[发明专利]一种普通铸造铁基陶瓷复合材料立磨磨辊的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种普通铸造铁基陶瓷复合材料立磨磨辊的制备方法。

背景技术

金属基耐磨材料由于导热性好、耐冲击，在电力、矿山、冶金、建材等行业得到广泛应用。目前制备立磨磨辊常用的金属耐磨材料有高铬铸铁、高锰钢等，高铬铸铁具有很高的硬度和一定的韧性，在矿山、冶金、建材和化工等行业中得到广泛应用。研究人员在提高高铬铸铁的力学性能和耐磨性能以及扩大其应用方面做了许多工作，并获得了较好的效果。然而，高铬铸铁在磨煤机立磨磨辊产品上应用时依然存在磨损速度快、更换周期短、生产效率低等不足。开发高耐磨铁基陶瓷复合材料立磨磨辊是弥补上述不足的重要途径之一。

目前，研究人员对高耐磨铁基陶瓷复合材料立磨磨辊进行了大量研究，其制备方法主要有以下几种：1.普通浇注：首先通过浇注或者烧结制备耐磨铁基陶瓷复合材料镶块，然后将两两耐磨镶块拼接一起，放入立磨磨辊砂型中浇注成型。2.离心浇注：首先制备陶瓷预制体，将陶瓷预制体两两拼接放入活块金属模中，活块金属模整体预热至100-600℃，然后通过螺栓固定于离心铸造设备中进行浇注成型。

普通浇注方法需要二次浇注甚至更多，工艺实施较复杂，并且在耐磨复合材料镶块的拼接部位容易出现裂纹，磨辊的强度不足；离心浇注法制备的复合材料磨辊性能较好，但是工艺复杂，对浇注设备要求很高，制备不同型号磨煤机陶瓷磨辊的成本会很高。所以迫切需要一种一次浇注成型、铁水充型良好、工艺实施简单、适用于多型号磨煤机的铁基陶瓷复合材料立磨磨辊的制备方法，加快耐磨铁基陶瓷复合材料立磨磨辊的推广应用，提高立磨磨煤机的使用效率，降低磨辊的更换周期。

发明内容

本发明为了解决以上问题提供了一种有利于高铬铸铁铁水浸渗、一次浇注成型、工艺实施简便、复合层形状厚度可调、提高耐磨性能的普通铸造铁基陶瓷复合材料立磨磨辊的制备方法。

本发明的技术方案为：包括如下步骤：

1）选用粒径为2-4mm的电熔锆刚玉颗粒，颗粒的质量百分比21-28wt%Al、29-33wt%Zr，其余为O，颗粒的硬度为HRC70-75；

2）将上述电熔锆刚玉颗粒与2-4wt%的粘结剂一起混合，边混合边加入铝粉和稀土粉末的混合粉末1-3wt%；混合均匀平铺在模具中，放入烘箱中150-300℃下保温20-30min，脱模后制得弧形蜂窝状锆刚玉陶瓷颗粒预制体冷却待用；

3）将上述所得的锆刚玉陶瓷颗粒预制体放入立磨磨辊砂型的型腔中，沿型腔的圆弧面并排摆放，通过芯撑进行固定；

4）砂型均布设置若干内浇道和若干冒口，合箱后用热风机对型腔进行预热达到150-300℃，再进行浇注高铬铸铁的铁水，铁水温度为1350-1500℃，浇注后在砂型内冷却，待型腔温度低于200℃后开箱取件；

5）将上述所得到的铁基陶瓷复合材料立磨磨辊进行热处理，其工艺为：先空淬处理，温度为800-1200℃，时间为7-9h；再空冷处理，温度为400-500℃，时间为7-9h。

所述粘结剂为耐高温无机纳米复合粘结剂。

所述稀土粉末的成分为钇、镧系元素的氧化物稀土混合物。

所述芯撑为钢制弹簧。

所述锆刚玉陶瓷颗粒预制体内留有平均直径为9-12mm的六角形的铁水流动通道。

所述高铬铸铁为含C量为2.6-2.8wt%、含Cr量为20-30wt%的耐磨铸铁。

本发明中的陶瓷颗粒是大尺寸电熔锆刚玉颗粒，该颗粒质地坚韧，结构致密，强度高，热震性好，硬度（莫氏）≥9.0，仅次于钻石，最高使用温度达1900℃。同时，锆刚玉耐熔体侵蚀性好，具有很好的自锐性，以大尺寸电熔刚玉颗粒作为增强颗粒，不仅具有自锐性以及硬度高、韧性好的特点，而且有利于高铬铸铁铁水的浸渗，铸造工艺容易实现；同时，锆刚玉陶瓷颗粒预制体中稀土粉末及基体合金中铬的存在，可以有效改善铁水与锆刚玉颗粒之间润湿性，并由于其相对较高的耐磨性，可以避免基体磨损过快，保证基体对锆刚玉颗粒的有效支撑。

蜂窝状锆刚玉陶瓷颗粒预制体上留有平均直径9-12mm的六角形铁水流动通道，以保证铁水流动，保证铁水在预制体每一部分实际需要渗入的深度小于4mm；陶瓷颗粒之间的铝粉在高温铁水作用下熔化，增大了陶瓷颗粒间的间隙，提高了铁水对陶瓷的充型能力。

蜂窝状锆刚玉陶瓷颗粒预制体形状和厚度，可根据不同型号的磨煤机磨辊进行调整。

芯撑为具有一定强度的普通钢制弹簧，以保证锆刚玉陶瓷颗粒预制体在浇注过程中不会倾倒。