CN115519849A - 一种复合耐磨板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种复合耐磨板及其制造方法。该复合耐磨板包括主体板材、铜合金网、塑料耐磨层，主体板材具有凹槽，凹槽为线性凹槽，在与铜合金网接触的表面延伸，凹槽具有主体槽部分以及开口部分，开口部分的开口宽度小于主体槽部分的宽度；铜合金网，其形状与主体板材上线性凹槽的形状一致，其在主体上具有凸出的部分，凸出的部分用于嵌入主体板材上的凹槽中，铜合金网层表面经过喷砂处理；塑料耐磨层，形成在铜合金网和主体板材上，在塑料耐磨层中掺杂有耐磨颗粒，耐磨颗粒为核壳结构，其核心为铜，外部包覆金属碳化物层。本发明方案从整体上提高耐磨板的寿命，降低耐磨板的更换频率，在保证耐磨板耐磨性能的同时，提高耐磨板的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及板材技术领域，特别是涉及一种复合耐磨板及其制造方法。
背景技术
耐磨板材在产业中应用广泛，其可以应用在很多磨损工况下。耐磨板材常规的制作方法为：在韧性、塑性很好的普通低碳钢或者低合金钢表面通过特定方法复合一定厚度的硬度较高、耐磨性优良的耐磨层。
目前，耐磨板材的种类很多且应用场景广泛，耐磨板材的复合方法的技术路线也很多，例如在三层复合材料形成的耐磨板技术中，采用钢背材料，在其上电镀一层铜，然后通过铜粉进行烧结，使金属颗粒之间、金属颗粒与基体之间局部融合，形成多孔骨架，然后采用聚合物乳液，其中添加耐磨填料，将其作为表层基层然后进行塑化烧结，形成耐磨板材。
上述的耐磨板材通常称为钢基铜塑耐磨板材，各个层之间的结合强度通常决定了耐磨板材的使用寿命及性能，因此在所属技术领域，如何提高各个层之间的结合牢固度，从而能够降低更换频率、提高耐磨板使用的生命周期，同时保证耐磨板的耐磨性能，始终是所属技术领域人员研究的重点。
发明内容
有鉴于此，本申请主要解决的技术问题是如何提高复合耐磨板各层之间的结合牢固度，从而提供一种能够降低更换频率的耐磨板，其提高耐磨板的结合牢固度，提高耐磨板使用的生命周期，同时还能够保证耐磨板的耐磨性能。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种复合耐磨板，包括主体板材、铜合金网、塑料耐磨层，三层结构堆叠形成复合耐磨板，每个层的结构以及每个层之间的结合方式与现有技术均有具体的改进，具体如下：
所述主体板材具有凹槽，凹槽为线性凹槽，在与铜合金网接触的表面延伸，凹槽具有主体槽部分以及开口部分，所述开口部分的开口宽度小于主体槽部分的宽度，凹槽的截面形状类似“凸”形；
铜合金网，其形状与主体板材上线性凹槽的形状一致，其在主体上具有凸出的部分，凸出的部分用于嵌入主体板材上的凹槽中，所述铜合金网层表面经过喷砂处理，凸出的部分设置在铜网与主体板材接触的面上，表面喷砂处理能够提高其表面的粗糙度，粗糙度提高能够提高表面的接触面积，并且表面形貌不规则，在与塑料耐磨层结合时能够使塑料耐磨层更好结合，可以从细微结构上防止两层之间的剥离，从而提升结合强度提高稳定性；
塑料耐磨层，形成在铜合金网和主体板材上，在塑料耐磨层中掺杂有耐磨颗粒，所述耐磨颗粒为核壳结构，其核心为铜，外部包覆金属碳化物层。
本申请的一些实施例中，主体板材包括热膨胀合金组成的部分，至少所述主体板材的主体槽表面包括所述热膨胀合金。热膨胀合金是指具有反常热膨胀特性的一种精密合金，在磁性温度即居里点附近热膨胀系数显著减少，出现所谓反常热膨胀现象(负反常)，从而可以在室温附近很宽的温度范围内，获得很小的甚至接近零的膨胀系数。
