一种离心铸造陶瓷-金属蜂窝复合材料立磨磨辊的方法技术

本发明专利技术涉及一种离心铸造陶瓷-金属蜂窝复合材料立磨磨辊的方法，属于金属基复合材料技术领域。首先将陶瓷颗粒、造孔剂和粘结剂填入模具制备得到带有镶嵌柱、镶嵌孔和砂型接触面设有凸台的陶瓷颗粒预制体；将若干陶瓷颗粒预制体中每两两陶瓷颗粒预制体的镶嵌柱嵌于镶嵌孔中拼接，然后将拼接完成的陶瓷颗粒预制体固定在活块金属模中；将活块金属模整体预热后固定于离心铸造设备中，浇铸高温金属液，进行热处理后制得陶瓷-金属蜂窝复合材料立磨磨辊。该方法利用多个小块蜂窝多孔陶瓷预制体拼接成整体预制体，有缺陷的小块可以被更换掉，避免了整体预制体制备过程中，局部缺陷导致整个预制体不能使用的缺点，提高了成品率，降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种离心铸造陶瓷-金属蜂窝复合材料立磨磨辊的方法
本专利技术涉及一种离心铸造陶瓷-金属蜂窝复合材料立磨磨辊的方法，属于金属基复合材料

技术介绍
陶瓷-金属蜂窝复合材料优异的耐磨性能，广泛应用于水泥、矿山、冶金、电站或各种类似的行业，立磨磨辊应用陶瓷-金属蜂窝复合材料，使用寿命和磨粉效率都将得到较大的提升，陶瓷-金属蜂窝复合材料工作面由耐磨陶瓷金属复合区和复合区所包围的韧性金属柱组成，离心铸造蜂窝状陶瓷-金属复合材料立磨磨辊存在以下技术难题，首先如何制备高强度、易于铸渗的蜂窝多孔陶瓷预制体；其次是如何拼接固定蜂窝多孔陶瓷预制体；最后是离心浇铸工艺及热处理工艺。中国专利技术专利CN103252268A公布了一种超耐磨离心复合铸造胎型磨辊及其制造方法，其外层为高合金耐磨层，内层为石墨钢韧性层，其合金层包括Cr、Ni、Mo、W和V合金，此方法所制造出的磨辊兼具耐磨性和韧性，但高合金耐磨层的耐磨性有一定限度，且高合金材料的应用也提高了生产成本。中国专利技术专利CN102211048A公布了一种具有金属陶瓷复合物的中速磨煤机辊套，其方法为将陶瓷颗粒相互粘结成网状，浇铸浇铸金属液整体复合，但此方法存在以下缺点，首先其单纯依靠陶瓷颗粒之间相互粘结而产生的孔隙铸渗，限制了金属液铸渗的厚度，从而使陶瓷金属复合层厚度非常薄，而且陶瓷颗粒之间的分散度小，陶瓷颗粒之间金属无法有效起到支撑作用，磨损过程中，陶瓷颗粒容易剥落，耐磨性大大降低；其次此方法将陶瓷颗粒互相粘结成一个网状结构的陶瓷层，然后对整个陶瓷层进行铸渗，浇铸过程中整个陶瓷层很容易因为某一部位缺陷或金属液冲击坍塌不能使用，成品率大大降低；此外其磨辊本体与高铬合金和陶瓷颗粒通过浇铸方式连接成一体，由于三种材料的热膨胀系数及热导率相差很大，磨辊浇铸后冷却或热处理过程中，其高铬合金、陶瓷金属复合区及磨辊本体的冶金结合将容易在导致在结合面处产生的裂纹在整个磨辊扩展，增加磨辊开裂的可能性。中国专利技术专利CN103769563A公布了一种活性元素烧结ZTA颗粒增强钢铁基复合磨辊及磨盘的制备方法，其方法为将多种活性元素粉末混合均匀后，加入适量粘结剂与ZTA颗粒充分搅拌，使得活性金属元素粉末均匀包覆在颗粒表面，填入石墨模具加热后烘干，烧结得到多孔预制块，将预制块固定于铸型特定位置并浇铸金属液，冷却脱模后得到复合磨辊或磨盘，此方法所使用活性元素粉末为Ni、Cr等金属粉末，价格昂贵，生产成本高，此外单纯依靠Ni、Cr等金属粉末促进金属液的铸渗，将使得铸渗复合区厚度有限，且陶瓷颗粒的分散度小，陶瓷颗粒间的金属无法对陶瓷颗粒起到有效的支撑作用。而且预制块之间的拼接固定方法在复合铸造工艺中尤为关键，此专利并没解决此技术问题，与本专利技术离心铸造工艺相比，其普通铸渗工艺不能保证金属液铸渗彻底而获得完整良好的复合区。