CN114559039A - 一种耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体及其制造方法，所述铁基陶瓷预制体包括铁基合金结构以及弥散分布在铁基合金结构的耐磨陶瓷颗粒，耐磨陶瓷颗粒呈高压极限润湿的冶金桥接包裹。制造方法为：将外套腔体放置振动台上固定，将铁基合金粉末包裹的耐磨陶瓷颗粒装入并充满外套腔体，一边加热一边抽真空，然后停止抽真空，将装满铁基合金粉末包裹的耐磨陶瓷颗粒且密封的外套腔体放入真空气氛炉内烧结；去除石墨棒，制成耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体。本发明制成的耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体用于铸造类耐磨零件，经铸造熔体填充预制体的薄壁钢管形成镶嵌的耐磨损工作面，具有超强的耐磨损性能。
Description
技术领域
本发明属于矿业工程机械破碎领域，特别涉及一种高强高耐磨损反击式破碎机耐磨件工作面的制造方法。
背景技术
破碎机耐磨件性能优劣取决于耐磨损工作面的使用性能，矿山、建筑物、道路设施拆除物的破碎等工作需要更高性能的耐磨损零件。中锰钢、中低合金钢、高铬铸铁等材料磨损性能有限，耐磨陶瓷颗粒陶瓷复合材料成为发展趋势。
传统的耐磨陶瓷颗粒陶瓷复合材料主要是制造耐磨陶瓷颗粒陶瓷预制体，再经铸造方法将耐磨陶瓷颗粒陶瓷预制体嵌入耐磨损零件的工作表面。耐磨陶瓷颗粒陶瓷预制体的制造方法主要是将耐磨陶瓷颗粒改性，加入水玻璃、磷酸二氢铝等无机粘接剂将耐磨陶瓷颗粒固结成蜂窝状结构预制体。
发明专利CN103769562B《一种活性元素烧结耐磨陶瓷颗粒增强钢铁基复合锤头的制备方法》将Ni、Cr等金属元素、70-80％耐磨陶瓷颗粒和硼砂溶液混合压入蜂巢状模具内烘干、烧结成型后嵌入模型，浇注合金钢液或铸铁液制成耐磨锤头；发明专利103785841B《一种浆料涂挂耐磨陶瓷颗粒增强钢铁基复合耐磨件的制备方法》将活性金属Ni、Cr与聚乙二醇、羧甲基纤维素、硼砂溶液等制成浆料涂于耐磨陶瓷颗粒表面并干燥，将挂浆干燥的耐磨陶瓷颗粒压入石墨模具，进行真空烧结成蜂窝状预制体，预埋铸渗法形成耐磨件。发明专利109053215A《一种Fe-Cr-Ni-Ti微粉包覆下蜂窝状耐磨陶瓷颗粒陶瓷预制体的制备方法》将几种单质金属粉末混合、加入耐磨陶瓷颗粒、水玻璃、石蜡混合压入模具，通入CO2气体固化成预制体，铸渗法形成耐磨件。在所有耐磨陶瓷颗粒复合耐磨件制备过程中，全部需要将耐磨陶瓷颗粒与金属粉末、粘接剂混合压入模具、固化或真空烧结成耐磨陶瓷颗粒预制体，然后再预埋-铸渗方法制备成功耐磨零件。
对既有耐磨零件发明创造是科研人员追求目标，本发明耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体的制造，利用极端条件，使耐磨陶瓷颗粒呈高压极限润湿的冶金桥接包裹，设计制造耐磨陶瓷颗粒弥散分布在铁基合金结构。
发明内容
鉴于现有各类蜂窝状耐磨陶瓷颗粒预制体的耐磨陶瓷颗粒堆积密度大、相互连接结合不牢，与铸造合金性能差异巨大，使用过程中易断裂、脆性脱落，不能单独承担磨损面等问题。本发明的目的提供一种耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体的制造方法，使耐磨陶瓷颗粒均匀弥散分布于铁基合金基体，形成各处性能一致的耐磨陶瓷颗粒预制体，具有高强度、高耐磨损性能和一定韧性，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体，所述铁基陶瓷预制体包括铁基合金结构以及弥散分布在铁基合金结构的耐磨陶瓷颗粒，耐磨陶瓷颗粒呈高压极限润湿的冶金桥接包裹。
所述耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体为反击式破碎机板锤、圆锥破磨辊、鄂式破锤头、矿用溜槽等耐磨损面的预制体。
一种耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体的制造方法，包括以下步骤：
步骤一，将外套腔体放置振动台上固定；其中，外套腔体包括围板、右端侧板、左端侧板，围板、右端侧板、左端侧板围合形成一个长方体，围板的顶部设置有进料管和排气管，右端侧板、左端侧板上对等开设有若干均匀分布的圆孔，每一对圆孔之间均设置有一根薄壁钢管，薄壁钢管的两端分别与两个圆孔边缘点焊接，薄壁钢管中设置有石墨棒；
步骤二，将铁基合金粉末包裹的耐磨陶瓷颗粒装入并充满外套腔体，并密封进料管；
步骤三，将排气管连接真空泵，一边加热一边抽真空，然后停止抽真空，密封排气管；
步骤四，将装满铁基合金粉末包裹的耐磨陶瓷颗粒且密封的外套腔体放入真空气氛炉内烧结；
步骤五，去除石墨棒，制成耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体。
所述步骤二中，铁基合金粉末包裹的耐磨陶瓷颗粒按照质量百分比，组成为25-35％铁基合金粉末、55-70％耐磨陶瓷颗粒、2-5％球团粘接剂、3-6％硅酸盐溶液、1-2％聚乙烯醇缩丁醛酯(PVB)、1-2％合成石蜡粉末，所述铁基合金粉末与耐磨陶瓷颗粒混合料由以下步骤制备得到：
