一种蜂窝状陶瓷-金属复合材料立磨磨辊制备方法技术

本发明专利技术涉及一种蜂窝状陶瓷-金属复合材料立磨磨辊制备方法，属于金属基复合材料技术领域。首先制备蜂窝多孔陶瓷预制体，然后将蜂窝多孔陶瓷预制体制备蜂窝状陶瓷-金属复合材料耐磨镶块该蜂窝状陶瓷-金属复合材料耐磨镶块带有间隙肋、镶嵌孔、镶嵌柱；将蜂窝状陶瓷-金属复合材料耐磨镶块进行热处理，然后在镶嵌孔、镶嵌柱上外表面涂耐火涂料，将两两耐磨镶块镶嵌柱嵌入镶嵌孔中使耐磨镶块牢固拼接一起；放入立磨磨辊砂型中，然后浇铸熔炼好的韧性金属液，完全凝固后形成复合材料立磨磨辊，复合材料立磨磨辊进行整体热处理制备得到蜂窝状陶瓷-金属复合材料立磨磨辊。本发明专利技术耐磨复合镶块不需外部卡具，只需将镶嵌柱嵌入镶嵌孔中，便可牢固拼接。

【技术实现步骤摘要】
一种蜂窝状陶瓷-金属复合材料立磨磨辊制备方法
本专利技术涉及一种蜂窝状陶瓷-金属复合材料立磨磨辊制备方法，属于金属基复合材料

技术介绍
蜂窝状陶瓷-金属复合材料作为一种新型耐磨复合材料，在现代工业生产应用中表现出优异的性能，正在逐步替代传统的金属耐磨材料，如高锰钢，高铬铸铁等。适用于水泥、矿山、冶金、电站或各种类似的行业，目前蜂窝状陶瓷-金属复合材料主要应用于复合材料磨辊，磨盘，衬板等产品，并且这些产品需要通过合理的热处理工艺获取良好的综合性能，要求产品兼具较高的耐磨性和韧性。蜂窝状陶瓷-金属复合材料磨辊成分复杂，陶瓷颗粒增强复合区、耐磨镶块金属基体和韧性金属升温和冷却过程中膨胀系数、热导率变化差异很大,现有产品大多采用对陶瓷层整体铸渗，磨辊本体韧性金属与耐磨增强区冶金结合方式，降低成品率并且增加了磨辊开裂的倾向。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，然后浇铸金属液整体复合，此方法制造出的辊套因为高硬度陶瓷颗粒形成的耐磨复合区而使耐磨性得到很大提升，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，但此方法存在以下缺点，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。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，但此方法存在以下缺点，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，此外烧结后的组织与金属完全熔化后结晶形成金属组织相比很差，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。中国技术专利CN202570267U公开了一种抗磨损的磨辊，磨辊由辊套和辊芯组成，棍套上的工作面由基材金属和硬质陶瓷颗粒块排布成规则网状，硬质陶瓷颗粒块与基材金属形成良好的冶金过渡结合，界面结合牢固，但此方法存在以下缺点，此种方法对陶瓷颗粒块强度要求高，由于陶瓷颗粒与金属形成冶金结合，结合面不能缓冲磨辊使用中产生的应力，容易产生裂纹并且利于裂纹的扩展，且整体铸渗工艺成品率低，有缺陷部位将使整体辊套不能使用。中国技术专利CN202845108U公开了一种立式磨机高耐磨复合磨辊、磨盘，磨辊、磨盘的工作面上镶嵌有直径5~30mm的硬质合金棒。各个合金棒圆心之间的距离在10~50mm之间，相邻两排合金交错排布，但硬质合金棒成本高，增加了磨辊磨盘的制造成本。中国专利技术专利CN103386476A公布了一种复合双金属立式磨辊及其制作工艺，其制作工艺包含以下步骤：用水玻璃砂制造铸件砂型，型腔上涂刷锆英粉醇基涂料，合箱后备用，熔炼高铬铸铁和球墨铸铁；将高铬铸铁熔液定量的浇铸到铸件砂型中，浇铸温度为1350~1370℃，浇进1/3后的高铬铸铁铁水后，向高铬铸铁铁水表面撒上防氧化剂；冷却20~30分钟，砂型内铁水温度达到1300~1330℃时，再浇注球铁铁水，铁水浇注温度为1360~1380℃；铸件清理后热处理，首先将复合双金属铸件进行退火软化处理，降低硬度值HRC40~42，再进行机械加工，然后以50~60℃/h温升对铸件进行热处理。但是离心铸造工艺复杂，热处理过程中，高铬铸铁和球墨铸铁热导率及膨胀系数相差很大，仅靠冶金结合的界面很容易产生缺陷，磨辊容易产生脆断和脱层现象。综上所述，当前制备蜂窝状陶瓷-金属复合材料立磨磨辊有以下难点需要解决：1、提高预制体的强度、孔隙率及成品率；2、避免铸造或热处理过程中磨辊裂纹的萌生、扩展。