中国专利技术专利CN1367270A公布了一种离心铸造高耐磨合金铸铁复合抗磨辊圈的生产工艺，复合抗磨辊圈外层含钒和多种少量元素合金铸铁，内层为高强度球墨铸铁，由于含钒和多种少量元素合金，此方法所制造出的磨辊的硬度较高，耐磨性较强，但由于合金种类较多，加入量很少，熔炼合金时很难准确控制其成分，并且外层合金的硬度具有一定局限性，过高的硬度将导致外层合金的韧性降低很大，影响使用性能。中国专利技术专利CN103736549A公布了一种立磨机金属基陶瓷复合材料磨辊的制备方法，此方法所用金属基陶瓷增强体料是由10~40%刚玉和60~90%铁粉烧结而成，高铬合金衬板与陶瓷衬板，辊套与磨辊基体之间通过钢液浇铸为一体，此方法利用烧结法制备复合层，由于陶瓷颗粒与铁粉比重相差很大，很难使陶瓷颗粒与铁粉混合均匀，并且铁水熔化后，陶瓷颗粒将漂浮在铁水表层，浇铸入模具后陶瓷颗粒的分布将极不均匀，此外烧结后的组织并没有金属完全熔化后结晶形成金属组织性能好，浇铸的钢水使辊套与磨辊基体固结为一体，使用过程中的裂纹很容易在整个磨辊中扩展。中国专利技术专利CN103418790公布了一种金属陶瓷复合耐磨制品及其制备方法，其特征为用陶瓷颗粒与金属粉末用助剂混合均匀得到混合物和金属粉末制成的金属陶瓷颗粒预制件，经过高温烧结热处理后形成的金属陶瓷复合耐磨制品，此方法利用助剂均匀混合陶瓷颗粒和金属粉末，但烧结后金属熔融后，陶瓷颗粒因其比重比金属粉末小将向上浮动，从而引起陶瓷颗粒分布不均匀，并且烧结后的组织性能相比熔炼的金属结晶形成组织较差。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种离心铸造陶瓷-金属蜂窝复合材料立磨磨辊的方法。该方法利用多个小块蜂窝多孔陶瓷预制体拼接成整体预制体，有缺陷的小块可以被更换掉，避免了整体预制体制备过程中，局部缺陷导致整个预制体不能使用的缺点，提高了成品率，降低了生产成本，本专利技术通过以下技术方案实现。一种离心铸造陶瓷-金属蜂窝复合材料立磨磨辊的方法，其具体步骤如下：步骤1、首先将陶瓷颗粒、造孔剂和粘结剂按100:0.5~10:1~20混合均匀制备得到预制体，然后将预制体填入模具制备得到带有镶嵌柱1、镶嵌孔2和砂型接触面设有凸台3的陶瓷颗粒预制体；步骤2、将步骤1得到的若干陶瓷颗粒预制体中每两两陶瓷颗粒预制体的镶嵌柱1嵌于镶嵌孔2中拼接，然后将拼接完成的陶瓷颗粒预制体固定在涂有5~40mm厚度耐火涂料的活块金属模7中，陶瓷颗粒预制体上的凸台3使陶瓷颗粒预制体与活块金属模7内表面保持5~10mm的间隙；步骤3、将步骤2中的活块金属模7整体预热至100~600℃，然后通过螺栓固定于离心铸造设备中，控制离心铸造设备每分钟100~700转，浇铸高温金属液，待温度降至800~1100℃，脱模取出磨辊，然后空冷至100℃左右，再以20~50℃/h升温，至250~500℃保温2~4小时，最后空冷至室温制得陶瓷-金属蜂窝复合材料立磨磨辊。所述步骤1中陶瓷颗粒为锆刚玉、氧化铝、氧化锆、氮化硅、碳化硅、碳化硼、碳化钛、碳化钨、硼化钛中的一种或几种任意比例混合物，粒度为0.1~4mm。所述步骤1中造孔剂为聚苯乙烯、聚乙烯、聚乙烯醇、聚甲醛、碳酰二胺中的一种或几种任意比例混合物，粒度为0.1~2mm。所述步骤1中粘结剂为硼酸、铝酸盐水泥、硅酸钠、酚醛树脂、硅溶胶中的一种或几种任意比例混合物。所述步骤2中的活块金属模7金属外壳厚度为5~20mm。