本申请的一些实施例中，铜合金网的凸出部分具有渐变的宽度，所述凸出部分最外部分的宽度小于所述开口部分的开口宽度，且所述凸出部分具有宽度大于所述开口部分的开口宽度的部分。在最外部分设置宽度小于开口宽度能够使凸出部分进入主体板材的凹槽开口部分内，凸出部分中宽度大的部分会与主体板材凹槽的开口互相作用，在高压力下实现嵌入的效果，经过热处理后可以形成互相嵌套的结构，能够实现主体板材和铜合金网的结合强度的提高。
本申请的一些实施例中，所述凹槽的开口部分的宽度为主体槽部分宽度的85％-95％，通过优化凹槽开口的宽度，能够使铜合金网的嵌入在制造过程中更快地进入主体槽部分，结合具体制造过程中的压力下热处理，能够在两层材料的之间不留下空气间隙，实现两者之间的可靠结合。在一些具体实施例中，还可以采用可伐合金的方式将两者之间完全封接。
本申请的一些实施例中，所述凸出部分具有宽度大于所述开口部分的开口宽度的部分的宽度为所述凹槽的开口部分的宽度的105％-125％，由于凸出部分采用宽度变化的结构，大于凹槽开口部分的宽度也不宜过大，避免使主体板材结构产生过大的形变，影响最初设计的结构，避免不可控形变，能够保证实现在可控范围内的抵接。
本申请的一些实施例中，所述凹槽的主体槽部分内包括化学镀铜部分或者铜颗粒粉末烧结部分。通过设置化学镀铜或者铜颗粒，在主体槽内预先填充铜相关材料，在铜网在一定压力下压入凹槽时，能够将凹槽的主体槽部分填充完全，避免留下空隙，空隙的存在会影响到铜网与主体板材之间的结合强度，从而避免结合力下降。
为解决具体解决相关的技术问题，本申请还具体提供该复合耐磨板的制造方法，复合耐磨板为前述的结构，主要包括主体板材、铜合金网、塑料耐磨层，在进行复合耐磨板制备时，具体包括如下步骤：
步骤(1)，制作具有凹槽的主体板材，所述凹槽为线性凹槽，在与铜合金网接触的表面延伸，凹槽具有主体槽部分以及开口部分，所述开口部分的开口宽度小于主体槽部分的宽度；
步骤(2)制作铜合金网，所述铜合金网形状与主体板材上线性凹槽的形状一致，其在主体上具有凸出的部分，凸出的部分用于嵌入主体板材上的凹槽中；
步骤(3)将所述铜合金网的凸出部分对准主体板材上的线性凹槽，对主体板材以及铜合金网进行加压，在加压状态下进行高温处理，温度范围在750℃-1000℃；
步骤(4)对高温处理完之后的组合体表面进行喷砂处理；
步骤(5)喷砂处理后，在铜合金网上放置塑料耐磨材料，所述塑料耐磨材料中包括耐磨塑料和耐磨颗粒，所述耐磨颗粒为核壳结构，其核心为铜，外部包覆金属碳化物层；
步骤(6)对放置有塑料耐磨材料的组合体进行加压热处理，温度范围为250℃-400℃。
本申请的一些实施例中，制造方法中还包括在主体板材的主体槽表面形成热膨胀合金层。
本申请的一些实施例中，制造出的主体板材中，所述凹槽的开口部分的宽度为主体槽部分宽度的85％-95％，所述凸出部分具有宽度大于所述开口部分的开口宽度的部分的宽度为所述凹槽的开口部分的宽度的105％-125％。
本申请的一些实施例中，在步骤(1)和步骤(2)之间还包括在所述凹槽主体内化学镀铜或者填充铜颗粒粉末。
本申请的有益效果是：本申请对各个层之间的具体结构作了进一步优化，采用的结构能够使各个层之间的结合稳定性得到提高，另外对各个层的具体材料作进一步优化，使各个层的结构强度提高，这样从整体上能够提高耐磨板的寿命，能够降低耐磨板的更换频率，在保证耐磨板耐磨性能的同时，提高耐磨板的稳定性。根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是本申请复合耐磨板的主体结构示意图；
