一種液壓鋼管用石墨烯增強陶瓷內襯材料的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種液壓鋼管用石墨烯增強陶瓷內襯材料，由下列重量份的原料制成：純鋁粉54?56、氧化鐵紅159?162、硝酸鈷18?19、氯化鎳18?19、正硅酸乙酯37?38、無水乙醇74?76、納米Y?ZrO2粉10?11.5、四硼酸鈉8.5?9.5、石墨烯7?8、三氟化鈰1.5?2、氧化鑭粉4?5、碳酸鋰1.5?2、醇胺螯合鈦酸酯0.6?0.7、去離子水。本發明通過對石墨烯進行表面改性后添加到材料的制備過程中，能夠均勻地分散在材料中，組織結構均勻，能夠增強材料的強度，同時與管材基體材料的結合強度高，不易開裂掉落，且工藝便于工業控制，效率好，節能降耗。
【專利說明】
一種液壓鋼管用石墨烯増強陶瓷內襯材料
技術領域
[0001]本發明涉及陶瓷技術領域，尤其涉及一種液壓鋼管用石墨烯增強陶瓷內襯材料。 【背景技術】
[0002]液壓系統中使用的管路種類很多，根據液壓系統的工作壓力及安裝位置的不同， 選用的有鋼管、紫銅管、橡膠管、尼龍管和塑料管等。這些管路一旦損壞漏油，輕則污染環境、影響系統功能的正常發揮，重則危及安全，本發明選用液壓鋼管作為研究對象。當液壓系統工作時，液壓管路要承受較高的壓力，再加上壓力不穩定產生的交變應力、設備振動而產生的振動應力、裝配應力等的共同作用，使硬管在材料缺陷處、腐蝕點或損傷處產生應力集中現象，管路發生疲勞破壞斷裂而漏油;還由于液壓系統容易被污染，含有固體污染物的液壓油類似于研磨金屬加工面所使用的研磨劑，增加了油液和管路內壁的摩擦。而且通常固體污染物顆粒的硬度比導管內壁材料的硬度高得多，這樣就加速了導管內壁的磨損，甚至劃傷內壁，特別是當液體的流速高且不穩定時，就會使導管內壁的材料受到沖擊而剝落。 這些原因很容易造成安全隱患。
[0003]離心自蔓延高溫合成技術集中了離心鑄造和自蔓延高溫合成技術的共同優點，它具有制造工藝和制造設備簡單且生產效率高、生產成本低以及節約能源等優點。利用離心自蔓延合成技術在傳統不銹鋼管內部制備陶瓷內襯材料可使得液壓油油管具有更好的抗腐蝕性能、耐磨損性能以及良好的力學性能和抗沖擊性能。因而，此種技術應用于液壓油油管內襯材料的制備將具有廣闊的市場前景和巨大的經濟社會效益。《液壓油油管陶瓷內襯材料的制備及性能研究》一文中以微米鋁粉和微米三氧化二鐵為主要原料，以微米二氧化硅和微米Y-Zr02為添加劑，采用離心自蔓延高溫合成技術制備了液壓油油管用陶瓷內襯材料，所制備的液壓油油管陶瓷內襯材料具有良好的韌性、斷裂強度、抗沖擊性等性能。但由于自蔓延反應較為激烈，反應過程中熱量損耗大，鋼管內壁被熔融的厚度有限，導致冶金結合部分的結合強度有限以及存在一定的孔隙，這樣對陶瓷層的耐熱性、耐腐蝕性、耐磨性等具有一定的影響，在一些高沖擊的工況下會出現陶瓷涂層脫落的現象，從而影響油管的使用壽命以及安全系數，需要在原文的基礎上進行改進。
【發明內容】
[0004]本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種液壓鋼管用石墨烯增強陶瓷內襯材料。
