CN115069366B - 一种立磨磨机内用高铝锆质陶瓷耐磨棒 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种立磨磨机内用高铝锆质陶瓷耐磨棒，属于耐磨棒及特种结构陶瓷技术领域。本发明提供了一种立磨磨机内用高铝锆质陶瓷耐磨棒，其由棒材基体与金属陶瓷层构成；所述棒材基体的材质为15CrMo或12CrMoV，所述金属陶瓷层的制备原料按重量份数计包括：煅烧高岭土22‑35份、刚玉砂30‑40份、自熔性合金粉14‑18份、钡长石7‑12份、叶蜡石2‑4份、锆酸钠1‑1.5份、氧化锆纤维1‑3份、碳化钛3‑4份、石墨烯4‑10份。本发明制备的高铝锆质陶瓷耐磨棒具有良好的耐热性能和耐化学介质腐蚀性能，在350℃下可以长期运行不老化，使用周期大幅度提高，其磨耗低于0.2g/kg·hr，能够满足立磨磨机内用耐磨棒的使用性能条件，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于耐磨棒及特种结构陶瓷技术领域，具体涉及一种立磨磨机内用高铝锆质陶瓷耐磨棒。
背景技术
立磨磨机是一种细磨设备，在建材工业中用于细磨中等硬度或软质物料，尤其在水泥工业、陶瓷工业、电力工业应用较多，如水泥熟料、石灰石、粘土、瓷土、石膏、重晶石等物质的细磨。立磨磨机是采用多个耐磨棒配合磨盘将物料磨细，同时具有碾压研磨作用和剪切研磨作用，目前已成为水泥工业中生熟料粉磨的首选设备。
然而，在立磨磨机使用过程中，由于多种作用力例如碾压力、摩擦、剪切应力等，以及针对不同研磨料频繁的高温、酸碱等侵蚀，传统的金属、合金耐磨棒用不了多久就会产生严重磨损，磨耗加剧进而导致机器损坏，造成难以修复的恶性问题，大幅度削减了设备的使用寿命。
随着科技的不断发展与进步，为适应各类不同的环境，人们对所使用的材料性能的要求也越来越高。陶瓷是一种传统技艺悠久、具有坚硬耐用等一系列优良性质的材料，随着现代科学技术的发展，具有耐磨损、高强度、耐热、硬质、高刚性等性能的特种陶瓷无疑是立磨磨机内耐磨棒材料更佳的选择。
发明内容
针对现有传统金属或合金耐磨棒部件耐磨性能差、使用周期短从而大幅降低设备使用寿命的缺陷，本发明提供了一种立磨磨机内用高铝锆质陶瓷耐磨棒，旨在提供一种具有良好耐磨、耐高温、抗酸碱、抗有机介质、生物惰性的金属陶瓷复合材料，能够为特殊工作条件的立磨磨机耐磨棒提供更优异的材料选择。
本发明具体是通过如下技术方案实现的：
本发明提供了一种立磨磨机内用高铝锆质陶瓷耐磨棒，由棒材基体与金属陶瓷层构成；
其中，所述金属陶瓷层的制备原料按重量份数计包括：
煅烧高岭土22-35份、
刚玉砂30-40份、
自熔性合金粉14-18份、
钡长石7-12份、
叶蜡石2-4份、
锆酸钠1-1.5份、
氧化锆纤维1-3份、
碳化钛3-4份、
石墨烯4-10份。
进一步地，所述金属陶瓷层的制备原料按重量份数计包括：
煅烧高岭土28份、刚玉砂32份、自熔性合金粉15份、钡长石11份、叶蜡石3.5份、锆酸钠1.4份、氧化锆纤维2份、碳化钛3.2份、石墨烯8份。
进一步地，所述棒材基体的材质为15CrMo或12CrMoV。
进一步地，所述自熔性合金粉成分按质量百分比包括：Si 1.2％-3.2％、B3.0％-4.8％、Cr 6.4％-8.2％、Mn 0.9％-2.3％、C 1.5％-2.5％、Co 0.4％-1.0％，余量为Cu。
进一步地，所述自熔性合金粉成分按质量百分比包括：Si 1.8％、B 4.4％、Cr7.8％、Mn 1.1％、C 2.0％、Co 0.7％，余量为Cu。