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蜂窝状陶瓷-金属复合材料立磨磨辊制备方法。本专利技术耐磨复合镶块不需外部卡具，只需将镶嵌柱嵌入镶嵌孔中，耐磨复合镶块便可牢固拼接在一起，同时通过合理控制升温和冷却速度，设置保温台阶和控制保温时间，有效提高了磨辊使用性能和寿命，本专利技术通过以下技术方案实现。一种蜂窝状陶瓷-金属复合材料立磨磨辊制备方法，其具体步骤如下：步骤1、制备蜂窝多孔陶瓷预制体：首先将陶瓷颗粒、造孔剂与粘结剂按100:0.5~10:1~20混合均匀加入模具中制备得到蜂窝多孔预制体，然后升温将蜂窝多孔陶瓷预制体中的造孔剂发挥得到蜂窝多孔陶瓷预制体；步骤2、将步骤1中的蜂窝多孔陶瓷预制体制备蜂窝状陶瓷-金属复合材料耐磨镶块：步骤1中的若干蜂窝多孔陶瓷预制体拼接固定在铸型腔特定位置，然后将刚出炉的高硬度合金熔液浇铸在蜂窝多孔陶瓷预制体上，完全凝固后形成带有间隙肋5、镶嵌孔6、镶嵌柱7结构的蜂窝状陶瓷-金属复合材料耐磨镶块；步骤3、步骤2中的蜂窝状陶瓷-金属复合材料耐磨镶块进行热处理；步骤4、将步骤3中已进行热处理的蜂窝状陶瓷-金属复合材料耐磨镶块外表面涂一层厚度为0.01~2mm的耐火涂料，将两两耐磨镶块镶嵌柱7嵌入镶嵌孔6中使耐磨镶块牢固拼接一起，间隙肋5使两两拼接的耐磨镶块间保留5~30mm的间隙；步骤5、将步骤4中拼接的耐磨镶块装入带有5~40mm厚度耐火涂层的活块金属模，整体预热到400~800℃后放入立磨磨辊砂型中，然后浇铸熔炼好的韧性金属液，完全凝固后形成复合材料立磨磨辊，复合材料立磨磨辊进行整体热处理制备得到蜂窝状陶瓷-金属复合材料立磨磨辊。所述步骤1中的陶瓷颗粒为锆刚玉、氧化铝、氧化锆、氮化硅、碳化硅、碳化硼、碳化钛、硼化钛、碳化钨中的一种或几种任意比例混合物，粒度为0.1~3.3mm。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、硅溶胶等一种或几种任意比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蜂窝状陶瓷‑金属复合材料立磨磨辊制备方法，其特征在于具体步骤如下：步骤1、制备蜂窝多孔陶瓷预制体：首先将陶瓷颗粒、造孔剂与粘结剂按100:0.5~10:1~20混合均匀加入模具中制备得到蜂窝多孔预制体，然后升温将蜂窝多孔陶瓷预制体中的造孔剂发挥得到蜂窝多孔陶瓷预制体；步骤2、将步骤1中的蜂窝多孔陶瓷预制体制备蜂窝状陶瓷‑金属复合材料耐磨镶块：步骤1中的若干蜂窝多孔陶瓷预制体拼接固定在铸型腔特定位置，然后将刚出炉的高硬度合金熔液浇铸在蜂窝多孔陶瓷预制体上，完全凝固后形成带有间隙肋（5）、镶嵌孔（6）、镶嵌柱（7）结构的蜂窝状陶瓷‑金属复合材料耐磨镶块；步骤3、步骤2中的蜂窝状陶瓷‑金属复合材料耐磨镶块进行热处理；步骤4、将步骤3中已进行热处理的蜂窝状陶瓷‑金属复合材料耐磨镶块外表面涂一层厚度为0.01~2mm的耐火涂料，将两两耐磨镶块镶嵌柱（7）嵌入镶嵌孔（6）中使耐磨镶块牢固拼接一起，间隙肋（5）使两两拼接的耐磨镶块间保留5~30mm的间隙；步骤5、将步骤4中拼接的耐磨镶块装入带有5~40mm厚度耐火涂层的活块金属模，整体预热到400~800℃后放入立磨磨辊砂型中，然后浇铸熔炼好的韧性金属液，完全凝固后形成复合材料立磨磨辊，复合材料立磨磨辊进行整体热处理制备得到蜂窝状陶瓷‑金属复合材料立磨磨辊。...

