一种陶瓷金属复合耐磨材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种陶瓷金属复合耐磨材料及其制备方法，属于耐磨材料制备技术领域。本发明专利技术将废弃陶瓷，氧化铁，铝粉，镁粉球磨混合，过筛，得混合粉末；将所得混合粉末，琼脂液，氟化钠溶液，纳米铁粉超声分散，减压浓缩，得浓缩浆料；将所得浓缩浆料，高锰酸钾，粘结剂搅拌混合，得混合浆料；将铸铁高温熔融，得铸铁金属液；将所得铸铁金属液和混合浆料混合，真空高温反应，浇铸到模具中，施加垂直电场极化，降温，即得陶瓷金属复合耐磨材料。本发明专利技术提供的陶瓷金属复合耐磨材料具有优异的耐磨性能和力学性能。

A kind of ceramic metal composite wear-resistant material and its preparation method

The invention discloses a ceramic metal composite wear-resistant material and a preparation method, which belongs to the technical field of the wear resistant material preparation. In the invention, waste ceramic, iron oxide, aluminum powder, magnesium powder ball milling mixing, sieving, mixed powder; the mixed powder, agar solution, sodium fluoride, nanometer iron powder by ultrasonic dispersion, vacuum concentration, concentrated slurry; the slurry concentration, Potassium Permanganate, adhesive mixing, mixed slurry; cast iron at high temperature to melt, cast iron molten metal; the cast iron molten metal and mixed slurry mixing, vacuum high temperature reaction, casting into a mold, applying a vertical electric field polarization, cooling, the metal ceramic composite wear-resistant material. The ceramic metal composite wear-resistant material provided by the invention has excellent wear resistance and mechanical properties.

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷金属复合耐磨材料及其制备方法
本专利技术公开了一种陶瓷金属复合耐磨材料及其制备方法，属于耐磨材料制备