进一步地，所述棒材基体与金属陶瓷层的结合方式为晶内结合。
进一步地，所述高铝锆质陶瓷耐磨棒的制备方法为：
1)按金属陶瓷层配方比称取各原料，控制原料粒度不高于275目；
2)原料加水球磨10-15h，压滤至含水率10％-12.5％，真空练泥陈腐，随后干燥研磨即得金属陶瓷复合粉末；
3)将所得金属陶瓷复合粉末通过热喷涂在棒材基体上制备金属陶瓷层即得所述高铝锆质陶瓷耐磨棒。
进一步地，所述金属陶瓷层的热喷涂方法为高速粉末火焰喷涂。
本发明以煅烧高岭土、刚玉砂、钡长石、自熔性合金粉为主料，配合锆酸钠、氧化锆纤维、石墨烯制备一种金属陶瓷层，大幅度提高了所制陶瓷耐磨棒的耐磨、抗腐蚀、耐高温性能，显著提高了其在特殊环境中的使用周期。
考虑到棒材基体与金属陶瓷层材料的晶格类型、晶格常数极不匹配，本发明选择了一种铜基自熔性合金粉，采用该自熔性合金粉制备得到的金属陶瓷复合粉末，在采用高速粉末火焰喷涂时，熔融态的金属陶瓷复合粉末粒子与基体之间发生焊合形成微区冶金结合，涂层材料与基体在界面形成共同晶粒，相互间发生反应生成金属间化合物，从而大幅度提高了涂层与基体的结合强度。
进一步地，所述高速粉末火焰喷涂需将温度控制在2200-2600℃，将粒子速度控制在350-420m/s。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明制备的高铝锆质陶瓷耐磨棒具有良好的耐热性能和耐化学介质腐蚀性能，在350℃下可以长期运行不老化，使用周期大幅度提高。本发明高铝锆质陶瓷耐磨棒耐磨损性能极佳，其磨耗低于0.2g/kg·hr，能够很好的适用于立磨磨机中多种作用力及高温和各类腐蚀的工作环境，具有良好的应用前景。
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，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，并非用于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
1、按重量份数称取以下各原料：煅烧高岭土28份、刚玉砂32份、自熔性合金粉15份(Si 1.8％、B 4.4％、Cr 7.8％、Mn 1.1％、C 2.0％、Co 0.7％，余量为Cu)、钡长石11份、叶蜡石3.5份、锆酸钠1.4份、氧化锆纤维2份、碳化钛3.2份、石墨烯8份。
2、控制各原料粒度不高于275目，加水球磨13h，压滤至含水率11.5％，真空练泥陈腐，随后干燥研磨即得金属陶瓷复合粉末。
3、采用高速粉末火焰喷涂(其工艺参数为：将温度控制在2350℃，将粒子速度控制在380m/s)在12CrMoV棒材基体上喷涂金属陶瓷复合粉末，得到高铝锆质陶瓷耐磨棒。
对本实施制备的陶瓷耐磨棒样品进行性能检测：磨耗0.14g/kg·hr，抗压强度224MPa，吸水率0.01％，硬度为1583HV。
实施例2
1、按重量份数称取以下各原料：煅烧高岭土28份、刚玉砂32份、自熔性合金粉15份(Si 3.2％、B 3.0％、Cr 6.6％、Mn 1.1％、C 2.0％、Co 0.7％，余量为Cu)、钡长石11份、叶蜡石3.5份、锆酸钠1.4份、氧化锆纤维2份、碳化钛3.2份、石墨烯8份。
2、控制各原料粒度不高于275目，加水球磨13h，压滤至含水率11.5％，真空练泥陈腐，随后干燥研磨即得金属陶瓷复合粉末。
3、采用高速粉末火焰喷涂(其工艺参数为：将温度控制在2350℃，将粒子速度控制在380m/s)在12CrMoV棒材基体上喷涂金属陶瓷复合粉末，得到高铝锆质陶瓷耐磨棒。