[0005]本發明是通過以下技術方案實現的:一種液壓鋼管用石墨烯增強陶瓷內襯材料，由下列重量份的原料制成:純鋁粉54-56、 氧化鐵紅159-162、硝酸鈷18-19、氯化鎳18-19、正硅酸乙酯37-38、無水乙醇74-76、納米Y-Zr02粉10-11.5、四硼酸鈉8.5-9.5、石墨烯7-8、三氟化鈰1.5-2、、氧化鑭粉4-5、碳酸鋰1.5-2、醇胺螯合鈦酸酯0.6-0.7、去離子水。
[0006]根據權利要求書1所述一種液壓鋼管用石墨烯增強陶瓷內襯材料，由以下具體步驟制成:(1)將硝酸鈷與氯化鎳混合，加入無水乙醇中，攪拌并充分溶解形成混合溶液，然后置于60°C恒溫水浴中，將正硅酸乙酯緩慢地滴加到混合溶液中，水浴加熱至80-90°C，攪拌40-50分鐘至反應物粘度增大，形成透明溶膠，靜置于室溫條件下膠化，再將干凝膠放在干燥箱中以80-90 °C的溫度干燥10-12小時，然后在750-850 °C的條件下對干凝膠進行預燒結，保溫 1.5-2小時，冷卻至室溫后取出研磨，得到復合粉體，即磁性二氧化硅粉體；(2)將醇胺螯合鈦酸酯溶于12-14倍量的去離子水中，加入石墨烯，攪拌均勻后超聲分散30-40分鐘，然后經過噴霧干燥得到改性后的石墨烯粉;將改性后的石墨烯粉放入球磨機中，加入三氟化鈰、氧化鑭粉，干磨60-90分鐘，得到混合粉末；(3)將步驟(2)得到的混合粉末與納米Y-Zr02粉混合，加入總量3-4倍量的去離子水，攪拌均勻后加入除純鋁粉、氧化鐵紅之外的其余剩余成分，繼續攪拌30-40分鐘，形成漿料，最后將漿料噴霧干燥，形成納米摻雜混合粉；(4)將鋁粉、氧化鐵紅與步驟(1)得到的磁性二氧化硅粉體、步驟(3)得到的納米摻雜混合粉混合均勻，放入球磨機中，混合球磨2-3小時，取出后將其裝入管材中，并將其固定在離心機上，供氣點火，點火同時通入氧氣，供氧持續4-5分鐘，采用離心自蔓延高溫合成技術在管材內壁形成陶瓷內襯。
[0007]本發明的優點是:本發明利用硝酸鈷、氯化鎳等成分與正硅酸乙酯進行反應，生成包覆鈷、鎳的二氧化硅材料，作為添加劑添加到以鋁粉、氧化鐵紅為主體的反應中，使得二氧化硅具有磁性，易與管材進行結合，通過反應進一步提高與管壁的結合強度;添加四硼酸鈉，改善了內表面光潔度，同時孔隙率顯著降低;添加適量的納米Y-Zr02粉，在反應過程中會彌散在生成物三氧化二鋁中，不僅可以提高陶瓷內襯材料的斷裂韌性值和抗沖擊性能， 同時可大幅提高陶瓷內襯的耐磨性能。
[0008]本發明通過對石墨烯進行表面改性后添加到材料的制備過程中，能夠均勻地分散在材料中，組織結構均勻，能夠增強材料的強度，同時與管材基體材料的結合強度高，不易開裂掉落，且工藝便于工業控制，效率好，節能降耗。【具體實施方式】
[0009]—種液壓鋼管用石墨烯增強陶瓷內襯材料，由下列重量份(公斤)的原料制成:純鋁粉54、氧化鐵紅159、硝酸鈷18、氯化鎳18、正硅酸乙酯37、無水乙醇74、納米YZr02粉10、四硼酸鈉8.5、石墨烯7、三氟化鈰1.5、、氧化鑭粉4、碳酸鋰1.5、醇胺螯合鈦酸酯0.6、去離子水。