技术介绍
随着全球耐磨产品的快速发展，耐磨已经成为衡量机械零部件性价比高低的主要因素之一。目前金属耐磨材料有锰钢板、稀土铬钼钢、碳化钨合金耐磨焊条（焊丝）、堆焊碳化钨复合耐磨板、等离子表面处理和比特克耐磨块等。然而这些耐磨材料的工艺方法都存在缺陷，无法兼顾耐磨性、耐冲击性、平整度及可焊性等一系列特性。解决传统耐磨材料存在的缺陷，进一步获取最佳的经济效益迫在眉睫。传统金属耐磨材料经历了高锰钢、镍硬铸铁、高铬铸铁和各类耐磨合金钢3个发展阶段，三代耐磨材料各有特点，至今仍在不同的工况条件下得到广泛应用。电力、冶金、建材和化工四大主要耗煤工业的发展对煤炭的需求依然旺盛，工业制粉系统磨煤机所用耐磨件年消耗量巨大。随工业技术的进步，用户对三体磨损工况下材料的耐磨性要求越来越高。设备制造厂通过各种手段（如变质处理、表面堆焊等）不断提高了耐磨材料硬度，但材料脆性也大大增加。当前影响耐磨件寿命的主要因素并不是断裂风险的增加，而是因电煤情况普遍低于设计煤种，造成耐磨件磨损严重，缩短了检修周期，影响正常生产节奏。因此通过多种手段不断解决耐磨材料硬度和韧性相匹配的问题，不断提高耐磨性，适应工况要求，延长使用寿命一直是磨机耐磨材料发展的核心问题。陶瓷复合金属耐磨件制作技术中常用的陶瓷颗粒有WC、TiC、SiC、Al2O3、TiN、NbC和VC等，主要工艺有以下三类：①外加颗粒铸造法；②SHS铸造法原位合成颗粒；③反应铸造法原位合成颗粒。陶瓷复合金属耐磨材料在实际生产中的应用前景将十分广阔，且具有重要的经济意义和社会意义。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是：针对传统金属耐磨材料耐磨性能和力学性能不佳的问题，提供了一种陶瓷金属复合耐磨材料及其制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种陶瓷金属复合耐磨材料，是由以下重量份数的原料组成：30～40份废弃陶瓷，10～20份氧化铁，10～20份铝粉，4～6份镁粉，20～30份粘结剂，20～30份琼脂液，60～80份氟化钠溶液，5～8份纳米铁粉，8～10份高锰酸钾，120～200份铸铁；所述陶瓷金属复合耐磨材料的制备步骤为：（1）按原料组成称量各原料；（2）将废弃陶瓷，氧化铁，铝粉，镁粉球磨混合，过筛，得混合粉末；（3）将上述所得混合粉末，琼脂液，氟化钠溶液，纳米铁粉超声分散，减压浓缩，得浓缩浆料；（4）将上述所得浓缩浆料，高锰酸钾，粘结剂搅拌混合，得混合浆料；（5）将铸铁高温熔融，得铸铁金属液；（6）将上述所得铸铁金属液和混合浆料混合，真空高温反应，浇铸到模具中，施加垂直电场极化，降温，即得陶瓷金属复合耐磨材料。所述废弃陶瓷为碳化硅陶瓷，氮化硅陶瓷或氧化铝陶瓷中的任意一种。所述粘结剂的制备过程为：按重量份数计，将10～20份水，12～15份无水碳酸钠，15～20份酚醛树脂搅拌混合，得粘结剂；所述酚醛树脂为酚醛树脂2123，酚醛树脂2130或酚醛树脂2127中的任意一种。所述琼脂液得制备过程为：将琼脂与水按质量比1：50～1：100混合溶胀后，加热搅拌溶解，即得琼脂液。所述铸铁为高铬铸铁，高钨铸铁或高铝铸铁中的任意一种。步骤（6）所述真空高温反应条件为：温度为1400～1600℃，压力为0.01～0.06Pa。步骤（6）所述垂直电场强度为0.8～1.2kV/cm。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术通过添加氧化铁，铝粉，镁粉，高锰酸钾，在制备过程中，镁粉作为引发剂，促使氧化铁和铝粉发生反应，生成氧化铝和铁，首先，生成的氧化铝填充在体系中，使体系致密度得以提升，从而提升体系的耐磨性能和力学性能，其次，高锰酸钾在高温条件下分解，生成氧气和二氧化锰，在高温条件下，生成的氧气与体系中铁发生反应，生成四氧化三铁，四氧化三铁具有强磁性，提升体系内部致密度和结合强度，使得体系的耐磨性能和力学性能进一步提高；（2）本专利技术通过添加琼脂液，氟化钠溶液，纳米铁粉，在制备过程中，首先，琼脂在高温条件下炭化生成炭，其次，在高温以及氟化钠和纳米铁粉的催化作用下，生成的炭与废弃陶瓷表面的二氧化硅发生反应，生成碳化硅，生成的碳化硅覆盖于废弃陶瓷表面，一方面，生成的碳化硅，提升体系的耐磨性能和力学性能，另一方面，生成的碳化硅由于单空位和双空位的缺陷而存在带隙，使熔融的铸铁可渗透进入碳化硅中，增强碳化硅与金属基体结合界面强度，提升体系的耐磨性能和力学性能，另外，通过施加垂直电场，使得陶瓷颗粒沿电场方向被极化，而同向极化使相邻陶瓷颗粒间存在斥力，使得陶瓷颗粒均匀分散在体系中，进一步提升体系的耐磨性能和力学性能。具体实施方式按重量份数计，将10～20份水，12～15份无水碳酸钠，15～20份酚醛树脂置于1号烧杯中，并于转速为300～400r/min条件下，搅拌混合30～50min，得粘结剂；将琼脂与水按质量比1：50～1：100加入2号烧杯中，用玻璃棒搅拌混合20～30min后，静置溶胀3～4h，再将2号烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为95～100℃，转速为400～500r/min条件下，加热搅拌溶解40～50min，即得琼脂液；按重量份数计，依次取30～40份废弃陶瓷，10～20份氧化铁，10～20份铝粉，4～6份镁粉，20～30份粘结剂，20～30份琼脂液，60～80份质量分数为8～10%的氟化钠溶液，5～8份纳米铁粉，8～10份高锰酸钾，120～200份铸铁，将废弃陶瓷，氧化铁，铝粉，镁粉置于球磨机中，于转速为500～600r/min条件下，球磨混合后，过60～80目的筛，得混合粉末；将所得混合粉末全部加入超声分散仪中，再向超声分散仪中加入琼脂液，质量分数为8～10%的氟化钠溶液，纳米铁粉，于超声频率为50～65kHz条件下，超声分散30～50min，得分散液，再将分散液置于旋转蒸发仪中，于温度为80～100℃，转速为50～80r/min，压力为400～600kPa条件下，减压浓缩20～30min，得浓缩浆料；将所得浓缩浆料全部加入混料机中，随后向混料机中加入高锰酸钾，粘结剂，于转速为1000～1200r/min条件下，高速搅拌混合30～50min，得混合浆料；将铸铁置于熔炉中，于温度为1200～1300℃条件下，高温熔融至铸铁完全融化，得铸铁金属液；将所得铸铁金属液和混合浆料置于真空高温烧结炉，于温度为1400～1600℃，压力为0.01～0.06Pa条件下，真空高温反应2～3h后，得熔融反应液，并将熔融反应液浇铸到模具中，向模具施加电场强度为0.8～1.2kV/cm的垂直电场极化30～50min后，降至室温，即得陶瓷金属复合耐磨材料。所述废弃陶瓷为碳化硅陶瓷，氮化硅陶瓷或氧化铝陶瓷中的任意一种。所述酚醛树脂为酚醛树脂2123，酚醛树脂2130或酚醛树脂2127中的任意一种。所述铸铁为高铬铸铁，高钨铸铁或高铝铸铁中的任意一种。实例1按重量份数计，将20份水，15份无水碳酸钠，20份酚醛树脂置于1号烧杯中，并于转速为400r/min条件下，搅拌混合50min，得粘结剂；将琼脂与水按质量比1：100加入2号烧杯中，用玻璃棒搅拌混合30min后，静置溶胀4h，再将2号烧杯移本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷金属复合耐磨材料，其特征在于：是由以下重量份数的原料组成：30～40份废弃陶瓷，10～20份氧化铁，10～20份铝粉，4～6份镁粉，20～30份粘结剂，20～30份琼脂液，60～80份氟化钠溶液，5～8份纳米铁粉，8～10份高锰酸钾，120～200份铸铁；所述陶瓷金属复合耐磨材料的制备步骤为：（1）按原料组成称量各原料；（2）将废弃陶瓷，氧化铁，铝粉，镁粉球磨混合，过筛，得混合粉末；（3）将上述所得混合粉末，琼脂液，氟化钠溶液，纳米铁粉超声分散，减压浓缩，得浓缩浆料；（4）将上述所得浓缩浆料，高锰酸钾，粘结剂搅拌混合，得混合浆料；（5）将铸铁高温熔融，得铸铁金属液；（6）将上述所得铸铁金属液和混合浆料混合，真空高温反应，浇铸到模具中，施加垂直电场极化，降温，即得陶瓷金属复合耐磨材料。

