【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤矿机械领域，具体涉及一种基于增材制造的轻质高耐磨复合材料及制备方法。
技术介绍
1、刮板输送机中部槽的耐磨损问题一直是煤矿和其他采矿工程领域面临的重要挑战之一。这一问题主要表现在输送机的中部槽部位由于长期磨损而减少了其使用寿命，增加了维护成本。这种磨损现象往往由于输送的煤矿或其他矿石颗粒在运输过程中与槽壁不断摩擦和冲击而引起。
2、传统上，为了提高中部槽的耐磨性，采用了耐磨钢板等重型金属材料，但这些材料的使用不仅增加了输送机的整体重量，并且耐磨钢板的耐磨损性能有限。由于采煤作业中常需要频繁移动输送机，其重量成为一项重要的考虑因素。因此，降低输送机中部槽的重量，同时保持其良好的耐磨性，已成为行业亟待解决的难题。
3、在这一背景下，研究人员和工程师们开始积极探索采用树脂等轻型材料的可能性。树脂以其出色的耐磨性和耐冲击性能而备受瞩目，因此将其引入刮板输送机的中部槽部位，制备金属/树脂复合材料，成为改进输送机性能的有前景途径。这一技术的研究和应用有望提高输送机的寿命，减少维护成本，并提高采煤和矿石运输过程的效率。
4、目前制备金属/树脂复合材料的方法包括：热压法、注塑成型法、挤压法、电化学沉积法、涂覆法以及激光3d打印法。这其中，热压法、注塑成型法、挤压法以及激光3d打印法都是通过金属和树脂进行混合，树脂作为胶黏剂来进行成型，这种方法树脂材料是作为基体，而金属作为增强的颗粒起到强化的作用，因此树脂的含量相对较高，在机械性能的提高方面作用有限。电化学沉积法和表面涂覆法是将金属涂覆在树脂表
5、中国专利文献cn105799114a(201410841203.3)公开了一种金属树脂复合体及其制作方法和应用。所述金属树脂复合体包括金属基体以及与所述金属基体表面结合的第一树脂材料，所述金属基体包括泡沫金属骨架以及填充在所述泡沫金属骨架中的第二树脂材料，所述第一树脂材料含有第一树脂，所述第二树脂材料含有第二树脂；所述金属基体的表面具有微孔结构；所述微孔结构通过去除所述金属基体表面的泡沫金属骨架而形成，或者通过去除所述金属基体表面的第二树脂材料而形成；部分所述第一树脂材料填充在所述金属基体表面的微孔结构中与所述金属基体结合成一体。上述专利提供的金属树脂复合体的金属基体与树脂材料层之间的结合力较强。然而泡沫金属是利用发泡剂形成孔隙结构，泡沫金属骨架的孔隙率、孔隙的形状以及大小无法进行有效控制，且内部的孔隙不一定完全相联通。另外泡沫金属骨架的比表面积小，这致使金属和树脂的接触面积小，金属和树脂之间的界面结合力有限，限制了对材料性能的设计。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于增材制造的轻质高耐磨复合材料及制备方法，本专利技术利用增材制造极小曲面结构的孔隙率、孔隙大小以及形状容易控制，且孔隙结构比表面积大的优点，采用表面活性剂和极小曲面更大的接触面积制备结合能力强、性能可控的金属/树脂复合材料。
2、本专利技术为解决其技术问题采用以下技术方案：一种基于增材制造的轻质高耐磨复合材料的制备方法，包括以下步骤：
3、s1、基于极小曲面单元设计孔隙率沿预设方向呈梯度连续变化并且孔隙相互连通的多孔结构模型；
4、s2、利用耐磨金属增材制备多孔耐磨；
5、s3、对多孔耐磨骨架进行表面活性处理；
6、s4、将树脂加热熔融，浇注到多孔耐磨骨架内；
7、s5、将浇灌了树脂的多孔耐磨骨架进行热固化，进而得到复合材料。此处的热固化即指多孔耐磨骨架浸泡在熔融的树脂里面，之后保持一定的时间，然后自然冷却固化，得到复合材料，为了提高复合材料的耐磨性能，树脂优选耐磨树脂。
8、根据本专利技术优选的，所述三周期极小曲面多孔结构的孔隙率呈余弦函数或正弦函数连续变化。
9、根据本专利技术优选的，步骤s5中，所述复合材料的外表面按照面积占比，耐磨金属与树脂的比例至少为1:2。通过对多孔结构模型孔隙率的控制，使最终得到的复合材料的外表面，耐磨金属与树脂面积占比的比例至少为1:2，在保证耐磨的同时保证复合材料具有较好的韧性，更加耐冲击。
10、根据本专利技术优选的，步骤s1中，所述多孔结构模型骨架的孔隙率10％-90％。
11、根据本专利技术优选的，步骤s1中，所述多孔结构模型骨架的孔隙率40％-90％。
12、根据本专利技术优选的，步骤s1中，所述多孔耐磨骨架的材质为ni60。ni60是一种合金粉末，全称镍基合金粉末，业内称镍60，镍60+碳化钨35％是一种很好的耐磨材料，硬度能达到hrc58-62。
13、根据本专利技术优选的，步骤s4中，所述树脂的材质为聚四氟乙烯。树脂采用聚四氟乙烯，具有更好的耐磨性。
14、根据本专利技术优选的，步骤s3中，表面活性处理的方式采用浸泡法，通过将多孔耐磨骨架浸泡到表面活性剂溶液中，使表面活性剂溶液浇灌到多孔耐磨骨架孔隙内，浸泡一定时间后，对多孔耐磨骨架进行烘干处理，即可在多孔结构表面吸附一层表面活性剂。