所述步骤2中的耐火涂料为石英砂、锆英砂、刚玉砂、镁砂中的一种或几种任意比例混合物。所述步骤3中高温金属液为高锰钢，镍硬铸铁，高铬铸铁、球墨铸铁、石墨钢中的一种或两种任意比例混合液。本专利技术的有益效果是：1、制备出了高强度、易于铸渗的蜂窝多孔陶瓷预制体，在蜂窝多孔陶瓷预制体中加入了可挥发造孔剂，提高了铸渗复合层厚度和陶瓷颗粒的分散度，并且成本低，而且本专利技术所用粘结剂能够使预制体具有较高的强度；2、本专利技术利用多个小块蜂窝多孔陶瓷预制体拼接成整体预制体，有缺陷的小块可以被更换掉，避免了整体预制体制备过程中，局部缺陷导致整个预制体不能使用的缺点，提高了成品率，降低了生产成本；3、可以不依靠外部卡具，利用预制体自身结构特点，将多个蜂窝陶瓷预制体拼接固定成一体，蜂窝多孔陶瓷预制体侧面设有凸台，使预制体与砂型保留一定间隙，便于金属液全方位铸渗；4、解决了蜂窝多孔预制体如何整体预热的问题，进而提高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离心铸造陶瓷‑金属蜂窝复合材料立磨磨辊的方法，其特征在于具体步骤如下：步骤1、首先将陶瓷颗粒、造孔剂和粘结剂按100:0.5~10:1~20混合均匀制备得到预制体，然后将预制体通过填入模具制备得到带有镶嵌柱（1）、镶嵌孔（2）和砂型接触面设有凸台（3）的陶瓷颗粒预制体；步骤2、将步骤1得到的若干陶瓷颗粒预制体中每两两陶瓷颗粒预制体的镶嵌柱（1）嵌于镶嵌孔（2）中拼接，然后将拼接完成的陶瓷颗粒预制体固定在涂有5~40mm厚度耐火涂料的活块金属模（7）中，陶瓷颗粒预制体上的凸台（3）使陶瓷颗粒预制体与活块金属模（7）内表面保持5~10mm的间隙；步骤3、将步骤2中的活块金属模（7）整体预热至100~600℃，然后通过螺栓固定于离心铸造设备中，控制离心铸造设备每分钟100~700转，浇铸高温金属液，待温度降至800~1100℃，脱模取出磨辊，然后空冷至100℃左右，再以20~50℃/h升温，至250~500℃保温2~4小时，最后空冷至室温制得陶瓷‑金属蜂窝复合材料立磨磨辊。

【技术特征摘要】
1.一种离心铸造陶瓷-金属蜂窝复合材料立磨磨辊的方法，其特征在于具体步骤如下：步骤1、首先将陶瓷颗粒、造孔剂和粘结剂按100:0.5~10:1~20混合均匀制备得到预制体，然后将预制体通过填入模具制备得到带有镶嵌柱（1）、镶嵌孔（2）和砂型接触面设有凸台（3）的陶瓷颗粒预制体；步骤2、将步骤1得到的若干陶瓷颗粒预制体中每两两陶瓷颗粒预制体的镶嵌柱（1）嵌于镶嵌孔（2）中拼接，然后将拼接完成的陶瓷颗粒预制体固定在涂有5~40mm厚度耐火涂料的活块金属模（7）中，陶瓷颗粒预制体上的凸台（3）使陶瓷颗粒预制体与活块金属模（7）内表面保持5~10mm的间隙；步骤3、将步骤2中的活块金属模（7）整体预热至100~600℃，然后通过螺栓固定于离心铸造设备中，控制离心铸造设备每分钟100~700转，浇铸高温金属液，待温度降至800~1100℃，脱模取出磨辊，然后空冷至100℃左右，再以20~50℃/h升温，至250~500℃保温2~4小时，最后空冷至室温制得陶瓷-金属蜂窝复合材料立磨磨辊。2.根据权利要求1所述的离心铸造陶瓷-金属蜂窝复合材料立磨磨辊的方法，其特征在于：所述步骤1中陶...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋业华，温放放，刘光亮，卢德宏，李祖来，山泉，周谟金，周荣，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53