【技术特征摘要】
1.一种蜂窝状陶瓷-金属复合材料立磨磨辊制备方法，其特征在于具体步骤如下：步骤1、制备蜂窝多孔陶瓷预制体：首先将陶瓷颗粒、造孔剂与粘结剂按100:0.5~10:1~20混合均匀加入模具中制备得到蜂窝多孔预制体，然后升温将蜂窝多孔陶瓷预制体中的造孔剂发挥得到蜂窝多孔陶瓷预制体；步骤2、将步骤1中的蜂窝多孔陶瓷预制体制备蜂窝状陶瓷-金属复合材料耐磨镶块：步骤1中的若干蜂窝多孔陶瓷预制体拼接固定在铸型腔特定位置，然后将刚出炉的高硬度合金熔液浇铸在蜂窝多孔陶瓷预制体上，完全凝固后形成带有间隙肋（5）、镶嵌孔（6）、镶嵌柱（7）结构的蜂窝状陶瓷-金属复合材料耐磨镶块；步骤3、步骤2中的蜂窝状陶瓷-金属复合材料耐磨镶块进行热处理；步骤4、将步骤3中已进行热处理的蜂窝状陶瓷-金属复合材料耐磨镶块外表面涂一层厚度为0.01~2mm的耐火涂料，将两两耐磨镶块镶嵌柱（7）嵌入镶嵌孔（6）中使耐磨镶块牢固拼接一起，间隙肋（5）使两两拼接的耐磨镶块间保留5~30mm的间隙；步骤5、将步骤4中拼接的耐磨镶块装入带有5~40mm厚度耐火涂层的活块金属模，整体预热到400~800℃后放入立磨磨辊砂型中，然后浇铸熔炼好的韧性金属液，完全凝固后形成复合材料立磨磨辊，复合材料立磨磨辊进行整体热处理制备得到蜂窝状陶瓷-金属复合材料立磨磨辊；所述步骤3中蜂窝状陶瓷-金属复合材料耐磨镶块热处理过程为：将蜂窝状陶瓷-金属复合材料耐磨镶块依次进行下列处理：a、首先退火处理：以40~50℃/h升温加热至250℃保温2h，然后炉冷至室温；b、其次淬火处理：经退火处理后，继续以40~50℃/h升温加热至550~600℃保温0.5h；然后以30~40℃/h升温加热至650~750℃，保温1h；再以20~30℃/h升温加热850~900℃，保温1h；然后以30~45℃/h升温加热至1000~1050℃，保温2~4h；出炉空冷至室温或随炉冷至800~900℃最后强制风冷至室温；c、再次深冷处理：经淬火处理后，再用干冰和甲醇混合物在-80℃进行深冷处理1~3h，深冷处理次数为2~3次；d、最后回火处理：经深冷处理后立即进行回火处理，以40~50℃/h升温加热至250~450℃，...

【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