铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒及其制法和应用制造技术

一种铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒及其制法和应用，属于金属基复合材料和耐磨材料领域。该铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒，为ZTA陶瓷颗粒/铝热还原反应粉末核壳结构，通过对该铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒进行自蔓延烧结得到的金属化ZTA陶瓷颗粒，在结合合金基体进行耐磨损的复合材料的制备，制备的耐磨损的复合材料作为耐磨部件的一部分，和应用部件(辊磨机辊套、立磨辊或衬板)结合，提高了设备的耐磨性。通过制备方法的改进，可以在ZTA陶瓷颗粒和基体之间形成了20～50μm宽度的界面，该界面的形成能够显著提高耐磨损的复合材料的耐磨性。耐磨损的复合材料的耐磨性。耐磨损的复合材料的耐磨性。

【技术实现步骤摘要】
铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒及其制法和应用


[0001]本专利技术涉及一种铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒及其制法和应用，属于金属基复合材料和耐磨材料


技术介绍

[0002]陶瓷颗粒增强金属基复合材料，特别是氧化锆增韧氧化铝陶瓷(ZTA)颗粒增强铁基复合材料具有优异的物理、化学和机械性能，近年来在许多耐磨的工程部件中得以广泛应用。ZTA颗粒增强铁基复合材料在实际应用中的首要前提是ZTA颗粒与金属零件间的紧密结合。然而，由于Fe/Al2O3和Fe/ZrO2的接触角分别高达140
°
和116
°
，其界面的润湿性较差成为制备复合材料的最大难题之一。
[0003]目前，一种有效地解决方案是在ZTA陶瓷颗粒表面涂覆一层金属层，使陶瓷颗粒表面金属化，以提高陶瓷表面的附着强度。在20世纪70年代采用钼锰法(Mo
‑
Mn)实现了陶瓷颗粒表面的金属化，其与致密金属和玻璃相的形成密切相关。为了保证玻璃相的良好迁移，Mo
‑
Mn金属化过程必须在氢气中以1500℃以上的极高温度进行烧结。这种方法对设备的要求、对制备复合材料的生产成本都偏高，在很大程度上限制了此方法的广泛应用。现阶段对ZTA陶瓷颗粒表面金属化的方法多采用表层镀镍、镀铜等方式，其过程包括基体机械处理、除油、粗化、敏化、活化和表面镀镍、铜等步骤，其过程较为复杂、工艺稳定系数低。
[0004]因此，迫切需要研究一种具有简单、经济等优点的高活性、高润湿性合金粉末来包覆ZTA陶瓷颗粒表面的方法，实现陶瓷颗粒表面金属化的可行途径。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒及其制法和应用。该方法以纯铝粉末和/或铝铁粉末作为铝源，再加入能够进行铝热还原反应的金属氧化物，通过自蔓延反应烧结法在ZTA陶瓷颗粒表面烧结成均匀包裹的金属化层。此方法具有操作简单、工艺难度系数低和陶瓷颗粒表面可较好改性等优点。而基于铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒进行自蔓延烧结得到的金属化ZTA陶瓷颗粒，进行耐磨损的复合材料的制备，从而在ZTA陶瓷颗粒和基体之间形成了20～50μm宽度的界面，该界面的形成能够显著提高耐磨损的复合材料的耐磨性。
[0006]本专利技术采用以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术的铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒，为ZTA陶瓷颗粒/铝热还原反应粉末核壳结构。
[0008]其中，按质量比，铝热还原反应粉末：ZTA陶瓷颗粒＝1：(3～10)。
[0009]所述的铝热还原反应粉末为铝源和能够进行铝热还原反应的金属氧化物的混合物，其中，铝源为纯铝粉末和/或铝铁粉末为铝源；能够进行铝热还原反应的金属氧化物优选为Fe2O3、MnO、CuO、Cr2O3中的一种或几种；
[0010]按质量比，铝源：能够进行铝热还原反应的金属氧化物＝1：(1～4)。
[0011]所述的铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒中，在壳中，还含有粘结剂，粘结剂为水玻璃(硅酸钠)、PVA(聚乙烯醇)、PAM(聚丙烯酰胺)或酚醛树脂中的一种或几种，粘结剂的总量为ZTA陶瓷颗粒总质量的5％～20％。
[0012]本专利技术的一种铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒的制备方法，包括以下步骤：
[0013](1)将ZTA陶瓷颗粒除杂、清洗、烘干，得到烘干后的ZTA陶瓷颗粒；
[0014](2)按配比，称量铝热还原反应粉末，将铝热还原反应粉末和粘结剂搅拌均匀，加入烘干后的ZTA陶瓷颗粒，搅拌，使得铝热还原反应粉末均匀包覆在烘干后的ZTA陶瓷颗粒表面，得到铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒。
[0015]所述的步骤(1)中，除杂为置于水中浸泡除杂，浸泡时间为10～24h，清洗为采用乙醇清洗。
[0016]所述的步骤(1)中，ZTA陶瓷颗粒的粒径为1～5mm。
[0017]所述的步骤(2)中，铝热还原反应粉末的粉末粒度为60～1000目。
[0018]本专利技术的铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒的应用，为将铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒进行自蔓延烧结后，得到金属化ZTA陶瓷颗粒。
[0019]所述的自蔓延烧结，包括以下步骤：