图2是本申请复合耐磨板一个实施例的细节结构示意图；
图3是本申请复合耐磨板另一个实施例的细节结构示意图；
图4是本申请复合耐磨板中铜合金网的凸出部分嵌入凹槽内的界面放大图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例的描述中，术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B这三种情况。
请参阅图1，图1是本申请复合耐磨板的主体结构示意图。
本申请提供一种复合耐磨板，包括主体板材1、铜合金网2、塑料耐磨层3，所述主体板材1具有凹槽4，凹槽4为线性凹槽，在与铜合金网2接触的表面延伸，凹槽4具有主体槽部分以及开口部分，所述开口部分的开口宽度小于主体槽部分的宽度；主体板材1的材料可以选择钢基材料，制作具有凹槽4的主体板材1时，可以采用两部分层叠的方式，一个部分具有主体槽结构，将两部分结合形成。此处“线性凹槽”中“线性”是指线性延伸，包括多个方向延伸，形成网形，与铜网形状对应。
主体板材1采用以铁元素作为主要金属材料，其中可以具有其它金属元素，形成合金，在与铜合金网2接触的表面可以提高铜元素的占比。
铜合金网2，其形状与主体板材1上线性凹槽的形状一致，其在主体上具有凸出的部分5，凸出的部分5用于嵌入主体板材1上的凹槽4中，所述铜合金网2层表面经过喷砂处理；通过表面喷砂处理提高其表面的粗糙度，粗糙度提高能够提高表面的接触面积，并且引入形貌不规则的表面，使塑料耐磨层3能够更好地结合上铜合金网2，可以从细微结构上防止两层之间的剥离，从而提升结合强度提高稳定性。
塑料耐磨层3，形成在铜合金网2和主体板材1上，在塑料耐磨层3中掺杂有耐磨颗粒，所述耐磨颗粒为核壳结构，其核心为铜，外部包覆金属碳化物层。
参见图2，图2是本申请复合耐磨板一个实施例的细节结构示意图，主要示出主体板材1凹槽4及铜合金金属网之间的具体结构，在一些实施例中，主体板材1包括热膨胀合金组成的部分，至少所述主体板材1的主体槽表面包括所述热膨胀合金。
在一些实施例中，铜合金网2的凸出部分具有渐变的宽度，所述凸出部分最外部分的宽度小于所述开口部分的开口宽度，且所述凸出部分具有宽度大于所述开口部分的开口宽度的部分。
在一些实施例中，所述凹槽4的开口部分的宽度为主体槽部分宽度的85％-95％。
在一些实施例中，所述凸出部分具有宽度大于所述开口部分的开口宽度的部分的宽度为所述凹槽4的开口部分的宽度的105％-125％。
参见图3，图3是本申请复合耐磨板另一个实施例的细节结构示意图，主要示出主体板材1凹槽4及铜合金金属网之间的具体结构，其中所述凹槽4的主体槽部分内还包括化学镀铜部分6或者铜颗粒粉末烧结部分(未具体图示)。由于凹槽4的结构，铜合金网2上凸起部分不一定能够完全填充凹槽4的主体槽部分，通过化学镀铜或者铜颗粒预先填充，可以避免在主体槽内留下孔隙，另外，由于采用铜材料，以铜为主要材料的铜合金网2，在后续热处理时，两部分能够很好地融为一体，最终能够实现主体板材1与铜合金网2之间地相关嵌套结构。
本申请的复合耐磨板制造方法，复合耐磨板的主体结构与前述的结构保持一致，其具体包括主体板材1、铜合金网2、塑料耐磨层3，制备方法具体包括如下步骤：
步骤(1)制作具有凹槽4的主体板材1，所述凹槽4为线性凹槽，在与铜合金网2接触的表面延伸，凹槽4具有主体槽部分以及开口部分，所述开口部分的开口宽度小于主体槽部分的宽度；
步骤(2)制作铜合金网2，所述铜合金网2形状与主体板材1上线性凹槽的形状一致，其在主体上具有凸出的部分5，凸出的部分5用于嵌入主体板材1上的凹槽4中；
