一种耐磨铁基表面复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及抗磨材料制备技术领域，具体涉及一种耐磨铁基表面复合材料的制备方法。本发明专利技术首先利用甘蔗浓缩液和硅酸钠混合，在酸的作用下反应，经高温炭化、烧结，最终制得碳化硅晶须，接着利用多巴胺溶液浸泡碳化硅晶须，在碳化硅晶须表面形成聚多巴胺膜层，并利用聚多巴胺膜层将铁离子螯合吸附在碳化硅晶须表面，再将铁离子部分还原成单质铁，从而得到表面附有铁单质的碳化硅晶须，在高温下，铁水和碳化硅表面的铁单质具有无限相容性，因此润湿性得到显著提高，另外由硅酸钠和盐酸反应生成的凝胶状原硅酸，既可起到粘结碳化硅晶须和铁粉的作用，又能够在高温下产生纳米二氧化硅颗粒填充在材料内部，提高了材料的耐磨性，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨铁基表面复合材料的制备方法
本专利技术涉及抗磨材料制备
，具体涉及一种耐磨铁基表面复合材料的制备方法。
技术介绍
高铬铸铁具有很高的硬度和一定的韧性，在矿山、冶金、建材和化工等行业中得到广泛应用。然而，高铬铸铁在磨煤机衬板等产品上应用时还存在磨损速度快、更换周期短等问题。开发高耐磨铁基表面复合材料是弥补上述不足的重要途径之一。铁基表面复合材料，通常采用表面铸渗复合技术，在普通碳钢、灰铸铁或球墨铸铁件表面生成3～10mm厚的复合材料耐磨层，在保持整个铸件成分和组织不变的条件下，在需要特殊耐磨的部位或局部表面生成一定厚度的特别耐磨的复合层。这样，铸件不仅保持了较高的强度和韧性，而且能满足特殊的耐磨要求，其耐磨性远超高铬铸铁。在铁基表面复合材料中，要求铁基材料与陶瓷界面牢固结合，这就要求铁水或钢水与陶瓷之间是完全润湿的，而铁水一般与陶瓷的润湿性差，因此目前常用的无压/负压浸渗方法不能适用于制备陶瓷/铁基复合材料。因此，专利技术一种具有磨损速度慢，耐磨性好的新型铁基表面负荷材料对抗磨材料制备
具有积极的意义。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题，针对目前传统的铁基表面材料耐磨性差，而耐磨性陶瓷添加料和铁水之间润湿性差，导致无法有效提高耐磨性能的缺陷，提供了一种耐磨铁基表面复合材料的制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种耐磨铁基表面复合材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）称取甘蔗切成小段并压榨，过滤去除滤渣得到滤液，将得到的滤液旋蒸浓缩，得到浓缩液；（2）将硅酸钠粉末和上述浓缩液混合并搅拌后，得到混合液，用浓硫酸调节混合液pH至5.0～5.5，继续搅拌反应，得到凝胶状产物；（3）将上述凝胶状产物放入烘箱，干燥，得到干燥凝胶，再将干燥凝胶放入管式电阻炉中，在氩气保护下加热升温，保温处理后，再升温，继续保温处理，冷却后转入马弗炉中，煅烧，出料后用氢氟酸浸泡，取出，得到自制碳化硅晶须；（4）将上述自制碳化硅晶须用多巴胺溶液浸泡，得到预处理碳化硅晶须，将预处理碳化硅晶须和氯化铁溶液混合，超声振荡处理，过滤得到振荡滤渣；（5）将上述振荡滤渣和葡萄糖、硼氢化钠以及水混合后用微波分散仪分散处理，处理结束后过滤，分离得到分散滤渣；（6）将硅酸钠溶液和盐酸混合，搅拌反应，反应结束后转入真空浓缩罐中，减压浓缩得到浓缩产物；（7）按重量份数计，称取60～70份铁粉、20～25份分散滤渣和5～10份上述浓缩产物依次装入混料机中混料20～30min，得到坯料，将坯料倒入熔炼炉中，加热升温至1500～1600℃，得到熔融物，将熔融物浇注在模具中，待其自然冷却固化后脱模，即得耐磨铁基表面复合材料。步骤（1）中所述的旋蒸浓缩的温度为70～80℃，旋蒸浓缩的时间为20～30min。