用模塑发泡工艺制备磨盘模具，工艺简单，成本低；本发明制备的磨盘模具设置凹槽，凹槽用于放置预制体，方便预制体位置的固定。
在本发明中，“模塑发泡工艺”是指在塑料中加入发泡剂，通过注塑成型的方式将塑料注射进一定形状的模具型腔中得到内部发泡的塑料制品的加工方法。
在本发明的一些实施方式中，将粒度为6～10目的陶瓷颗粒、粒度为30～200目的金属粉末按照100:(5～20)的质量比混合均匀后加入粘结剂，混合均匀后加入到预设模具中，在160～200℃固化2～3h，得到所述预制体；其中，所述陶瓷颗粒和所述粘结剂的质量比为(3～5):1。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，粒度为6～10目的陶瓷颗粒、粒度为30～200目的金属粉末在质量比为100:(5～20)的条件下混合，金属粉体均匀包覆在陶瓷颗粒表面，在通过消失模铸造工艺浇铸钢液时，金属粉末熔化既可以提高对陶瓷颗粒的润湿性，又可以提供钢液浇铸的流道，浇铸的钢液包裹预制体并流入流道中，凝固后陶瓷颗粒充分镶嵌在金属基体中，提高陶瓷颗粒与金属基体的连接稳定性；陶瓷颗粒和粘结剂的质量比为(3～5):1时，该含量的粘结剂使得粘结剂的含量控制在7％以下，有利于减少玻璃相不熔物含量，在制备得到的磨盘部件中，金属基体为陶瓷颗粒提供韧性，高硬度陶瓷颗粒充分镶嵌在金属基体中，磨盘强度高，耐磨性高。
在本发明的一些实施方式中，所述陶瓷颗粒包括SiC、Al2O3、ZTA中的一种或多种；所述金属粉末包括铁粉和/或钛粉；所述粘结剂包括水玻璃、硅溶胶、磷酸铝中的一种或多种。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，陶瓷颗粒为SiC、Al2O3、ZTA中的一种或多种，金属粉末包括铁粉和/或钛粉，金属钛用以提高金属溶液对陶瓷颗粒的浸润性，粘结剂为水玻璃、硅溶胶、磷酸铝中的一种或多种，混合后金属粉末均匀包覆在陶瓷颗粒表面，固化(优选在160℃下)后预制体强度高，制备成品(磨盘)耐磨性高。
在本发明的一些实施方式中，所述金属粉末包括铁粉和钛粉，所述铁粉的粒度为30～100目，所述钛粉的粒度为50～200目，所述铁粉与所述钛粉的质量比为(5～2):1。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，金属粉末为铁粉和钛粉，在铁粉粒度为30～100目、钛粉粒度为50～200目、铁粉与钛粉质量比为(5～2):1的条件下，钛粉可以提高陶瓷颗粒与浇铸溶液反应活性，铁粉包覆在陶瓷颗粒周围负责浇铸过程时熔化提供稳定的浇铸流道，进而磨盘硬度高，使用寿命长，不易损坏，耐磨性好。
在本发明的一些实施方式中，所述磨盘模具为泡沫模具，所述覆盖体为泡沫。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，磨盘模具为泡沫模具、覆盖体为泡沫，使预制体被泡沫包裹，置于砂型型腔内浇铸钢液时，泡沫更容易气化消失，有利于钢液浇铸后金属基体的形成。
在本发明的一些实施方式中，在将所述磨盘浇铸模型置于砂型型腔内之前，在所述磨盘浇铸模型外表面涂覆耐火材料，烘干后置于砂型型腔内。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，在浇铸钢液后，磨盘模具和覆盖体气化消失，耐火材料不消失，其作为壳体起到定型的作用，钢液透过耐火材料层进入预制体与耐火材料层之间(即磨盘模具和覆盖体气化消失后留下的空间)，方便金属基体的形成。
在本发明的一些实施方式中，在将所述磨盘浇铸模型置于砂型型腔内后，控制砂型型腔内的真空度为-0.03MPa～-0.06MPa，向所述砂型型腔内浇铸钢液，钢液凝固后进行清砂处理，得到所述陶瓷颗粒增强耐磨磨盘。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，本发明的消失模铸造工艺为负压浇铸，控制砂型真空度为-0.03MPa～-0.06MPa，有利于钢液的流入，利用负压进行浇铸，得到的金属基体缺陷少，强度高，耐磨性相对较好；另外，清砂处理可以将在钢液浇铸出的金属基体外表面上黏附的砂清除，保持金属基体表面的清洁。
在本发明的一些实施方式中，所述预制体间隔放置于所述磨盘模具中；所述预制体为扇形，或所述预制体为多面体，包括第一扇形和位于第一扇形上表面的多个间隔排布的第二扇形。
采用上述进一步技术方案的有益效果在于，预制体间隔放置于磨盘模具中，在浇铸钢液时，增大预制体与钢液的接触面积，进而提高制备得到的耐磨磨盘中的陶瓷颗粒与金属基体的连接稳定性。尤其是在预制体为包括第一扇形和位于第一扇形上表面的多个间隔排布的第二扇形的多面体时，预制体与钢液的接触面积更大，连接稳定性更高。
