專利名稱：采用自蔓延高溫合成制備金屬/陶瓷耐磨復(fù)合襯板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備金屬/陶瓷耐磨復(fù)合襯板的方法。
背景技術(shù)：
電力、冶金、礦山、煤炭、化工等行業(yè)中需要輸送大量的砂、石、煤粉、灰渣等生產(chǎn)材料，并在后期需要對(duì)這些生產(chǎn)材料進(jìn)行處理。在輸送、貯存過(guò)程中最常遇到的是管道、襯板等運(yùn)輸設(shè)備的磨損問(wèn)題，故運(yùn)輸設(shè)備的耐磨、耐蝕等性能在一定程度上影響著運(yùn)輸及生產(chǎn)的安全性、穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率。通常工業(yè)運(yùn)輸設(shè)備中采用的襯板有高錳鋼襯板、鑄鐵襯板、鑄石襯板等，但由于各自存在不同的缺點(diǎn)，影響著襯板的壽命和耐磨損性。因此，開(kāi)展襯板新材料、新結(jié)構(gòu)、新制備工藝的研究，對(duì)進(jìn)一步提高運(yùn)輸設(shè)備的使用壽命、生產(chǎn)效率和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力等均有重要的現(xiàn) 實(shí)意義。相對(duì)普通金屬材料而言，陶瓷材料具有良好的耐磨損、耐腐蝕等性能。但是，由于陶瓷材料脆性大和加工困難等原因，阻礙了它在輸送設(shè)備中的直接使用。如果將陶瓷與金屬材料制成金屬陶瓷復(fù)合襯板，則這種金屬/陶瓷復(fù)合襯板將兼有兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的綜合性能，可以滿足生產(chǎn)實(shí)際的需要。目前，獲得金屬/陶瓷耐磨復(fù)合襯板的途徑主要有兩種一是利用陶瓷-金屬?gòu)?fù)合制作技術(shù)原理，通過(guò)粘接、焊接、鑲嵌、鉚接、套接及拱形結(jié)構(gòu)技術(shù)，將各種耐磨陶瓷片、塊磚材料復(fù)合在工件內(nèi)外耐磨表面，從而形成一個(gè)具有優(yōu)異耐磨性能的表面，而基體仍采用金屬材料，制備出金屬/陶瓷復(fù)合襯板；二是在金屬表面涂覆陶瓷可以實(shí)現(xiàn)陶瓷與金屬的復(fù)合，制備出復(fù)合襯板。利用陶瓷-金屬?gòu)?fù)合制作技術(shù)原理制備的復(fù)合襯板與傳統(tǒng)高合金鑄件相比，工作面耐磨性更高，可以使工件的整體耐磨防腐使用壽命提高幾倍至幾倍以上，但是存在著生產(chǎn)成本高、周期長(zhǎng)、效率低等問(wèn)題。陶瓷涂覆的傳統(tǒng)方法有化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、物理化學(xué)氣相沉積(PCVD)等、但較高的價(jià)格、復(fù)雜的制造工藝以及較低的生產(chǎn)率等都成為制約其廣泛應(yīng)用的瓶頸，因此需要開(kāi)發(fā)制備金屬/陶瓷復(fù)合襯板的新工藝。20世紀(jì)70年代，誕生了自蔓延高溫合成技術(shù)，自蔓延高溫合成法(Self-propagating High-temperature Synthesis, SHS)是一種利用化學(xué)反應(yīng)自身放熱使反應(yīng)自我延續(xù)，最終合成所需材料的一種新技術(shù)，它具有設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝流程短，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。如今，自蔓延高溫合成技術(shù)制備的復(fù)合鋼管得到了較好的工業(yè)應(yīng)用，但是基于自蔓延高溫合成技術(shù)，在鋼板表面生成陶瓷涂層的研究并不多見(jiàn)。這主要原因在于平面涂層燃燒合成在工藝上實(shí)施較為困難，與鋼管內(nèi)形成涂層相比，反應(yīng)沒(méi)有約束力，故極為激烈，體系熱量損失也較大，加之難以像動(dòng)態(tài)法那樣施加外力場(chǎng)，因此涂層的致密化也很困難。此夕卜，由于大多數(shù)陶瓷與金屬基材的潤(rùn)濕性不好，也給涂層的制備帶來(lái)相當(dāng)大的難度。