步骤（2）中所述的硅酸钠粉末和浓缩液的质量比为1:10，浓硫酸的质量分数为90%。步骤（3）中所述的加热升温的温度为900～1000℃，保温处理时间为30～40min，再升温的温度为1300～1400℃，继续保温处理时间为3～5h，煅烧温度为700～800℃，煅烧时间为3～5h，氢氟酸的质量分数为10%，浸泡时间为20～24h。步骤（4）中所述的多巴胺溶液的质量浓度为3g/L，浸泡时间为2～4h，超声振荡处理的频率为30～40kHz，超声振荡处理的时间为30～40min。步骤（5）中所述的振荡滤渣和葡萄糖、硼氢化钠以及水的质量比为10:5:1:50，微波分散功率为200～300W，微波分散时间为5～8h。步骤（6）中所述的硅酸钠溶液和盐酸的质量比为10:1，硅酸钠溶液的质量分数为30%，盐酸的浓度为1mol/L，减压浓缩的压力为1000～1200Pa，减压浓缩的时间为30～40min。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术首先利用富含蔗糖的甘蔗浓缩液和硅酸钠混合，在酸的作用下反应，经高温炭化、烧结，最终制得碳化硅晶须，接着利用多巴胺溶液浸泡碳化硅晶须，利用多巴胺在水中溶解氧的作用下发生氧化自交联反应，在碳化硅晶须表面形成一层致密的聚多巴胺膜层，并利用聚多巴胺膜层的初期螯合性将氯化铁溶液中的铁离子螯合吸附在碳化硅晶须表面，最终通过还原性的葡萄糖和硼氢化钾将铁离子部分还原成单质铁，从而得到表面附有铁单质的碳化硅晶须，在高温下，铁水和碳化硅表面的铁单质具有无限相容性，因此润湿性得到显著提高，其中碳化硅陶瓷具有极佳的耐磨性，用其作为填料可以显著改善铁基表面材料的耐磨性，另外由硅酸钠和盐酸反应生成的凝胶状原硅酸，既可起到粘结碳化硅晶须和铁粉的作用，又能够在高温烧结过程中产生纳米二氧化硅颗粒填充在铁基表面负荷材料内部，进一步提高了材料的耐磨性，具有广阔的应用前景。具体实施方式称取甘蔗切成长度为2～4cm的小段并放入压榨机中压榨20～30min，过滤去除滤渣得到滤液，将得到的滤液放入旋转蒸发仪中，在70～80℃下旋蒸浓缩20～30min，得到浓缩液；按质量比为1:10将硅酸钠粉末和浓缩液混合并搅拌10～15min后，得到混合液，用质量分数为90%的浓硫酸调节混合液pH至5.0～5.5，继续搅拌反应20～30min，得到凝胶状产物；将凝胶状产物放入烘箱，在105～110℃下干燥1～2h，得到干燥凝胶，再将干燥凝胶放入管式电阻炉中，在氩气保护下加热升温至900～1000℃，保温处理30～40min后，再升温至1300～1400℃，继续保温处理3～5h，冷却后转入马弗炉中，在700～800℃下煅烧3～5h，出料后用质量分数为10%氢氟酸浸泡20～24h，取出，得到自制碳化硅晶须；将自制碳化硅晶须用质量浓度为3g/L多巴胺溶液浸泡2～4h，得到预处理碳化硅晶须，将预处理碳化硅晶须和质量分数为30%氯化铁溶液混合，放入超声振荡仪，以30～40kHz的频率超声振荡处理30～40min，过滤得到振荡滤渣；将上述振荡滤渣和葡萄糖、硼氢化钠以及水按质量比为10:5:1:50混合后用微波分散仪以200～300W的功率分散处理5～8h，处理结束后过滤，分离得到分散滤渣；将质量分数为30%硅酸钠溶液和浓度为1mol/L盐酸按质量比为10:1混合，用磁力搅拌器以200～300r/min转速搅拌反应1～2h，反应结束后转入真空浓缩罐中，降低罐内压力至1000～1200Pa，减压浓缩30～40min得到浓缩产物；按重量份数计，称取60～70份铁粉、20～25份分散滤渣和5～10份浓缩产物依次装入混料机中混料20～30min，得到坯料，将坯料倒入熔炼炉中，加热升温至1500～1600℃，得到熔融物，将熔融物浇注在模具中，待其自然冷却固化后脱模，即得耐磨铁基表面复合材料。