[发明专利]一种离心铸造陶瓷-金属蜂窝复合材料立磨磨辊的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种离心铸造陶瓷-金属蜂窝复合材料立磨磨辊的方法，属于金属基复合材料技术领域。

背景技术

陶瓷-金属蜂窝复合材料优异的耐磨性能，广泛应用于水泥、矿山、冶金、电站或各种类似的行业，立磨磨辊应用陶瓷-金属蜂窝复合材料，使用寿命和磨粉效率都将得到较大的提升，陶瓷-金属蜂窝复合材料工作面由耐磨陶瓷金属复合区和复合区所包围的韧性金属柱组成，离心铸造蜂窝状陶瓷-金属复合材料立磨磨辊存在以下技术难题，首先如何制备高强度、易于铸渗的蜂窝多孔陶瓷预制体；其次是如何拼接固定蜂窝多孔陶瓷预制体；最后是离心浇铸工艺及热处理工艺。

中国发明专利CN103252268A公布了一种超耐磨离心复合铸造胎型磨辊及其制造方法，其外层为高合金耐磨层，内层为石墨钢韧性层，其合金层包括Cr、Ni、Mo、W和V合金，此方法所制造出的磨辊兼具耐磨性和韧性，但高合金耐磨层的耐磨性有一定限度，且高合金材料的应用也提高了生产成本。中国发明专利CN102211048A公布了一种具有金属陶瓷复合物的中速磨煤机辊套，其方法为将陶瓷颗粒相互粘结成网状，浇铸浇铸金属液整体复合，但此方法存在以下缺点，首先其单纯依靠陶瓷颗粒之间相互粘结而产生的孔隙铸渗，限制了金属液铸渗的厚度，从而使陶瓷金属复合层厚度非常薄，而且陶瓷颗粒之间的分散度小，陶瓷颗粒之间金属无法有效起到支撑作用，磨损过程中，陶瓷颗粒容易剥落，耐磨性大大降低；其次此方法将陶瓷颗粒互相粘结成一个网状结构的陶瓷层，然后对整个陶瓷层进行铸渗，浇铸过程中整个陶瓷层很容易因为某一部位缺陷或金属液冲击坍塌不能使用，成品率大大降低；此外其磨辊本体与高铬合金和陶瓷颗粒通过浇铸方式连接成一体，由于三种材料的热膨胀系数及热导率相差很大，磨辊浇铸后冷却或热处理过程中，其高铬合金、陶瓷金属复合区及磨辊本体的冶金结合将容易在导致在结合面处产生的裂纹在整个磨辊扩展，增加磨辊开裂的可能性。中国发明专利CN103769563A公布了一种活性元素烧结ZTA颗粒增强钢铁基复合磨辊及磨盘的制备方法，其方法为将多种活性元素粉末混合均匀后，加入适量粘结剂与ZTA颗粒充分搅拌，使得活性金属元素粉末均匀包覆在颗粒表面，填入石墨模具加热后烘干，烧结得到多孔预制块，将预制块固定于铸型特定位置并浇铸金属液，冷却脱模后得到复合磨辊或磨盘，此方法所使用活性元素粉末为Ni、Cr等金属粉末，价格昂贵，生产成本高，此外单纯依靠Ni、Cr等金属粉末促进金属液的铸渗，将使得铸渗复合区厚度有限，且陶瓷颗粒的分散度小，陶瓷颗粒间的金属无法对陶瓷颗粒起到有效的支撑作用。而且预制块之间的拼接固定方法在复合铸造工艺中尤为关键，此专利并没解决此技术问题，与本发明离心铸造工艺相比，其普通铸渗工艺不能保证金属液铸渗彻底而获得完整良好的复合区。中国发明专利CN1367270A公布了一种离心铸造高耐磨合金铸铁复合抗磨辊圈的生产工艺，复合抗磨辊圈外层含钒和多种少量元素合金铸铁，内层为高强度球墨铸铁，由于含钒和多种少量元素合金，此方法所制造出的磨辊的硬度较高，耐磨性较强，但由于合金种类较多，加入量很少，熔炼合金时很难准确控制其成分，并且外层合金的硬度具有一定局限性，过高的硬度将导致外层合金的韧性降低很大，影响使用性能。中国发明专利CN103736549A公布了一种立磨机金属基陶瓷复合材料磨辊的制备方法，此方法所用金属基陶瓷增强体料是由10~40%刚玉和60~90%铁粉烧结而成，高铬合金衬板与陶瓷衬板，辊套与磨辊基体之间通过钢液浇铸为一体，此方法利用烧结法制备复合层，由于陶瓷颗粒与铁粉比重相差很大，很难使陶瓷颗粒与铁粉混合均匀，并且铁水熔化后，陶瓷颗粒将漂浮在铁水表层，浇铸入模具后陶瓷颗粒的分布将极不均匀，此外烧结后的组织并没有金属完全熔化后结晶形成金属组织性能好，浇铸的钢水使辊套与磨辊基体固结为一体，使用过程中的裂纹很容易在整个磨辊中扩展。中国发明专利CN103418790公布了一种金属陶瓷复合耐磨制品及其制备方法，其特征为用陶瓷颗粒与金属粉末用助剂混合均匀得到混合物和金属粉末制成的金属陶瓷颗粒预制件，经过高温烧结热处理后形成的金属陶瓷复合耐磨制品，此方法利用助剂均匀混合陶瓷颗粒和金属粉末，但烧结后金属熔融后，陶瓷颗粒因其比重比金属粉末小将向上浮动，从而引起陶瓷颗粒分布不均匀，并且烧结后的组织性能相比熔炼的金属结晶形成组织较差。

发明内容