專利名稱：采用自蔓延高溫合成制備金屬/陶瓷耐磨復合襯板的方法
技術領域：
本發明涉及一種制備金屬/陶瓷耐磨復合襯板的方法。
背景技術：
電力、冶金、礦山、煤炭、化工等行業中需要輸送大量的砂、石、煤粉、灰渣等生產材料，并在后期需要對這些生產材料進行處理。在輸送、貯存過程中最常遇到的是管道、襯板等運輸設備的磨損問題，故運輸設備的耐磨、耐蝕等性能在一定程度上影響著運輸及生產的安全性、穩定性和生產效率。通常工業運輸設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，影響著襯板的壽命和耐磨損性。因此，開展襯板新材料、新結構、新制備工藝的研究，對進一步提高運輸設備的使用壽命、生產效率和市場競爭力等均有重要的現 實意義。相對普通金屬材料而言，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，阻礙了它在輸送設備中的直接使用。如果將陶瓷與金屬材料制成金屬陶瓷復合襯板，則這種金屬/陶瓷復合襯板將兼有兩種材料的優點，具有良好的綜合性能，可以滿足生產實際的需要。目前，獲得金屬/陶瓷耐磨復合襯板的途徑主要有兩種一是利用陶瓷-金屬復合制作技術原理，通過粘接、焊接、鑲嵌、鉚接、套接及拱形結構技術，將各種耐磨陶瓷片、塊磚材料復合在工件內外耐磨表面，從而形成一個具有優異耐磨性能的表面，而基體仍采用金屬材料，制備出金屬/陶瓷復合襯板；二是在金屬表面涂覆陶瓷可以實現陶瓷與金屬的復合，制備出復合襯板。利用陶瓷-金屬復合制作技術原理制備的復合襯板與傳統高合金鑄件相比，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，但是存在著生產成本高、周期長、效率低等問題。陶瓷涂覆的傳統方法有化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、物理化學氣相沉積(PCVD)等、但較高的價格、復雜的制造工藝以及較低的生產率等都成為制約其廣泛應用的瓶頸，因此需要開發制備金屬/陶瓷復合襯板的新工藝。20世紀70年代，誕生了自蔓延高溫合成技術，自蔓延高溫合成法(Self-propagating High-temperature Synthesis, SHS)是一種利用化學反應自身放熱使反應自我延續，最終合成所需材料的一種新技術，它具有設備簡單，工藝流程短，生產效率高等優點。如今，自蔓延高溫合成技術制備的復合鋼管得到了較好的工業應用，但是基于自蔓延高溫合成技術，在鋼板表面生成陶瓷涂層的研究并不多見。這主要原因在于平面涂層燃燒合成在工藝上實施較為困難，與鋼管內形成涂層相比，反應沒有約束力，故極為激烈，體系熱量損失也較大，加之難以像動態法那樣施加外力場，因此涂層的致密化也很困難。此夕卜，由于大多數陶瓷與金屬基材的潤濕性不好，也給涂層的制備帶來相當大的難度。但隨著科技生產和工藝的迅速發展，科研工作者在此領域取得了相關進展馬壯等在《腐蝕科學與防護技術》2010年第22卷第I期“純銅表面SHS反應熱噴涂Al2O3基復合陶瓷涂層的性能研究”文中采用自蔓延高溫合成反應火焰噴涂工藝，將Al-CuO鋁熱反應體系引入到噴涂材料中，在純銅表面制備Al2O3基復合陶瓷涂層。結果表明，SHS反應熱噴涂層與基體的結合好于常規熱噴涂，輔以Ni-Al合金打底，復合涂層500度下熱震循環40次仍完好無損。焦安源等在《熱加工工藝》2010年第39卷第16期“重力分離SHS法制備陶瓷復合鋼板的研究”文中利用重力分離SHS技術在帶卷邊鋼板表面直接制備了陶瓷復合涂層，測量了涂層硬度。結果表明，陶瓷復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展，但國內外相關研究還較少，且有關添加劑對耐磨涂層性能影響的機理不甚明確，需要進一步研究。
發明內容
本發明的目的在于提供一種工藝簡單，耐磨性好的采用自蔓延高溫合成制備金屬/陶瓷耐磨復合襯板的方法。本發明的技術解決方案是
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，然后將混合均勻的粉末放入真空干燥箱中干燥10-12小時，干燥溫度為140°C ;將鋼板基體上開設凹槽，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應的凹槽中，通過自蔓延高溫合成制得金屬/陶瓷耐磨復合襯板。所述的Fe2O3粉及Al粉質量比為2. 9: 1，ZrO2、Ni、SiO2粉末三者的用量之和為總反應物料的5-20wt%，且ZrO2、Ni、SiO2粉末三者的用量分布為總反應物料的l_10wt%、O. 5 3%、2 12%。所述凹槽的形狀為圓形、正六邊形或菱形。本發明采用自蔓延高溫合成法制備金屬/陶瓷復合襯板耐磨層由(Al203+Zr02)復相陶瓷組成，耐磨性高；并具有生產成本低、工藝流程短、工藝簡單的優點，使用本工藝制備的金屬/陶瓷復合襯板可用在電力、礦山、冶金、石油、化工等領域。下面結合附圖