另一方面，本发明还提供了一种陶瓷颗粒增强耐磨磨盘，所述陶瓷颗粒增强耐磨磨盘根据上述任一项所述的制备方法制备。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明的陶瓷颗粒增强耐磨磨盘为陶瓷颗粒镶嵌在金属基体中的一体化结构，陶瓷颗粒与金属基体不易分离，连接更稳固；本发明的磨盘在经过一定时间的运行产生磨损后，陶瓷组分高出金属基体，有效保护金属基体，金属基体对陶瓷颗粒提供韧性，防止陶瓷颗粒产生微裂纹；根据《GB/T 18301-2012耐火材料常温耐磨性试验方法》，通过对本发明的磨盘经过加工切割后进行冲击试验，本发明的磨盘较之传统金属磨盘，耐磨性更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图进行说明。
图1为本发明的一种实施例的陶瓷颗粒增强耐磨磨盘的制备方法的磨盘模具的结构示意图；
图2为本发明的一种实施例的陶瓷颗粒增强耐磨磨盘的制备方法的预制体的结构示意图；
图3为本发明的一种实施例的陶瓷颗粒增强耐磨磨盘的制备方法的磨盘模具和预制体的结构示意图；
图4为本发明的一种实施例的陶瓷颗粒增强耐磨磨盘的制备方法的磨盘浇铸模型的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合具体实施例对本发明涉及的各个方面进行详细说明，但这些具体实施例仅用于举例说明本发明，并不对本发明的保护范围和实质内容构成任何限定。
本实施例提供一种陶瓷颗粒增强耐磨磨盘的制备方法。图1示出了本实施例的陶瓷颗粒增强耐磨磨盘的制备方法的磨盘模具的结构示意图，图2示出了本实施例的陶瓷颗粒增强耐磨磨盘的制备方法的预制体的结构示意图，图3示出了本实施例的陶瓷颗粒增强耐磨磨盘的制备方法的磨盘模具和预制体的结构示意图；图4示出了本实施例的陶瓷颗粒增强耐磨磨盘的制备方法的磨盘浇铸模型的结构示意图。
如图1-4所示，本实施例的陶瓷颗粒增强耐磨磨盘的制备方法，包括以下步骤：
提供磨盘模具1：磨盘模具1通过模塑发泡工艺制备，磨盘模具1设置有凹槽11。
提供预制体2，其中，预制体2由陶瓷颗粒、金属粉末和粘结剂混合后在预设模具中固化而成。在本实施例中，预制体的形状、厚度和大小等取决于预设模具(预设模具为预设预制体模具，即预先准备的用于成型预制体的模具)。
将预制体2放置于磨盘模具1中(具体而言，预制体2放置于磨盘模具1的凹槽中11)，在磨盘模具1填充预制体2后的开口处铺设覆盖体3以覆盖预制体2，固定磨盘模具1、预制体2和覆盖体3，形成磨盘浇铸模型4。在本实施例中，覆盖体3完全覆盖预制体2裸露于磨盘模具1外的部分；通过纸胶带固定磨盘模具1、预制体2和覆盖体3，形成磨盘浇铸模型4。
将磨盘浇铸模型4置于砂型型腔内填充振实，通过消失模铸造工艺浇铸钢液，钢液凝固后得到陶瓷颗粒增强耐磨磨盘。
在本实施例中，预制体具体制备工艺如下：将粒度为6～10目的陶瓷颗粒、粒度为30～200目的金属粉末按照100:(5～20)的质量比混合均匀后加入粘结剂，混合均匀后加入到预设模具中，在160～200℃固化2～3h，得到预制体2；其中，陶瓷颗粒和粘结剂的质量比为(3～5):1。在本实施例中，陶瓷颗粒、金属粉末的种类不作特别限定，优选的，陶瓷颗粒包括SiC、Al2O3、ZTA中的一种或多种；金属粉末包括铁粉和/或钛粉；粘结剂包括水玻璃、硅溶胶、磷酸铝中的一种或多种。更优选的，在本实施例中，金属粉末包括铁粉和钛粉，铁粉的粒度为30～100目，钛粉的粒度为50～200目，铁粉与钛粉的质量比为(5～2):1。
在本实施例中，磨盘模具1为泡沫模具，覆盖体3为泡沫。
在本实施例中，在将磨盘浇铸模型4置于砂型型腔内之前，在磨盘浇铸模型4外表面涂覆耐火材料，烘干后置于砂型型腔内。本实施例的耐火材料种类不受限制，可以根据实际工况需求进行选择，例如，耐火材料可以选自锆英粉和石英粉等。
在本实施例中，在将磨盘浇铸模型4置于砂型型腔内后，控制砂型型腔内的真空度为-0.03MPa～-0.06MPa，通过负压浇注向砂型型腔内浇铸钢液，磨盘浇铸模型4的磨盘模具1和覆盖体3气化消失，预制体2中金属粉末熔化为钢液提供流动通道，钢液得以包覆预制体2并进入流动通道中，凝固后进行清砂处理，得到陶瓷颗粒增强耐磨磨盘。本实施例的钢液种类不受限制，可以根据实际工况需求进行选择，例如，钢液可以为高铬铸铁、高锰钢、球墨铸铁等。
