一种挤压辊的制备方法技术

本发明专利技术属于复合材料制备技术领域，公开了一种挤压辊的制备方法，包括：将陶瓷颗粒与金属粉按按体积比3:1‑5，加入到混粉设备中充分混合；在混合粉体中按质量比3％‑8％加入粘接剂，搅拌均匀后加入到柱钉预制体成型模具中，通过加热固化得到成型柱钉陶瓷预制体；将得到的柱钉陶瓷预制体固定到压铸模具中并预热，浇铸高温金属液，设置一定大小的压力和压铸速度并保压，压力铸渗得到复合材料柱钉；将得到的复合材料柱钉固定到离心机模具中并预热，开启离心机，将金属液注入模具型腔中，待冷却后，落沙得到复合材料柱钉挤压辊。本发明专利技术将压力铸渗技术与离心铸造技术相结合，制备出陶瓷增强金属基复合材料柱钉挤压辊。

A preparation method of extrusion roller

【技术实现步骤摘要】
一种挤压辊的制备方法
本专利技术属于复合材料制备
，尤其涉及一种挤压辊的制备方法。
技术介绍
目前，随着工业的飞速发展，在水泥、矿山、冶金、电力等各种行业中，材料的磨损越来越严重，传统的单钢铁耐磨材料已经无法满足复杂工况的需求。陶瓷增强金属基复合材料兼具陶瓷颗粒高模量、高比强度、高耐磨性和高热稳定性的特点，以及金属机体良好的韧性、抗冲击能力，生产工艺简单、成本低廉而成为制备耐磨件的理想材料。目前最常用的挤压辊柱钉是采用粉末烧结的方法制备的硬质合金柱钉，然而采用这种制备柱钉的工艺较为复杂，并且成本高，使得硬质合金柱钉挤压辊生产成本高，不能大面积投入使用。针对当前在柱钉式挤压辊中普遍使用的硬质合金柱钉制备成本高，制备过程繁杂，进而直接导致由硬质合金柱钉制备的挤压辊制备成本高昂，制备工艺复杂；对于采用堆焊柱钉的方式制备柱钉式挤压辊的工艺，由于相比于复合材料，纯金属堆焊层耐磨性有限，而直接导致挤压辊的使用寿命降低。此外，相对于传统方式中柱钉与挤压辊辊体机械结合的方式而导致因二者结合力弱发生柱钉脱落的现象。中国专利技术专利CN108480646A公开了一种挤压辊的制备方法。其步骤是将陶瓷颗粒、粘接剂、合金粉末充分混合，填充到模具中得到具有蜂窝结构陶瓷预制体，将预制体预热烘干后，拼接成所需要的辊套形状，放入砂型型腔中，浇注金属液进行复合，得到带有蜂窝孔的陶瓷-金属挤压辊辊套，最后对辊套上的蜂窝孔进行加工，使其达到所需精度；并利用粉末烧结工艺得到耐磨柱钉，耐磨柱钉的材质为硬质合金，把硬质合金耐磨柱钉通过过盈配合装配到辊套上，再将辊套套在辊体的外面得到挤压辊。本专利技术的优点在于解决传统挤压辊易磨损、使用寿命短、维修成本大等问题。但是由于该方法使用的柱钉为硬质合金，并且采用机械紧固的方式将柱钉与基体结合，使得辊套制备成本仍然比较高，而且柱钉与辊套基体结合强度较低，使得柱钉与辊体易发生脱离。中国专利技术专利CN109865554A公开了一种制备辊压机挤压辊辊套的方法：其方法是在挤压辊辊套的外表面上均布分割加工若干个凹槽，在凹槽内镶焊高出辊体表面1-10mm的耐磨材料。本专利技术结合了对焊挤压辊和镶钉挤压辊的优势，降低了花纹层从辊体脱离的风险和柱钉脱离辊体的问题。但是由于这种方法使用传统堆焊技术，使得制造成本提高，且耐磨性较差。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：(1)目前最常用的挤压辊柱钉的工艺较为复杂，并且成本高，使得硬质合金柱钉挤压辊生产成本高，不能大面积投入使用。(2)使用的柱钉为硬质合金，采用机械紧固的方式将柱钉与基体结合，使得辊套制备成本仍然比较高，而且柱钉与辊套基体结合强度较低，使得柱钉与辊体易发生脱离。(3)使用传统堆焊技术，使得制造成本提高，且耐磨性较差。解决以上问题及缺陷的难度为：硬质合金柱钉挤压辊生产成本高的根本原因在于硬质合金材料价格高昂，因此如不采取价格相对低廉的材料制备柱钉，传统柱钉式挤压辊的生产成本高的问题将难以得到根本的解决。解决以上问题及缺陷的意义为：(1)有效降低柱钉的制备成本，进而直接降低挤压辊的成产成本；(2)陶瓷金属复合材料柱钉耐磨性优异，有效提升挤压辊使用寿命；(3)采用离心铸造的方式将复合材料柱钉与辊体进行二次复合，提高柱钉与辊体的结合强度，进一步提升挤压辊使用寿命。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种挤压辊的制备方法。本专利技术是这样实现的，一种挤压辊的制备方法包括以下步骤：(1)将陶瓷颗粒与金属粉按按体积比3:1-5，加入到混粉设备中充分混合；(2)在混合粉体中按质量比3％-8％加入粘接剂，搅拌均匀后加入到柱钉预制体成型模具中，通过加热固化得到成型柱钉陶瓷预制体；(3)将得到的柱钉陶瓷预制体固定到压铸模具中并预热，浇铸高温金属液，设置一定大小的压力和压铸速度并保压，压力铸渗得到复合材料柱钉；(4)将得到的复合材料柱钉固定到离心机模具中并预热，开启离心机，将金属液注入模具型腔中，待冷却后，落沙得到复合材料柱钉挤压辊。进一步，所述球磨混粉工艺的混粉时间按照如下公式计算：其中球磨基准时间为6小时，体积球磨系数换算值KV为1，Vm为加入的金属粉体积含量，Vc为加入的陶瓷颗粒的体积含量，粉体粒径球磨系数换算值KR为1.5，Rm为加入的金属粉粒径大小，Rc为加入的陶瓷颗粒粒径大小，粉体密度球磨系数换算值Kρ为1.2，ρm为加入的金属粉的密度，ρc为加入的陶瓷颗粒密度。进一步，在步骤(1)中，金属粉为纯Fe粉或Ni、Cr、Ti、Fe、Cu、Si、W、Mo、Mn、Al按比例混合而成的合金粉,其粒度为100-600目，陶瓷颗粒为ZTA、B4C、WC、SiC、Al2O3、ZrO2、Y2O3、B4N、Si3N4，其粒度为80-300目。进一步，在步骤(2)中，粘接剂为铝溶胶、硅溶胶、水玻璃中的一种或多种；预制体成型模具是由在3D打印技术打印的母模中填充液态塑料固化后脱模得到的。进一步，在步骤(2)中，加热固化的温度为80℃-300℃，固化时间为2-15min。进一步，在步骤(3)中，浇铸的金属液为高铬铸铁、高锰钢、镍硬铸铁、球磨铸铁、耐磨合金钢中的一种。进一步，在步骤(3)中，所述预制体预热温度为450℃-950℃，压铸压力为20MPa-90MPa,压铸速度为10mm/s-50mm/s，保压时间为5-30分钟，保压压力为压铸压力的50％-85％。进一步，在步骤(4)中，浇铸的金属液为高铬铸铁、高锰钢、镍硬铸铁、球磨铸铁、耐磨合金钢中的一种。进一步，在步骤(4)中，所用的离心模具为蜂窝网状砂型模具，模具预热温度为400℃-900℃，离心机转速为300r/min-900r/min。结合上述的所有技术方案，本专利技术所具备的优点及积极效果为：第一、本专利技术将压力铸渗技术与离心铸造技术相结合，制备出陶瓷增强金属基复合材料柱钉挤压辊；采用压力铸渗技术制备陶瓷增强金属基复合材料柱钉，因此极大地降低了制造成本，而且柱钉致密度高、缺陷少，耐磨性性好、使用寿命长、便于工业化大批量生产等特点；第二、根据实际工作环境对陶瓷种类、大小，金属基体种类，以及陶瓷与基体金属的比例进行灵活的调整，以更好的满足实际工况的需要；第三、采用离心铸造技术，得到成型的挤压辊，使得柱钉与滚体结合强度高，不易发生脱落。第四、本专利技术中采用将压力铸渗与离心浇铸相结合的方式将压铸成型的陶瓷金属复合材料柱钉与辊体进行二次复合，不仅提升了柱钉的耐磨性，降低了柱钉的生产成本，而且提升了柱钉与辊体之间的结合力，从而有效提升挤压辊的使用寿命。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的压铸成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种挤压辊的制备方法，其特征在于，所述挤压辊的制备方法包括以下步骤：/n(1)将陶瓷颗粒与金属粉按按体积比3:1-5，加入到混粉设备中充分混合；/n(2)在混合粉体中按质量比3％-8％加入粘接剂，搅拌均匀后加入到柱钉预制体成型模具中，通过加热固化得到成型柱钉陶瓷预制体；/n(3)将得到的柱钉陶瓷预制体固定到压铸模具中并预热，浇铸高温金属液，设置一定大小的压力和压铸速度并保压，压力铸渗得到复合材料柱钉；/n(4)将得到的复合材料柱钉固定到离心机模具中并预热，开启离心机，将金属液注入模具型腔中，待冷却后，落沙得到复合材料柱钉挤压辊。/n