对本实施制备的陶瓷耐磨棒样品进行性能检测：磨耗0.16g/kg·hr，抗压强度211MPa，吸水率0.01％，硬度为1522HV。
实施例3
1、按重量份数称取以下各原料：煅烧高岭土22份、刚玉砂38份、自熔性合金粉18份(Si 1.8％、B 4.4％、Cr 7.8％、Mn 1.1％、C 2.0％、Co 0.7％，余量为Cu)、钡长石7份、叶蜡石3.5份、锆酸钠1.0份、氧化锆纤维1份、碳化钛3.2份、石墨烯8份。
2、控制各原料粒度不高于275目，加水球磨13h，压滤至含水率11.5％，真空练泥陈腐，随后干燥研磨即得金属陶瓷复合粉末。
3、采用高速粉末火焰喷涂(其工艺参数为：将温度控制在2350℃，将粒子速度控制在380m/s)在12CrMoV棒材基体上喷涂金属陶瓷复合粉末，得到高铝锆质陶瓷耐磨棒。
对本实施制备的陶瓷耐磨棒样品进行性能检测：磨耗0.15g/kg·hr，抗压强度218MPa，吸水率0.01％，硬度为1487HV。
实施例4
1、按重量份数称取以下各原料：煅烧高岭土28份、刚玉砂32份、自熔性合金粉15份(Si 1.8％、B 4.4％、Cr 7.8％、Mn 1.1％、C 2.0％、Co 0.7％，余量为Cu)、钡长石11份、叶蜡石3.5份、锆酸钠1.4份、氧化锆纤维2份、碳化钛3.2份、石墨烯8份。
2、控制各原料粒度不高于275目，加水球磨13h，压滤至含水率11.5％，真空练泥陈腐，随后干燥研磨即得金属陶瓷复合粉末。
3、采用高速粉末火焰喷涂(其工艺参数为：将温度控制在2550℃，将粒子速度控制在420m/s)在15CrMo棒材基体上喷涂金属陶瓷复合粉末，得到高铝锆质陶瓷耐磨棒。
对本实施制备的陶瓷耐磨棒样品进行性能检测：磨耗0.18g/kg·hr，抗压强度199MPa，吸水率0.01％，硬度为1461HV。
对比例1
采用铁基自熔性合金粉代替本发明铜基自熔性合金粉。
1、按重量份数称取以下各原料：煅烧高岭土28份、刚玉砂32份、自熔性合金粉15份(Si 1.8％、B 4.4％、Cr 7.8％、Mn 1.1％、C 2.0％、Co 0.7％，余量为Fe)、钡长石11份、叶蜡石3.5份、锆酸钠1.4份、氧化锆纤维2份、碳化钛3.2份、石墨烯8份。
2、控制各原料粒度不高于275目，加水球磨13h，压滤至含水率11.5％，真空练泥陈腐，随后干燥研磨即得金属陶瓷复合粉末。
3、采用高速粉末火焰喷涂(其工艺参数为：将温度控制在2350℃，将粒子速度控制在380m/s)在12CrMoV棒材基体上喷涂金属陶瓷复合粉末，得到陶瓷耐磨棒。
对本对比例制备的陶瓷耐磨棒样品进行性能检测：磨耗0.47g/kg·hr，抗压强度181MPa，吸水率0.03％，硬度为1444HV。
对比例2
金属陶瓷复合粉末制备原料采用钾长石替换钡长石，不添加氧化锆纤维、石墨烯。
1、按重量份数称取以下各原料：煅烧高岭土28份、刚玉砂32份、自熔性合金粉15份(Si 1.8％、B 4.4％、Cr 7.8％、Mn 1.1％、C 2.0％、Co 0.7％，余量为Cu)、钾长石11份、叶蜡石3.5份、锆酸钠1.4份、碳化钛3.2份。
2、控制各原料粒度不高于275目，加水球磨13h，压滤至含水率11.5％，真空练泥陈腐，随后干燥研磨即得金属陶瓷复合粉末。
3、采用高速粉末火焰喷涂(其工艺参数为：将温度控制在2350℃，将粒子速度控制在380m/s)在12CrMoV棒材基体上喷涂金属陶瓷复合粉末，得到陶瓷耐磨棒。