15、根据本专利技术优选的，步骤s3中，表面活性处理的表面活性剂为氟化铵盐。
16、本专利技术还公开了一种基于增材制造的轻质高耐磨复合材料，通过上述的一种基于增材制造的轻质高耐磨复合材料的制备方法制得。
17、本专利技术的专利技术构思：
18、耐磨金属和树脂间隔形成的层状材料表现出卓越的耐磨性，这主要归因于以下几个优势：软硬材料间隔结构充分利用了两种不同材料的特性，将硬质材料用于提供抗磨损、硬度和耐磨性，而软质材料则用于提供缓冲和吸收冲击的特性。这种组合优势使得层状材料在耐磨性方面表现出卓越的性能。软硬材料间隔结构能够减小磨损率，因为在磨损过程中，硬质层负责承受磨损，而软质层则提供减缓和分散磨损的作用。这有助于延长材料的使用寿命，降低维护成本。优越的抗冲击性：软硬材料间隔结构的软质层具有较强的抗冲击性，可以有效吸收冲击能量，减小外部冲击对材料的影响。这有助于保护硬质层，使其更加耐磨。总体而言，软硬材料间隔形成的层状材料通过合理设计，可以最大程度地发挥两种不同材料的优势，提供卓越的耐磨性能，适用于需要经受高磨损环境的工程应用。
19、目前的树脂/耐磨金属层状复合材料，树脂层较低的耐磨性使复合材料更容易磨损，因此在树脂层形成耐磨骨架可以明显提高其耐磨性。因此，本申请通过增材制造技术设计形成的孔隙率梯度变化的骨架，在低孔隙率区形成的树脂层具有更好的耐磨性。
20、为了充分发挥树脂和耐磨金属的性能优势，并且形成层状复合材料，并确保坚固的结合，本申请通过引入极小曲面孔隙连续变化的多孔支架设计，以及采用表面活性剂来制备类层状树脂/耐磨金属复合材料。
21、通过极小曲面孔隙率连续变化的多孔支架设计，可以实现孔隙率从10％-90％的孔隙率的变化，因此，可以实现树脂含量在90％-10％的类层状的梯度复合材料。
22、金本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于增材制造的轻质高耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于增材制造的轻质高耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：所述三周期极小曲面多孔结构的孔隙率呈余弦函数或正弦函数连续变化。
3.根据权利要求1所述的基于增材制造的轻质高耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S5中，所述复合材料的外表面按照面积占比，耐磨金属与树脂的比例至少为1:2。
4.根据权利要求1所述的基于增材制造的轻质高耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述多孔结构模型骨架的孔隙率10％-90％。
5.根据权利要求1所述的基于增材制造的轻质高耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述多孔结构模型骨架的孔隙率40％-90％。
6.根据权利要求1所述的基于增材制造的轻质高耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述多孔耐磨骨架的材质为Ni60。
7.根据权利要求1所述的基于增材制造的轻质高耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S4中，所述树脂的材质为聚四氟乙烯。
<...【技术特征摘要】
1.一种基于增材制造的轻质高耐磨复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于增材制造的轻质高耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：所述三周期极小曲面多孔结构的孔隙率呈余弦函数或正弦函数连续变化。
3.根据权利要求1所述的基于增材制造的轻质高耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：步骤s5中，所述复合材料的外表面按照面积占比，耐磨金属与树脂的比例至少为1:2。
4.根据权利要求1所述的基于增材制造的轻质高耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：步骤s1中，所述多孔结构模型骨架的孔隙率10％-90％。
5.根据权利要求1所述的基于增材制造的轻质高耐磨复合材料的制备方法，其特征在于：步骤s1中，所述多孔结构模型骨架的孔隙率40％-90...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕玉廷，邓文堂，张强，王岩，史宇龙，史争，孙广宝，于鸿垚，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：
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