[0010]根據權利要求書1所述一種液壓鋼管用石墨烯增強陶瓷內襯材料，由以下具體步驟制成:(1)將硝酸鈷與氯化鎳混合，加入無水乙醇中，攪拌并充分溶解形成混合溶液，然后置于60°C恒溫水浴中，將正硅酸乙酯緩慢地滴加到混合溶液中，水浴加熱至80°C，攪拌40分鐘至反應物粘度增大，形成透明溶膠，靜置于室溫條件下膠化，再將干凝膠放在干燥箱中以80 °C的溫度干燥10小時，然后在750°C的條件下對干凝膠進行預燒結，保溫1.5小時，冷卻至室溫后取出研磨，得到復合粉體，即磁性二氧化硅粉體；(2)將醇胺螯合鈦酸酯溶于12倍量的去離子水中，加入石墨烯，攪拌均勻后超聲分散30分鐘，然后經過噴霧干燥得到改性后的石墨烯粉;將改性后的石墨烯粉放入球磨機中，加入三氟化鈰、氧化鑭粉，干磨60分鐘，得到混合粉末；(3)將步驟(2)得到的混合粉末與納米YZr02粉混合，加入總量3倍量的去離子水，攪拌均勻后加入除純鋁粉、氧化鐵紅之外的其余剩余成分，繼續攪拌30分鐘，形成漿料，最后將漿料噴霧干燥，形成納米摻雜混合粉；(4)將鋁粉、氧化鐵紅與步驟(1)得到的磁性二氧化硅粉體、步驟(3)得到的納米摻雜混合粉混合均勻，放入球磨機中，混合球磨2小時，取出后將其裝入管材中，并將其固定在離心機上，供氣點火，點火同時通入氧氣，供氧持續4分鐘，采用離心自蔓延高溫合成技術在管材內壁形成陶瓷內襯。[0〇11 ] 本發明材料經過測試，硬度值為1288HV，孔隙率為4.4%，斷裂韌性值為5.51 MPa ?m1/2。
【主權項】
1.一種液壓鋼管用石墨烯增強陶瓷內襯材料，其特征在于，由下列重量份的原料制成: 純鋁粉54-56、氧化鐵紅159-162、硝酸鈷18-19、氯化鎳18-19、正硅酸乙酯37-38、無水乙醇 74-76、納米Y-Zr02粉10-11.5、四硼酸鈉8.5-9.5、石墨烯7-8、三氟化鈰1.5-2、、氧化鑭粉4-5、碳酸鋰1.5-2、醇胺螯合鈦酸酯0.6-0.7、去離子水。2.根據權利要求書1所述一種液壓鋼管用石墨烯增強陶瓷內襯材料，其特征在于，由以 下具體步驟制成:(1)將硝酸鈷與氯化鎳混合，加入無水乙醇中，攪拌并充分溶解形成混合溶液，然后置 于60°C恒溫水浴中，將正硅酸乙酯緩慢地滴加到混合溶液中，水浴加熱至80-90°C，攪拌40-50分鐘至反應物粘度增大，形成透明溶膠，靜置于室溫條件下膠化，再將干凝膠放在干燥箱 中以80-90 °C的溫度干燥10-12小時，然后在750-850 °C的條件下對干凝膠進行預燒結，保溫 1.5-2小時，冷卻至室溫后取出研磨，得到復合粉體，即磁性二氧化硅粉體；(2)將醇胺螯合鈦酸酯溶于12-14倍量的去離子水中，加入石墨烯，攪拌均勻后超聲分 散30-40分鐘，然后經過噴霧干燥得到改性后的石墨烯粉;將改性后的石墨烯粉放入球磨機 中，加入三氟化鈰、氧化鑭粉，干磨60-90分鐘，得到混合粉末；(3)將步驟(2)得到的混合粉末與納米Y-Zr02粉混合，加入總量3-4倍量的去離子水，攪 拌均勻后加入除純鋁粉、氧化鐵紅之外的其余剩余成分，繼續攪拌30-40分鐘，形成漿料，最 后將漿料噴霧干燥，形成納米摻雜混合粉；(4)將鋁粉、氧化鐵紅與步驟(1)得到的磁性二氧化硅粉體、步驟(3)得到的納米摻雜混 合粉混合均勻，放入球磨機中，混合球磨2-3小時，取出后將其裝入管材中，并將其固定在離 心機上，供氣點火，點火同時通入氧氣，供氧持續4-5分鐘，采用離心自蔓延高溫合成技術在 管材內壁形成陶瓷內襯。
【文檔編號】C22C29/12GK105983689SQ201511012901
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年12月31日
【發明人】高恒東
【申請人】蕪湖市創源新材料有限公司