但隨著科技生產(chǎn)和工藝的迅速發(fā)展，科研工作者在此領(lǐng)域取得了相關(guān)進(jìn)展馬壯等在《腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)》2010年第22卷第I期“純銅表面SHS反應(yīng)熱噴涂Al2O3基復(fù)合陶瓷涂層的性能研究”文中采用自蔓延高溫合成反應(yīng)火焰噴涂工藝，將Al-CuO鋁熱反應(yīng)體系引入到噴涂材料中，在純銅表面制備Al2O3基復(fù)合陶瓷涂層。結(jié)果表明，SHS反應(yīng)熱噴涂層與基體的結(jié)合好于常規(guī)熱噴涂，輔以Ni-Al合金打底，復(fù)合涂層500度下熱震循環(huán)40次仍完好無(wú)損。焦安源等在《熱加工工藝》2010年第39卷第16期“重力分離SHS法制備陶瓷復(fù)合鋼板的研究”文中利用重力分離SHS技術(shù)在帶卷邊鋼板表面直接制備了陶瓷復(fù)合涂層，測(cè)量了涂層硬度。結(jié)果表明，陶瓷復(fù)合鋼板的涂層表面光滑，其硬度在1100HV以上。雖然此方面的研究取得了一定的進(jìn)展，但國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究還較少，且有關(guān)添加劑對(duì)耐磨涂層性能影響的機(jī)理不甚明確，需要進(jìn)一步研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單，耐磨性好的采用自蔓延高溫合成制備金屬/陶瓷耐磨復(fù)合襯板的方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
一種采用自蔓延高溫合成制備金屬/陶瓷耐磨復(fù)合襯板的方法，其特征是包括以下步驟以粒度均在100-200目之間，純度均大于99%的Al粉、Fe203、Zr02、Ni及SiO2為原料，將Al粉、Fe203> ZrO2, Ni、SiO2球磨混合2_3小時(shí)，然后將混合均勻的粉末放入真空干燥箱中干燥10-12小時(shí)，干燥溫度為140°C ;將鋼板基體上開(kāi)設(shè)凹槽，凹槽均勻分布在鋼板基體上；將干燥好的混合粉末壓制成型，并放置到鋼板基體上對(duì)應(yīng)的凹槽中，通過(guò)自蔓延高溫合成制得金屬/陶瓷耐磨復(fù)合襯板。所述的Fe2O3粉及Al粉質(zhì)量比為2. 9: 1，ZrO2、Ni、SiO2粉末三者的用量之和為總反應(yīng)物料的5-20wt%，且ZrO2、Ni、SiO2粉末三者的用量分布為總反應(yīng)物料的l_10wt%、O. 5 3%、2 12%。所述凹槽的形狀為圓形、正六邊形或菱形。本發(fā)明采用自蔓延高溫合成法制備金屬/陶瓷復(fù)合襯板耐磨層由(Al203+Zr02)復(fù)相陶瓷組成，耐磨性高；并具有生產(chǎn)成本低、工藝流程短、工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，使用本工藝制備的金屬/陶瓷復(fù)合襯板可用在電力、礦山、冶金、石油、化工等領(lǐng)域。下面結(jié)合附圖
和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖I是本發(fā)明實(shí)施例I制得的產(chǎn)品示意圖。圖2是圖I的A-A視圖。圖3是實(shí)施例2制得的產(chǎn)品示意圖。圖4是圖3的B-B視圖。圖5是實(shí)施例3制得的產(chǎn)品示意圖。圖6是圖5的C-C視圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :將鋼板基體上開(kāi)設(shè)凹槽，鋼板凹槽為圓形，以粒度均在100-200目之間，純度均大于99%的Al粉、Fe2O3'Zr02、Ni、SiO2為原料，F(xiàn)e2O3粉及Al粉質(zhì)量比為2.9:1 (以下都為質(zhì)量比)，其余成分為為2% ZrO2,1% Ni，4%Si02，球磨混合2-3小時(shí)后，將混合均勻的粉末放入真空干燥箱中干燥10-12小時(shí)。鋼板凹槽表面進(jìn)行噴砂處理，將上述處理好的混合粉末壓制成型，分別放入鋼板圓形凹槽中，采用氧-乙炔火焰點(diǎn)火，反應(yīng)完成后，金屬/陶瓷耐磨襯板形成。