和實施例對本發明作進一步說明。圖I是本發明實施例I制得的產品示意圖。圖2是圖I的A-A視圖。圖3是實施例2制得的產品示意圖。圖4是圖3的B-B視圖。圖5是實施例3制得的產品示意圖。圖6是圖5的C-C視圖。
具體實施例方式實施例I :將鋼板基體上開設凹槽，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，Fe2O3粉及Al粉質量比為2.9:1 (以下都為質量比)，其余成分為為2% ZrO2,1% Ni，4%Si02，球磨混合2-3小時后，將混合均勻的粉末放入真空干燥箱中干燥10-12小時。鋼板凹槽表面進行噴砂處理，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-乙炔火焰點火，反應完成后，金屬/陶瓷耐磨襯板形成。耐磨層厚4-5mm,耐磨層致密度> 90%,壓潰強度> 31OMpa0實施例2:將鋼板基體上開設凹槽，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，Fe2O3粉及Al粉質量比為2.9:1,其余成分為為6% ZrO2,1% Ni，4%Si02，球磨混合2_3小時后，將混合均勻的粉末放入真空干燥箱中干燥10-12小時。鋼板凹槽表面進行噴砂處理，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-乙炔火焰點火，反應完成后，金屬/陶瓷耐磨襯板形成。耐磨層厚4-5mm,耐磨層致密度彡88%,壓潰強度彡300Mpa。實施例3:將鋼板基體上開設凹槽，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，Fe2O3粉及Al粉質量比為2. 9:1，其余成分為為4% ZrO2,1% Ni,8 % SiO2，球磨混合2_3小時后，將混合均勻的粉末放入真空干燥箱中干燥10-12小時。鋼板凹槽表面進行噴砂處理，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-乙炔火焰點火，反應完成后，金屬/陶瓷耐磨襯板形成。耐磨層厚4-5mm,耐磨層致密度彡95%,壓潰強度彡360Mpa。
權利要求
1.一種采用自蔓延高溫合成制備金屬/陶瓷耐磨復合襯板的方法，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，然后將混合均勻的粉末放入真空干燥箱中干燥10-12小時，干燥溫度為140°C ;將鋼板基體上開設凹槽，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應的凹槽中，通過自蔓延高溫合成制得金屬/陶瓷耐磨復合襯板。
2.根據權利要求I所述的采用自蔓延高溫合成制備金屬/陶瓷耐磨復合襯板的方法，其特征是所述的Fe2O3粉及Al粉質量比為2.9:1，ZrO2, Ni、SiO2粉末三者的用量之和為總反應物料的5-20wt%，且Zr02、Ni、SiO2粉末三者的用量分布為總反應物料的l_10wt%、O.5 3%、2 12%。
3.根據權利要求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。·
全文摘要
本發明公開了一種采用自蔓延高溫合成制備金屬/陶瓷耐磨復合襯板的方法，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，然后將混合均勻的粉末放入真空干燥箱中干燥10-12小時，干燥溫度為140℃；將鋼板基體上開設凹槽，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應的凹槽中，通過自蔓延高溫合成制得金屬/陶瓷耐磨復合襯板。本發明采用自蔓延高溫合成法制備金屬/陶瓷復合襯板耐磨層由復相陶瓷組成，耐磨性高；并具有生產成本低、工藝流程短、工藝簡單的優點。
文檔編號C23C24/10GK102817030SQ201210325480
公開日2012年12月12日 申請日期2012年9月6日 優先權日2012年9月6日
發明者朱昱, 黃鋒, 倪紅軍, 汪興興, 李志揚, 顧衛標, 黃明宇, 葛禹錫 申請人:南通大學