【技术特征摘要】
1.一种挤压辊的制备方法，其特征在于，所述挤压辊的制备方法包括以下步骤：
(1)将陶瓷颗粒与金属粉按按体积比3:1-5，加入到混粉设备中充分混合；
(2)在混合粉体中按质量比3％-8％加入粘接剂，搅拌均匀后加入到柱钉预制体成型模具中，通过加热固化得到成型柱钉陶瓷预制体；
(3)将得到的柱钉陶瓷预制体固定到压铸模具中并预热，浇铸高温金属液，设置一定大小的压力和压铸速度并保压，压力铸渗得到复合材料柱钉；
(4)将得到的复合材料柱钉固定到离心机模具中并预热，开启离心机，将金属液注入模具型腔中，待冷却后，落沙得到复合材料柱钉挤压辊。


2.如权利要求1所述的挤压辊的制备方法，其特征在于，所述球磨混粉工艺的混粉时间按照如下公式计算：



其中球磨基准时间为6小时，体积球磨系数换算值KV为1，Vm为加入的金属粉体积含量，Vc为加入的陶瓷颗粒的体积含量，粉体粒径球磨系数换算值KR为1.5，Rm为加入的金属粉粒径大小，Rc为加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋业华，向晓龙，周谟金，刘志鹏，曾红斌，牛戈，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53