耐磨層厚4-5mm,耐磨層致密度> 90%,壓潰強(qiáng)度> 31OMpa0實(shí)施例2:將鋼板基體上開(kāi)設(shè)凹槽，鋼板凹槽為菱形，以粒度均在100-200目之間，純度均大于99%的Al粉、Fe203 、Zr02、Ni、Si02為原料，F(xiàn)e2O3粉及Al粉質(zhì)量比為2.9:1,其余成分為為6% ZrO2,1% Ni，4%Si02，球磨混合2_3小時(shí)后，將混合均勻的粉末放入真空干燥箱中干燥10-12小時(shí)。鋼板凹槽表面進(jìn)行噴砂處理，將上述處理好的混合粉末壓制成型，分別放入鋼板菱形凹槽中，采用氧-乙炔火焰點(diǎn)火，反應(yīng)完成后，金屬/陶瓷耐磨襯板形成。耐磨層厚4-5mm,耐磨層致密度彡88%,壓潰強(qiáng)度彡300Mpa。實(shí)施例3:將鋼板基體上開(kāi)設(shè)凹槽，鋼板凹槽為正六邊形，以粒度均在100-200目之間，純度均大于99%的Al粉、Fe203、Zr02、Ni、Si02為原料，F(xiàn)e2O3粉及Al粉質(zhì)量比為2. 9:1，其余成分為為4% ZrO2,1% Ni,8 % SiO2，球磨混合2_3小時(shí)后，將混合均勻的粉末放入真空干燥箱中干燥10-12小時(shí)。鋼板凹槽表面進(jìn)行噴砂處理，將上述處理好的混合粉末壓制成型，分別放入鋼板正六邊形凹槽中，采用氧-乙炔火焰點(diǎn)火，反應(yīng)完成后，金屬/陶瓷耐磨襯板形成。耐磨層厚4-5mm,耐磨層致密度彡95%,壓潰強(qiáng)度彡360Mpa。
權(quán)利要求
1.一種采用自蔓延高溫合成制備金屬/陶瓷耐磨復(fù)合襯板的方法，其特征是包括以下步驟以粒度均在100-200目之間，純度均大于99%的Al粉、Fe2O3、ZrO2、Ni及SiO2為原料，將Al粉、Fe203、Zr02、Ni、Si02球磨混合2_3小時(shí)，然后將混合均勻的粉末放入真空干燥箱中干燥10-12小時(shí)，干燥溫度為140°C ;將鋼板基體上開(kāi)設(shè)凹槽，凹槽均勻分布在鋼板基體上；將干燥好的混合粉末壓制成型，并放置到鋼板基體上對(duì)應(yīng)的凹槽中，通過(guò)自蔓延高溫合成制得金屬/陶瓷耐磨復(fù)合襯板。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用自蔓延高溫合成制備金屬/陶瓷耐磨復(fù)合襯板的方法，其特征是所述的Fe2O3粉及Al粉質(zhì)量比為2.9:1，ZrO2, Ni、SiO2粉末三者的用量之和為總反應(yīng)物料的5-20wt%，且Zr02、Ni、SiO2粉末三者的用量分布為總反應(yīng)物料的l_10wt%、O.5 3%、2 12%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的采用自蔓延高溫合成制備金屬/陶瓷耐磨復(fù)合襯板的方法，其特征是所述凹槽的形狀為圓形、正六邊形或菱形?！?br> 全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種采用自蔓延高溫合成制備金屬/陶瓷耐磨復(fù)合襯板的方法，以粒度均在100-200目之間，純度均大于99%的Al粉、Fe2O3、ZrO2、Ni及SiO2為原料，將Al粉、Fe2O3、ZrO2、Ni、SiO2球磨混合2-3小時(shí)，然后將混合均勻的粉末放入真空干燥箱中干燥10-12小時(shí)，干燥溫度為140℃；將鋼板基體上開(kāi)設(shè)凹槽，凹槽均勻分布在鋼板基體上；將干燥好的混合粉末壓制成型，并放置到鋼板基體上對(duì)應(yīng)的凹槽中，通過(guò)自蔓延高溫合成制得金屬/陶瓷耐磨復(fù)合襯板。本發(fā)明采用自蔓延高溫合成法制備金屬/陶瓷復(fù)合襯板耐磨層由復(fù)相陶瓷組成，耐磨性高；并具有生產(chǎn)成本低、工藝流程短、工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C23C24/10GK102817030SQ201210325480
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月6日
發(fā)明者朱昱, 黃鋒, 倪紅軍, 汪興興, 李志揚(yáng), 顧衛(wèi)標(biāo), 黃明宇, 葛禹錫 申請(qǐng)人:南通大學(xué)