(1)将耐磨陶瓷颗粒、球团粘接剂、合成石蜡粉末、聚乙烯醇缩丁醛酯(PVB)混合均匀，加入硅酸盐溶液，形成湿式耐磨陶瓷颗粒；
(2)将铁基合金粉末加入步骤(1)得到的湿式耐磨陶瓷颗粒中，搅拌混合均匀；
(3)将步骤(2)得到的混合粉末在50-80℃烘干24小时以上，获得干燥的混合粉末；
(4)将步骤(3)得到混合粉末过筛，获得铁基合金粉末包裹的耐磨陶瓷颗粒，去除无包裹铁基合金粉末；
(5)对步骤(4)筛分获得的铁基合金粉末包裹的耐磨陶瓷颗粒，继续80-120℃干燥24小时以上。
所述铁基合金粉末为合金钢、铸铁的一种或多种混合。
所述耐磨陶瓷颗粒为氧化物、碳化物、硼化物陶瓷的一种或多种的混合物。
所述步骤三中，抽真空之前，在排气管中安装过滤网。
所述步骤三中，加热温度保持500-650℃，抽真空至0.1pa，然后停止抽真空，密封排气管。
所述步骤四中，按照6-12℃/min速度升温、1-2Mpa/min速度升压，分别在600℃、900℃保温0.5h，烧结温度1050-1280℃，烧结时间按截面最大尺寸3-10min/mm计算，烧结期间至冷却到600℃过程均保持炉内气体处于100-160Mpa正压力，随后降温、降压，最终冷却至室温；其中，炉内气体为氩气或氮气。
本发明的耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体具有高的强度、高的耐磨损性能，并具有高的韧性。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体的制造方法，通过设计制造耐磨陶瓷颗粒弥散分布在铁基合金结构，耐磨陶瓷颗粒呈高压极限润湿的冶金桥接包裹。本发明的预制体结构直接用于铸造耐磨损零件的工作面，合金铸造熔融体注入预制体的钢管内，形成镶嵌结构，预制体的钢管和外套腔体在铸造浇注过程中自动熔融，与铸造合金液形成基体。本发明耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体具有优良的综合力学性能、形成铸造耐磨损工作面具有超强耐磨性能，满足频繁破碎冲击、磨损作业要求，使用寿命长，破碎效果好。
附图说明
图1a为外套腔体的结构示意图；
图1b为外套腔体的纵向截面图；
图2为实施例制造的耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体的截面图；
图3为本实施例制造的耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体的制造实体耐磨陶瓷颗粒弥散分布图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
图1a和1b为耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体的制造方法所用的外套腔体，包括围板1、右端侧板2、左端侧板3，围板1、右端侧板2、左端侧板3围合形成一个长方体，围板1的顶部设置有进料管6和排气管7，右端侧板2、左端侧板3上对等开设有若干均匀分布的圆孔，每一对圆孔之间均设置有一根薄壁钢管4，薄壁钢管4的两端分别与两个圆孔边缘焊接，薄壁钢管4中设置有石墨棒5。
本实施例的耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体制造方法包括以下步骤：
步骤一，将外套腔体放置振动台上固定；
步骤二，将铁基合金粉末包裹的耐磨陶瓷颗粒装入并充满外套腔体，并密封进料管6；
其中，铁基合金粉末包裹的耐磨陶瓷颗粒按照质量百分比，组成为：27.5％铁基合金粉末、60％耐磨陶瓷颗粒、3％球团粘接剂、6％硅酸盐溶液、2％聚乙烯醇缩丁醛酯(PVB)、1.5％合成石蜡粉末等，其制作过程为：
(1)将耐磨陶瓷颗粒、球团粘接剂、合成石蜡粉末、聚乙烯醇缩丁醛酯混合均匀，加入硅酸盐溶液，形成湿式耐磨陶瓷颗粒；
(2)将铁基合金粉末加入步骤(1)得到的湿式耐磨陶瓷颗粒中，搅拌混合均匀；
(3)将步骤(2)得到的混合粉末在70℃烘干24小时以上，获得干燥的混合粉末；
(4)将步骤(3)得到混合粉末过筛，获得铁基合金粉末包裹的耐磨陶瓷颗粒，去除无包裹铁基合金粉末；
(5)对步骤(4)筛分获得的铁基合金粉末包裹的耐磨陶瓷颗粒，继续120℃干燥24小时以上。
步骤三，在排气管7中安装过滤网8，将排气管7连接真空泵，一边加热一边抽真空，加热温度保持550℃，抽真空至0.1pa，停止抽真空，密封排气管；
步骤四，将装满铁基合金粉末包裹的耐磨陶瓷颗粒且密封的外套腔体放入真空气氛炉内烧结；按照10℃/min速度升温、2Mpa/min速度升压，分别在600℃、900℃保温0.5h，烧结温度1250℃，烧结时间按截面最大尺寸3-10min/mm计算，烧结期间至冷却到600℃过程均保持炉内气体(氩气或氮气)处于160Mpa正压力，随后降温、降压，最终冷却至室温；其中炉内气体为氩气或氮气；
步骤五，去除石墨棒5，制成耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体。