实例1称取甘蔗切成长度为2cm的小段并放入压榨机中压榨20min，过滤去除滤渣得到滤液，将得到的滤液放入旋转蒸发仪中，在70℃下旋蒸浓缩20min，得到浓缩液；按质量比为1:10将硅酸钠粉末和浓缩液混合并搅拌10min后，得到混合液，用质量分数为90%的浓硫酸调节混合液pH至5.0，继续搅拌反应20min，得到凝胶状产物；将凝胶状产物放入烘箱，在105℃下干燥1h，得到干燥凝胶，再将干燥凝胶放入管式电阻炉中，在氩气保护下加热升温至900℃，保温处理30min后，再升温至1300℃，继续保温处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐磨铁基表面复合材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）称取甘蔗切成小段并压榨，过滤去除滤渣得到滤液，将得到的滤液旋蒸浓缩，得到浓缩液；（2）将硅酸钠粉末和上述浓缩液混合并搅拌后，得到混合液，用浓硫酸调节混合液pH至5.0～5.5，继续搅拌反应，得到凝胶状产物；（3）将上述凝胶状产物放入烘箱，干燥，得到干燥凝胶，再将干燥凝胶放入管式电阻炉中，在氩气保护下加热升温，保温处理后，再升温，继续保温处理，冷却后转入马弗炉中，煅烧，出料后用氢氟酸浸泡，取出，得到自制碳化硅晶须；（4）将上述自制碳化硅晶须用多巴胺溶液浸泡，得到预处理碳化硅晶须，将预处理碳化硅晶须和氯化铁溶液混合，超声振荡处理，过滤得到振荡滤渣；（5）将上述振荡滤渣和葡萄糖、硼氢化钠以及水混合后用微波分散仪分散处理，处理结束后过滤，分离得到分散滤渣；（6）将硅酸钠溶液和盐酸混合，搅拌反应，反应结束后转入真空浓缩罐中，减压浓缩得到浓缩产物；（7）按重量份数计，称取60～70份铁粉、20～25份分散滤渣和5～10份上述浓缩产物依次装入混料机中混料20～30min，得到坯料，将坯料倒入熔炼炉中，加热升温至1500～1600℃，得到熔融物，将熔融物浇注在模具中，待其自然冷却固化后脱模，即得耐磨铁基表面复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种耐磨铁基表面复合材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）称取甘蔗切成小段并压榨，过滤去除滤渣得到滤液，将得到的滤液旋蒸浓缩，得到浓缩液；（2）将硅酸钠粉末和上述浓缩液混合并搅拌后，得到混合液，用浓硫酸调节混合液pH至5.0～5.5，继续搅拌反应，得到凝胶状产物；（3）将上述凝胶状产物放入烘箱，干燥，得到干燥凝胶，再将干燥凝胶放入管式电阻炉中，在氩气保护下加热升温，保温处理后，再升温，继续保温处理，冷却后转入马弗炉中，煅烧，出料后用氢氟酸浸泡，取出，得到自制碳化硅晶须；（4）将上述自制碳化硅晶须用多巴胺溶液浸泡，得到预处理碳化硅晶须，将预处理碳化硅晶须和氯化铁溶液混合，超声振荡处理，过滤得到振荡滤渣；（5）将上述振荡滤渣和葡萄糖、硼氢化钠以及水混合后用微波分散仪分散处理，处理结束后过滤，分离得到分散滤渣；（6）将硅酸钠溶液和盐酸混合，搅拌反应，反应结束后转入真空浓缩罐中，减压浓缩得到浓缩产物；（7）按重量份数计，称取60～70份铁粉、20～25份分散滤渣和5～10份上述浓缩产物依次装入混料机中混料20～30min，得到坯料，将坯料倒入熔炼炉中，加热升温至1500～1600℃，得到熔融物，将熔融物浇注在模具中，待其自然冷却固化后脱模，即得耐磨铁基表面复合材料。2.根据权利要求1所述的一种耐磨铁基表面复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的旋蒸浓缩的温度为70...

【专利技术属性】
技术研发人员：恽玉新，林茂兰，
申请(专利权)人：常州西夏墅东方工具有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32