[0020]步骤1：自蔓延烧结
[0021]将铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒置于氩气气氛保护炉中进行自蔓延烧结，得到铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒的骨架材料；
[0022]步骤2：破碎
[0023]将铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒的骨架材料，进行破碎、筛分，得到金属化ZTA陶瓷颗粒。
[0024]所述的步骤1中，自蔓延烧结工艺为：以8～10℃/min速度升温至500～600℃，保温60～90min；以4～8.5℃/min速度升温至1000～1350℃，保温1～10h后随炉冷却。其中，在500～600℃，保温60～90min的烧结工艺中，使粘结剂以气体形式挥发，并排出气体。而升温至1000～1350℃，并保温1～10h，是为了诱发自蔓延反应和进行铝热还原，使得能够进行铝热还原反应的金属氧化物在ZTA陶瓷颗粒表面的烧结。由于包覆ZTA陶瓷颗粒的铝热还原反应粉末非常薄，自身产生的热量少，所以必须在高温辅助条件下才能进行自蔓延反应。同时在该温度下，铝热还原反应粉末中的过剩氧化物可以与ZTA陶瓷颗粒表面发生烧结反应形成尖晶石结构，与铝热反应置换出的金属复合在一起形成表面金属化包覆层。
[0025]一种耐磨损的复合材料，包括上述金属化ZTA陶瓷颗粒。
[0026]一种耐磨损的复合材料，还包括合金基体，按体积比，金属化ZTA陶瓷颗粒：合金基体＝1:(1～4)。
[0027]所述的合金基体，其原料为合金粉末，合金粉末含有的成分及各个成分的质量百分比为：C:1.0～6％、Cr:0～20％、V:0～20％、Mn:10～40％、Mo:0～60％、Ni:0～30％、Ti:0～20％、W:0～30％、P≤0.02％、S≤0.01％，余量为铁及不可避免的杂质。其中，合金基体中所含有的耐磨合金元素(Cr、V、Mn、Mo、Ni、Ti、W)至少为2种。
[0028]所述的耐磨损的复合材料可应用于耐磨设备表面，所述的耐磨设备为高压辊磨机、立磨、衬板中的一种；
[0029]耐磨损的复合材料和耐磨设备表面采用螺栓连接的方式固定，其中，采用的螺栓
表面设置有2～3cm耐磨损的复合材料，从而保证耐磨设备的整体耐磨性不受影响。
[0030]本专利技术的耐磨损的复合材料的应用方法，包括以下步骤：
[0031]步骤一：将金属化ZTA陶瓷颗粒和合金基体的合金粉末，按配比，混合均匀，得到混合物料；其中，按体积比，金属化ZTA陶瓷颗粒：合金基体的合金粉末＝1:(1～4)；
[0032]步骤二：将混合物料放入钢基韧性部件的需耐磨损区域，得到整体材料；
[0033]步骤三：将整体材料放入氩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒，其特征在于，该铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒为ZTA陶瓷颗粒/铝热还原反应粉末核壳结构；按质量比，铝热还原反应粉末：ZTA陶瓷颗粒＝1：(3～10)；所述的铝热还原反应粉末为铝源和能够进行铝热还原反应的金属氧化物的混合物，按质量比，铝源：能够进行铝热还原反应的金属氧化物＝1：(1～4)。2.根据权利要求1所述的铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒，其特征在于，铝源为纯铝粉末和/或铝铁粉末为铝源；能够进行铝热还原反应的金属氧化物为Fe2O3、MnO、CuO、Cr2O3中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒，其特征在于，所述的铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒中，在壳中，还含有粘结剂，粘结剂为水玻璃、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺或酚醛树脂中的一种或几种，粘结剂的总量为ZTA陶瓷颗粒总质量的5％～20％。4.权利要求1～3任意一项所述的铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将ZTA陶瓷颗粒除杂、清洗、烘干，得到烘干后的ZTA陶瓷颗粒；(2)按配比，称量铝热还原反应粉末，将铝热还原反应粉末和粘结剂搅拌均匀，加入烘干后的ZTA陶瓷颗粒，搅拌，使得铝热还原反应粉末均匀包覆在烘干后的ZTA陶瓷颗粒表面，得到铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒。5.权利要求1～3任意一项所述的铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒的应用，其特征在于，将铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒进行自蔓延烧结后，得到金属化ZTA陶瓷颗粒。6.根据权利要求5所述的铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒的应用，其特征在于，所述的自蔓延烧结，包括以下步骤：步骤1：自蔓延烧结将铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒置于氩气气氛保护炉中进行自蔓延烧结，得到铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒的骨架材料；步骤2：破碎将铝热还原反应粉末包覆的ZTA陶瓷颗粒的骨架材料，进行破碎、筛分，得到金属化ZTA陶瓷颗粒。7.根据权利要求6所述的铝热还原反应粉末...

【专利技术属性】
技术研发人员：佟伟平，
申请(专利权)人：华清平耐磨科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：