图2为耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体的制造实体的截面图。图3为耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体的制造实体耐磨陶瓷颗粒弥散分布图。
本发明制成的耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体用于铸造类耐磨零件，经铸造熔体填充预制体的薄壁钢管4形成镶嵌的耐磨损工作面，具有超强的耐磨损性能，属于一种全新的高性能耐磨陶瓷颗粒预制体制造方法，使用寿命长久。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，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和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体，其特征在于：所述铁基陶瓷预制体包括铁基合金结构以及弥散分布在铁基合金结构的耐磨陶瓷颗粒，耐磨陶瓷颗粒呈高压极限润湿的冶金桥接包裹。
2.根据权利要求1所述的耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体，其特征在于：所述耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体为反击式破碎机板锤、圆锥破磨辊、鄂式破锤头、矿用溜槽等耐磨损面的预制体。
3.一种权利要求1所述的耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，将外套腔体放置振动台上固定；其中，外套腔体包括围板(1)、右端侧板(2)、左端侧板(3)，围板(1)、右端侧板(2)、左端侧板(3)围合形成一个长方体，围板(1)的顶部设置有进料管(6)和排气管(7)，右端侧板(2)、左端侧板(3)上对等开设有若干均匀分布的圆孔，每一对圆孔之间均设置有一根薄壁钢管(4)，薄壁钢管(4)的两端分别与两个圆孔边缘点焊接，薄壁钢管(4)中设置有石墨棒(5)；
步骤二，将铁基合金粉末包裹的耐磨陶瓷颗粒装入并充满外套腔体，并密封进料管(6)；
步骤三，将排气管(7)连接真空泵，一边加热一边抽真空，然后停止抽真空，密封排气管(7)；
步骤四，将装满铁基合金粉末包裹的耐磨陶瓷颗粒且密封的外套腔体放入真空气氛炉内烧结；
步骤五，去除石墨棒(5)，制成耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体。
4.根据权利要求3所述的耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体的制造方法，其特征在于：所述步骤二中，铁基合金粉末包裹的耐磨陶瓷颗粒按照质量百分比，组成为25-35％铁基合金粉末、55-70％耐磨陶瓷颗粒、2-5％球团粘接剂、3-6％硅酸盐溶液、1-2％聚乙烯醇缩丁醛酯、1-2％合成石蜡粉末，所述铁基合金粉末与耐磨陶瓷颗粒混合料由以下步骤制备得到：
(1)将耐磨陶瓷颗粒、球团粘接剂、合成石蜡粉末、聚乙烯醇缩丁醛酯混合均匀，加入硅酸盐溶液，形成湿式耐磨陶瓷颗粒；
(2)将铁基合金粉末加入步骤(1)得到的湿式耐磨陶瓷颗粒中，搅拌混合均匀；
(3)将步骤(2)得到的混合粉末在50-80℃烘干24小时以上，获得干燥的混合粉末；
(4)将步骤(3)得到混合粉末过筛，获得铁基合金粉末包裹的耐磨陶瓷颗粒，去除无包裹铁基合金粉末；
(5)对步骤(4)筛分获得的铁基合金粉末包裹的耐磨陶瓷颗粒，继续80-120℃干燥24小时以上。
5.根据权利要求4所述的耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体的制造方法，其特征在于：所述铁基合金粉末为合金钢、铸铁的一种或多种混合。
6.根据权利要求4所述的耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体的制造方法，其特征在于：所述耐磨陶瓷颗粒为氧化物、碳化物、硼化物陶瓷的一种或多种的混合物。
7.根据权利要求3所述的耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体的制造方法，其特征在于：所述步骤三中，抽真空之前，在排气管(7)中安装过滤网(8)。
8.根据权利要求3所述的耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体的制造方法，其特征在于：所述步骤三中，加热温度保持500-650℃，抽真空至0.1pa，然后停止抽真空，密封排气管。
9.根据权利要求3所述的耐磨陶瓷颗粒弥散分布的铁基陶瓷预制体的制造方法，其特征在于：所述步骤四中，按照6-12℃/min速度升温、1-2Mpa/min速度升压，分别在600℃、900℃保温0.5h，烧结温度1050-1280℃，烧结时间按截面最大尺寸3-10min/mm计算，烧结期间至冷却到600℃过程均保持炉内气体处于100-160Mpa正压力，随后降温、降压，最终冷却至室温；其中，炉内气体为氩气或氮气。
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