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷金属复合耐磨材料，其特征在于：是由以下重量份数的原料组成：30～40份废弃陶瓷，10～20份氧化铁，10～20份铝粉，4～6份镁粉，20～30份粘结剂，20～30份琼脂液，60～80份氟化钠溶液，5～8份纳米铁粉，8～10份高锰酸钾，120～200份铸铁；所述陶瓷金属复合耐磨材料的制备步骤为：（1）按原料组成称量各原料；（2）将废弃陶瓷，氧化铁，铝粉，镁粉球磨混合，过筛，得混合粉末；（3）将上述所得混合粉末，琼脂液，氟化钠溶液，纳米铁粉超声分散，减压浓缩，得浓缩浆料；（4）将上述所得浓缩浆料，高锰酸钾，粘结剂搅拌混合，得混合浆料；（5）将铸铁高温熔融，得铸铁金属液；（6）将上述所得铸铁金属液和混合浆料混合，真空高温反应，浇铸到模具中，施加垂直电场极化，降温，即得陶瓷金属复合耐磨材料。2.根据权利要求1所述一种陶瓷金属复合耐磨材料，其特征在于：所述废弃陶瓷为碳化硅陶瓷，氮化硅陶瓷或氧化铝陶瓷...

【专利技术属性】
技术研发人员：周夕和，殷小祥，张琳，
申请(专利权)人：周夕和，
类型：发明
国别省市：江苏,32