对本对比例制备的陶瓷耐磨棒样品进行性能检测：磨耗0.42g/kg·hr，抗压强度170MPa，吸水率0.02％，硬度为1415HV。
对比例3
参照本发明实施例1的步骤和参数，不同之处在于采用线材火焰喷涂(控制参数：温度3000℃，粒子速度180m/s)代替高速粉末火焰喷涂，制备得到陶瓷耐磨棒。
对本对比例制备的陶瓷耐磨棒样品进行性能检测：磨耗0.38g/kg·hr，抗压强度185MPa，吸水率0.01％，硬度为1452HV。
综上可知，本发明制备的高铝锆质陶瓷耐磨棒具有良好的使用性能及力学性能，尤其耐磨性能表现优异——磨耗低于0.2g/kg·hr；而采用不同自熔性合金粉、不同金属陶瓷粉末制备原料、不同金属陶瓷层喷涂方法均不同程度降低了所得陶瓷耐磨棒的抗压强度及硬度，尤其显著降低了其耐磨性能。由此可见，本发明制备的高铝锆质陶瓷耐磨棒能够很好的满足立磨磨机内用耐磨棒的使用性能条件，具有良好的市场竞争力。
以上所描述的实施例仅表达了本发明的几种优选实施例，其描述较为具体和详细，但并不用于限制本发明。应当指出，对于本领域的技术人员来说，本发明还可以有各种变化和更改，凡在本发明的构思和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种立磨磨机内用高铝锆质陶瓷耐磨棒，其特征在于，由棒材基体与金属陶瓷层构成；所述棒材基体的材质为15CrMo或12CrMoV；
其中，所述金属陶瓷层的制备原料按重量份数计包括：
煅烧高岭土22-35份、
刚玉砂30-40份、
自熔性合金粉14-18份、
钡长石7-12份、
叶蜡石2-4份、
锆酸钠1-1.5份、
氧化锆纤维1-3份、
碳化钛3-4份、
石墨烯4-10份；
所述自熔性合金粉成分按质量百分比包括：Si 1.2％-3.2％、B 3.0％-4.8％、Cr6.4％-8.2％、Mn 0.9％-2.3％、C 1.5％-2.5％、Co 0.4％-1.0％，余量为Cu。
2.根据权利要求1所述一种立磨磨机内用高铝锆质陶瓷耐磨棒，其特征在于，所述金属陶瓷层的制备原料按重量份数计包括：
煅烧高岭土28份、
刚玉砂32份、
自熔性合金粉15份、
钡长石11份、
叶蜡石3.5份、
锆酸钠1.4份、
氧化锆纤维2份、
碳化钛3.2份、
石墨烯8份。
3.根据权利要求1所述一种立磨磨机内用高铝锆质陶瓷耐磨棒，其特征在于，所述自熔性合金粉成分按质量百分比包括：Si 1.8％、B 4.4％、Cr 7.8％、Mn 1.1％、C 2.0％、Co0.7％，余量为Cu。
4.根据权利要求1所述一种立磨磨机内用高铝锆质陶瓷耐磨棒，其特征在于，所述棒材基体与金属陶瓷层的结合方式为晶内结合。
5.根据权利要求1所述一种立磨磨机内用高铝锆质陶瓷耐磨棒，其特征在于，所述高铝锆质陶瓷耐磨棒的制备方法为：
1)按金属陶瓷层配方比称取各原料，控制原料粒度不高于275目；
2)原料加水球磨10-15h，压滤至含水率10％-12.5％，真空练泥陈腐，随后干燥研磨即得金属陶瓷复合粉末；
3)将所得金属陶瓷复合粉末通过热喷涂在棒材基体上制备金属陶瓷层即得所述高铝锆质陶瓷耐磨棒。
6.根据权利要求5所述一种立磨磨机内用高铝锆质陶瓷耐磨棒，其特征在于，所述金属陶瓷层的热喷涂方法为高速粉末火焰喷涂。
7.根据权利要求6所述一种立磨磨机内用高铝锆质陶瓷耐磨棒，其特征在于，所述高速粉末火焰喷涂需将温度控制在2200-2600℃，将粒子速度控制在350-420m/s。
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