在本实施例中，如图3所示，预制体2间隔放置于磨盘模具1中。本实施例的预制体形状不受限制，例如预制体可以为扇形；或预制体可以为多面体(如图2所示)，包括第一扇形21和位于第一扇形21上表面的多个间隔排布的第二扇形22。
本实施例还提供一种陶瓷颗粒增强耐磨磨盘，其根据本实施例的制备方法制备。
根据《GB/T 18301-2012耐火材料常温耐磨性试验方法》，对本实施例制备的陶瓷颗粒增强耐磨磨盘与传统金属磨盘分别进行了耐磨性测试：分别将本实施例的陶瓷颗粒增强耐磨磨盘与传统金属磨盘切割成100×100×3mm的试样，使用SiC磨砂进行压力冲击试验，冲击时间为480s，随后对试样进行称重。结果显示，传统金属磨盘在试验前后质量损失量为10.265g，本实施例的陶瓷颗粒增强耐磨磨盘(扇形预制体)在试验前后质量损失量为4.981g，本实施例的陶瓷颗粒增强耐磨磨盘(多面体预制体)在试验前后质量损失量为3.216g。结果表明，本实施例的制备方法制备的陶瓷颗粒增强耐磨磨盘在长时间冲击后，质量损失量明显小于传统金属磨盘。本实施例制备的陶瓷颗粒增强耐磨磨盘在金属基体与陶瓷颗粒的特有结构下，在金属基体与陶瓷组分的协同作用下，使得本实施例的陶瓷颗粒增强耐磨磨盘的硬度得到了提高，同时金属基体弥补了陶瓷组分韧性不足的缺点，陶瓷颗粒有效缓冲了磨料对金属基体的磨损切削，提高了耐磨性。
以上结合具体实施方式对本发明进行了说明，这些具体实施方式仅仅是示例性的，不能以此限定本发明的保护范围，本领域技术人员在不脱离本发明实质的前提下可以进行各种修改、变化或替换。因此，根据本发明所作的各种等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种陶瓷颗粒增强耐磨磨盘的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将预制体放置于磨盘模具中，其中，所述预制体由陶瓷颗粒、金属粉末和粘结剂混合后在预设模具中固化而成；
在磨盘模具填充预制体后的开口处铺设覆盖体以覆盖所述预制体，固定所述磨盘模具、预制体和覆盖体，形成磨盘浇铸模型；
将所述磨盘浇铸模型置于砂型型腔内，通过消失模铸造工艺浇铸钢液，钢液凝固后得到所述陶瓷颗粒增强耐磨磨盘；
其中，所述陶瓷颗粒和所述金属粉末的质量比为100:(5～20)，所述陶瓷颗粒和所述粘结剂的质量比为(3～5):1；
所述金属粉末包括铁粉和钛粉，所述铁粉与所述钛粉的质量比为(5～2):1。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磨盘模具通过模塑发泡工艺制备，所述磨盘模具设置有凹槽，所述预制体放置于所述磨盘模具的凹槽中。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将粒度为6～10目的陶瓷颗粒、粒度为30～200目的金属粉末混合均匀后加入粘结剂，混合均匀后加入到预设模具中，在160～200℃固化2～3h，得到所述预制体。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述陶瓷颗粒包括SiC、Al2O3、ZTA中的一种或多种；所述粘结剂包括水玻璃、硅溶胶、磷酸铝中的一种或多种。
5.如权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述铁粉的粒度为30～100目，所述钛粉的粒度为50～200目。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磨盘模具为泡沫模具，所述覆盖体为泡沫。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在将所述磨盘浇铸模型置于砂型型腔内之前，在所述磨盘浇铸模型外表面涂覆耐火材料，烘干后置于砂型型腔内。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在将所述磨盘浇铸模型置于砂型型腔内后，控制砂型型腔内的真空度为-0.03MPa～-0.06MPa，向所述砂型型腔内浇铸钢液，钢液凝固后进行清砂处理，得到所述陶瓷颗粒增强耐磨磨盘。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预制体间隔放置于所述磨盘模具中；
所述预制体为扇形，或
所述预制体为多面体，包括第一扇形和位于第一扇形上表面的多个间隔排布的第二扇形。
10.一种陶瓷颗粒增强耐磨磨盘，其特征在于，所述陶瓷颗粒增强耐磨磨盘根据权利要求1至9中任一项所述的制备方法制备。
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