一种表面处理ZTA颗粒增强钢铁基复合磨辊的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种表面处理ZTA颗粒增强钢铁基复合磨辊的制备方法，将ZTA颗粒的表面微粗糙化；提高镀Cr时ZTA颗粒附着点提高镀覆效率，采用多弧离子镀的方法使ZTA颗粒表面金属化改性；随后加入自制粘结剂定型，烘干处理获得具有蜂窝状结构的预制体，随后对蜂窝状预制体进行热处理提高其结合强度；放入砂箱中浇铸金属液，冷却后得到具有较高耐磨性的磨辊。本发明专利技术通过物理气相沉积镀覆Cr元素可改善ZTA颗粒和金属间的结合方式，使界面结合由简单机械结合转化为冶金结合，具有较高的结合和冲击强度。采用本发明专利技术技术制备的耐磨复合材料既具有高的抗冲击磨损性能，又保证了在苛刻工况下的服役安全性。

A preparation method of surface treatment ZTA particle reinforced steel base composite grinding roller

【技术实现步骤摘要】
一种表面处理ZTA颗粒增强钢铁基复合磨辊的制备方法
本专利技术属于耐磨材料制备
，具体涉及一种表面处理ZTA颗粒增强钢铁基复合磨辊的制备方法。
技术介绍
大型磨辊是矿山、冶金、水泥、电力等行业对矿物和建筑材料等物料进行破碎所必需的设备，而磨辊是这些设备中消耗最大的磨损件。仅水泥、电力工业，我国每年大型磨辊的消耗量高达80万吨，造成的经济损失在160亿元以上。目前，国产大型磨辊由于性能稳定性和抗磨性差，使用寿命短，成为制约物料粉碎效率的关键因素，因而国内大部分大型磨辊仍采用国外进口产品。通常在一定范围内，材料硬度越高，则耐磨性越好，但材料硬度提高的同时，伴随着其脆性的增加，断裂的危险性也越来越大，因而专利技术一种既有高耐磨性又兼备高韧性的材料成为获得磨辊与磨盘的有效途径。针对这一情况，单一材料制备的磨辊已很难满足这一要求，新型高性能复合材料磨辊成为新一代磨辊的主要发展方向但是由于金属冶金学的限制，单一金属材料的性能提高是有限的。采用整体合金化的材料其耐磨性虽然有所提高，但其韧性也同时大幅降低，降低了在冲击场合部件的服役安全性和耐磨性。因此，需要通过构建新型耐磨材料理论和优化制备工艺以期解决单一材料难以满足的相互矛盾。陶瓷颗粒增强钢复合材料因引入增强相，表现出优异的抗磨性能，高铬铸铁基体提供了较好的韧性兼具高强度，陶瓷材料高硬度、高耐磨优点，工况下具有良好的使用性能。选择具有较高硬度的ZTA颗粒作为的增强相，通过铸渗的方式进行冶金熔炼，从而获得具有高抗冲击性、高耐磨性的新型耐磨材料。复合材料的界面问题(界面优化设计以及界面对性能的影响)一直以来是制约金属基复合材料发展的关键因素,界面结合是金属基复合材料中重要组成部分，界面的性能直接影响了耐磨件的性能，所以，改善界面结合的方式迫在眉睫。由于ZTA颗粒与铁基之间结合性较差，通过铸渗法制备的高铬铸铁与ZTA之间为简单的机械结合，结合强度较低，严重影响了耐磨件在苛刻的实际工况下规模化应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种表面处理ZTA颗粒增强钢铁基复合磨辊的制备方法，制备的耐磨复合材料既具有高的抗冲击磨损性能，又保证了在苛刻工况下的服役安全性。本专利技术采用以下技术方案：一种表面处理ZTA颗粒增强钢铁基复合磨辊的制备方法，包括以下步骤：S1、将ZTA颗粒在丙酮中浸泡，酸洗，随后通过超声波将丙酮清洗，去离子水冲洗，烘干；S2、将烘干后ZTA与SiO2颗粒放入球磨机进行低速球磨处理，使ZTA颗粒表面微粗糙化，过滤ZTA颗粒并用酒精清洗；S3、采用多弧离子镀的方法在ZTA颗粒表面镀覆金属铬，采用电弧放电的方法，把铬靶作为阴极，通过控制镀覆时电压电流以及占空比使电离形成的Cr离子沉积在ZTA颗粒表面，使其表面金属化，Cr层的厚度为9.6～19.7μm；S4、将预镀覆Cr层的ZTA颗粒放入酒精中超声清洗，随后将ZTA颗粒与微米级Cr粉颗粒进行均匀混合，随后将其与粘结剂进行混合，经真空烘干形成具有蜂窝状结构的预制体；S5、将预制体在低温热处理炉中加热处理，随后随炉冷却，增强ZTA颗粒之间的结合强度；S6、将蜂窝状的预制体放入砂箱中并用钉子固定，采用传统的铸渗法浇铸金属液，冷却后可得到具有较高耐磨性的磨辊。具体的，步骤S1中，浸泡时间为15～30min，清洗时间为8～20min，球磨处理速度为60～180r/min。具体的，步骤S2中，SiO2的粒径为4.7～5.5mm，球磨处理时间为10～40min。进一步的，步骤S2中，用10～50目的筛子过滤ZTA颗粒。具体的，步骤S3中，沉积室的真空度为7.0×10-3～1.0×10-2Pa，温度为200～350℃，基体的温度为40～80℃，多弧离子镀的偏压为100～130V，占空比为50％～75％、电流为50～70A，镀覆时间为30～120min。进一步的，选择氩气为预抽和镀覆时的保护气体，在沉积室中通过转盘不停转动使ZTA颗粒均匀镀覆，转盘转速为10～20r/min。具体的，步骤S4中，超声清洗时间为15～30min，烘干温度为80～120℃。具体的，步骤S4中，粘结剂由硼酸和SiO2粉末按1：(8～8.5)的质量比混合制成。具体的，步骤S5中，以6～10℃/min的升温速率加热至100～300℃，保温0.5～2h。具体的，步骤S6中，金属液为高铬铸铁，浇铸温度为1550～1700℃。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种表面处理ZTA颗粒增强钢铁基复合磨辊的制备方法，通过物理气相沉积(PVD)多弧离子镀处理对ZTA颗粒表面镀铬，由于铬与铁基体无限固溶解决了界面结合这一难题，ZTA陶瓷颗粒表面形成冶金结合，增强了铬层和ZTA陶瓷颗粒之间的界面结合性，且镀覆效率高沉积速度快；多弧离子镀处理后的ZTA陶瓷颗粒与细小Cr粉颗粒均匀混合，增加了界面过渡层的厚度，增强了ZTA与基体之间界面的结合强度。进一步的，将ZTA颗粒在丙酮中浸泡，酸洗，随后通过超声波将丙酮清洗，去离子水冲洗，烘干，除去ZTA表面的污染物并使其干燥。进一步的，将烘干后ZTA与SiO2小颗粒放入球磨机进行低速球磨处理，使ZTA颗粒表面微粗糙化，过滤ZTA颗粒并用酒精清洗，有利于Cr离子的沉积，提高镀覆效率。进一步的，采用多弧离子镀的方法在ZTA颗粒表面镀覆金属铬，采用电弧放电的方法，把铬靶作为阴极，通过控制镀覆时电压电流以及占空比使电离形成的Cr离子沉积在ZTA颗粒表面，使其表面金属化，有利于浇筑过程中金属液的浸入。进一步的，将预镀覆Cr层的ZTA颗粒放入酒精中超声清洗，随后将ZTA颗粒与微米级Cr粉颗粒进行均匀混合，随后将其与自制粘结剂进行混合，经真空烘干形成具有蜂窝状结构的预制体，提高了镀覆层的厚度和结合强度，在后续工况中的服役效果更好。进一步的，将预制体在低温热处理炉中加热处理，随后随炉冷却，增强ZTA颗粒之间的结合强度。进一步的，将蜂窝状的预制体放入砂箱中并用钉子固定可有效防止ZTA颗粒被金属液冲离。采用传统的铸渗法浇铸金属液，冷却后可得到具有较高耐磨性的磨辊。综上所述，本专利技术通过物理气相沉积(PVD)镀覆Cr元素可改善ZTA颗粒和金属间的结合方式，使界面结合由简单机械结合转化为冶金结合，具有较高的结合和冲击强度。采用本专利技术技术制备的耐磨复合材料既具有高的抗冲击磨损性能，又保证了在苛刻工况下的服役安全性。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术实施例1采用多弧离子镀对ZTA颗粒表面处理示意图；图2为本专利技术例1采用多弧离子镀对ZTA颗粒表面镀Cr的微观结构示意图，其中，(a)为截面，(b)为剖面；图3为本专利技术例1中镀覆完成后浇筑复合材料磨辊切割后的宏观示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种表面处理ZTA颗粒增强本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面处理ZTA颗粒增强钢铁基复合磨辊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、将ZTA颗粒在丙酮中浸泡，酸洗，随后通过超声波将丙酮清洗，去离子水冲洗，烘干；/nS2、将烘干后ZTA与SiO