在将铜合金网2压入线性凹槽前，可以对主体板材1表面进行喷丸处理，喷丸处理能够降低表面粗糙度，由于铜合金网2与主体板材1之间是金属与金属的结合，因此降低平整度能够实现金属之间的紧密贴合，保证了后续热处理时金属间的充分相互作用，后续形成组合体之后还会对组合体进行喷砂处理，喷砂处理能够提高粗糙度，这是由于后续是金属与聚合物材料的结合，通过提高粗糙度提高聚合物与金属表面之间的黏附力。
步骤(3)将所述铜合金网2的凸出部分对准主体板材1上的线性凹槽，对主体板材1以及铜合金网2进行加压，在加压状态下进行高温处理，温度范围在750℃-1000℃；具体的温度选择范围可以根据具体合金的种类进行调整。
步骤(4)对高温处理完之后的组合体表面进行喷砂处理；通过表面喷砂处理提高其表面的粗糙度，粗糙度提高能够提高表面的接触面积，并且引入形貌不规则的表面，使塑料耐磨层3能够更好地结合上铜合金网2，可以从细微结构上防止两层之间的剥离，从而提升结合强度提高稳定性。
步骤(5)喷砂处理后，在铜合金网2上放置塑料耐磨材料，所述塑料耐磨材料中包括耐磨塑料和耐磨颗粒，所述耐磨颗粒为核壳结构，其核心为铜，外部包覆金属碳化物层；制备核壳结构可以采用化学气相沉积的方法，在铜颗粒表面形成金属碳化物，在保证耐磨性能的同时，可以节约起主要作用的金属碳化物材料，降低制作成本。
步骤(6)对放置有塑料耐磨材料的组合体进行加压热处理，温度范围为250℃-400℃。
主体板材1的材料可以选择钢基材料，制作具有凹槽4的主体板材1时，可以采用两部分层叠的方式，一个部分具有主体槽结构，另一部分具有条状开口，将这个部分叠一起后，在不会引起形变的温度下进行热处理，使两部分结合，在具体应用时，可以采用较低的温度预先结合，通过后续与铜合金网2结合时的加压热处理将两者完全结合。另外，后续采用化学镀铜时，即使两者有间隙，间隙也可以由于化学镀铜而被填充，结合后续加压处理，能够完全将空隙排除。
在一些实施例中，还包括在主体板材1的主体槽表面形成热膨胀合金层，热膨胀合金是指具有反常热膨胀特性的一种精密合金，在磁性温度即居里点附近热膨胀系数显著减少，出现所谓反常热膨胀现象(负反常)，从而可以在室温附近很宽的温度范围内，获得很小的甚至接近零的膨胀系数，在具体应用时，使用温度不会很高，但会有一定的温度变化，通过设置这一层，能够使在具体工作时主体板材1和铜金属合金结合处在使用温度的变化下的形变减小，能够保持结构在使用状态下的温度变化范围内不产生多余的内部应力，从而延长使用寿命。
在一些实施例中，所述凹槽4的开口部分的宽度为主体槽部分宽度的85％-95％，所述凸出部分具有宽度大于所述开口部分的开口宽度的部分的宽度为所述凹槽4的开口部分的宽度的105％-125％。
在一些实施例中，在步骤(1)和步骤(2)之间还包括在所述凹槽4主体内化学镀铜或者填充铜颗粒粉末。由于空隙的存在会影响到铜网与主体板材1之间的结合强度，为了避免结合力下降，可以通过在凹槽4主体内填充化学镀铜或者铜颗粒，在主体槽内预先填充铜相关材料，在铜网在一定压力下压入凹槽4时，能够将凹槽4的主体槽部分填充完全，避免留下空隙，另外在加压热处理时，可以采用等静压的方式，在采用等静压的方式进行加压热处理时，还可以进一步增加抽气步骤，更进一步地实现孔隙的排除。
图4是本申请复合耐磨板中铜合金网的凸出部分嵌入凹槽内的界面放大图。由图4可知，该铜合金网的凸出部分已经嵌入主体板材1的凹槽内，由此极大增强了铜合金网和主体板材的结合强度。