【技术特征摘要】
1.一种表面处理ZTA颗粒增强钢铁基复合磨辊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将ZTA颗粒在丙酮中浸泡，酸洗，随后通过超声波将丙酮清洗，去离子水冲洗，烘干；
S2、将烘干后ZTA与SiO2颗粒放入球磨机进行低速球磨处理，使ZTA颗粒表面微粗糙化，过滤ZTA颗粒并用酒精清洗；
S3、采用多弧离子镀的方法在ZTA颗粒表面镀覆金属铬，采用电弧放电的方法，把铬靶作为阴极，通过控制镀覆时电压电流以及占空比使电离形成的Cr离子沉积在ZTA颗粒表面，使其表面金属化，Cr层的厚度为9.6～19.7μm；
S4、将预镀覆Cr层的ZTA颗粒放入酒精中超声清洗，随后将ZTA颗粒与微米级Cr粉颗粒进行均匀混合，随后将其与粘结剂进行混合，经真空烘干形成具有蜂窝状结构的预制体；
S5、将预制体在低温热处理炉中加热处理，随后随炉冷却，增强ZTA颗粒之间的结合强度；
S6、将蜂窝状的预制体放入砂箱中并用钉子固定，采用传统的铸渗法浇铸金属液，冷却后可得到具有较高耐磨性的磨辊。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，浸泡时间为15～30min，清洗时间为8～20min，球磨处理速度为60～180r/min。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，SiO2的粒径为4.7～5.5mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：高义民，亦雨奇，李烨飞，李聪，李博，郑巧玲，
申请(专利权)人：西安交通大学，广西长城机械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61