综上所述，本申请至少具有如下有益效果：本申请优化了各个层之间的具体结构、连接方式，通过结构、材料的具体优化，提高各个层之间的结合稳定性，另外对各个层采用的具体材料作进一步选择，使各个层自身的性能也得到提高，通过提高各个层以及各个层之间的结合方式，能够从整体上能够提高耐磨板的寿命，能够降低耐磨板的更换频率，在保证耐磨板耐磨性能的同时，提高耐磨板的稳定性。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种复合耐磨板，包括主体板材、铜合金网、塑料耐磨层，其特征在于，
所述主体板材具有凹槽，凹槽为线性凹槽，在与铜合金网接触的表面延伸，凹槽具有主体槽部分以及开口部分，所述开口部分的开口宽度小于主体槽部分的宽度；
铜合金网，其形状与主体板材上线性凹槽的形状一致，其在主体上具有凸出的部分，凸出的部分用于嵌入主体板材上的凹槽中，所述铜合金网层表面经过喷砂处理；
塑料耐磨层，形成在铜合金网和主体板材上，在塑料耐磨层中掺杂有耐磨颗粒，所述耐磨颗粒为核壳结构，其核心为铜，外部包覆金属碳化物层。
2.根据权利要求1所述复合耐磨板，其特征在于，包括：
主体板材包括热膨胀合金组成的部分，至少所述主体板材的主体槽表面包括所述热膨胀合金。
3.根据权利要求1或2所述复合耐磨板，其特征在于，
铜合金网的凸出部分具有渐变的宽度，所述凸出部分最外部分的宽度小于所述开口部分的开口宽度，且所述凸出部分具有宽度大于所述开口部分的开口宽度的部分。
4.根据权利要求3所述复合耐磨板，其特征在于，
所述凹槽的开口部分的宽度为主体槽部分宽度的85％-95％。
5.根据权利要求3所述复合耐磨板，其特征在于，
所述凸出部分具有宽度大于所述开口部分的开口宽度的部分的宽度为所述凹槽的开口部分的宽度的105％-125％。
6.根据权利要求1所述复合耐磨板，其特征在于，
所述凹槽的主体槽部分内包括化学镀铜部分或者铜颗粒粉末烧结部分。
7.一种复合耐磨板制造方法，复合耐磨板包括主体板材、铜合金网、塑料耐磨层，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制作具有凹槽的主体板材，所述凹槽为线性凹槽，在与铜合金网接触的表面延伸，凹槽具有主体槽部分以及开口部分，所述开口部分的开口宽度小于主体槽部分的宽度；
(2)制作铜合金网，所述铜合金网形状与主体板材上线性凹槽的形状一致，其在主体上具有凸出的部分，凸出的部分用于嵌入主体板材上的凹槽中；
(3)将所述铜合金网的凸出部分对准主体板材上的线性凹槽，对主体板材以及铜合金网进行加压，在加压状态下进行高温处理，温度范围在750℃-1000℃；
(4)对高温处理完之后的组合体表面进行喷砂处理；
(5)喷砂处理后，在铜合金网上放置塑料耐磨材料，所述塑料耐磨材料中包括耐磨塑料和耐磨颗粒，所述耐磨颗粒为核壳结构，其核心为铜，外部包覆金属碳化物层；
(6)对放置有塑料耐磨材料的组合体进行加压热处理，温度范围为250℃-400℃。
8.根据权利要求7所述复合耐磨板制造方法，其特征在于，
还包括在主体板材的主体槽表面形成热膨胀合金层。
9.根据权利要求7所述复合耐磨板制造方法，其特征在于，
所述凹槽的开口部分的宽度为主体槽部分宽度的85％-95％，所述凸出部分具有宽度大于所述开口部分的开口宽度的部分的宽度为所述凹槽的开口部分的宽度的105％-125％。
10.根据权利要求9所述复合耐磨板制造方法，其特征在于，
在步骤(1)和步骤(2)之间还包括在所述凹槽主体内化学镀铜或者填充铜颗粒粉末。
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