耐磨磨盘的制备方法技术领域
本发明涉及立磨机磨盘，具体涉及一种耐磨磨盘的制备方法。
背景技术
在煤炭、冶金、矿山、电力、建材、耐火材料、能源等行业，特别是水泥等粉体加工领域制粉系统需要用到磨机，磨机的磨盘作为主要的磨损件，其运行的好坏在一定程度上决定了企业的经济效益。现有立磨机中磨盘上的耐磨块大多是采用高锰钢、铸铁等金属制成，韧性较好，当其磨损后，在其上面反复堆焊耐磨合金层来提高其使用寿命，但由于采用的是堆焊工艺制作，堆焊设备昂贵，堆焊一次，其寿命增加不大，同时立磨机中更换耐磨块需要频繁地停机，每次更换耐磨块所需的时间较长，严重影响生产效率，造成了极大的经济损失。
现有也有将金属基复合陶瓷衬板应用于承受磨损的机械设备上，该金属基复合陶瓷衬板由锆刚玉和铁粉经电熔后注入具有多个贯通浇注孔的金属基陶瓷增强体形成，其制备工艺复杂，需要多步烧结过程，烧结温度高，时间长，成本高；而且，复合陶瓷衬板中的主要成分为锆刚玉，锆刚玉中含有SiO2、Na2O等氧化物，在其烧成过程中会形成非晶态的玻璃相，玻璃相虽然能够起到粘结的作用，但玻璃相的结构疏松，强度较陶瓷相或金属相低，容易在晶界处聚集，在断裂时，裂纹易沿晶界穿过，造成衬板的强度下降。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有磨盘表面耐磨性能差、不耐冲击的问题，提供一种耐磨磨盘的制备方法。
本发明为解决上述问题所采用的技术方法为：耐磨磨盘的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照1：3：3的重量比称取微胶囊粉、氧化铝粉和无水乙醇，混合后在40~50KHz的超声频率超声分散20~25min，然后在真空度为0.098MPa的真空条件下进行抽滤，当不再有乙醇液滴滴落时停止抽滤，取出滤出物，备用；
步骤二、将步骤一制得的滤出物置于烘箱中，依次进行30℃×6h的烘干和50℃×20min的预热，取出预热后的物料并将其置于压力机中，在2MPa压力下预压5min，然后再在5MPa、150℃条件下热压30min，自然冷却至室温后，制得氧化铝陶瓷微胶囊粉，备用；
步骤三、将步骤二制得的氧化铝陶瓷微胶囊粉进行造粒，制得粒径为2.5~3mm的陶瓷颗粒，备用；
步骤四、按照质量百分比，称取70~90%步骤三制得的陶瓷颗粒和10~30%铁合金粉，以及质量为陶瓷颗粒和铁合金粉总质量1.2~2%的有机结合剂，造粒后干燥，制得粒径为3~5mm的金属陶瓷颗粒，备用；
步骤五、取由底板和垂直封合在底板侧边的四个侧板组成的铁盒，在底板内壁上焊接倒圆锥台，按照3：1的重量比称取金属陶瓷颗粒和铁合金，混合得耐磨混料，将耐磨混料填充于铁盒内壁与倒圆锥台外壁之间的区域以及倒圆锥台内部，然后将铁盒送入热压机，在1200~1350℃下加压至压力达到34~40MPa，保压30min后，降温至100℃取出，制得金属陶瓷盒，备用；
步骤六、将多个金属陶瓷盒排列堆砌成磨盘的形状，预热后，注入温度为1450~1600℃的高铬铁水，使各金属陶瓷盒固结为一体，冷却后制得磨盘。
其中，步骤三陶瓷颗粒的造粒方法为，将重量比为3：25的聚乙烯醇和步骤二制得的氧化铝陶瓷微胶囊粉在高速混合机中混合均匀，制得混合物，然后将该混合物加入双螺杆挤出机挤出造粒，螺杆转速设定为40~50r/min，机筒温度为：一区175℃、二区180℃、三区180℃和四区175℃，造粒时间为20~25min。
其中，步骤四金属陶瓷颗粒的粒径为3.5~4.5mm。
其中，步骤五中，耐磨混料上端面、铁盒上端面和倒圆锥台上端面均相互平齐；热压机内部的温度为1260~1300℃。
其中，步骤六的预热温度为300~800℃，优选为500℃；冷却方法为，用沙子掩埋降温30天。
本发明仅利用有机结合剂作为陶瓷颗粒和金属陶瓷颗粒造粒时的外加剂，在热压时，则利用金属陶瓷颗粒中的金属相和外加的铁合金在1200~1350℃下熔融，不同时刻加入的金属均用于增韧陶瓷相，在34~40MPa压力下热压时，通过铁合金得到塑性吸收外加负荷，增强金属相和陶瓷相之间的结合力。
利用透射电子显微镜，对金属陶瓷盒中的陶瓷层进行高分辨观察发现，在相界面存在宽度为80~100埃并呈微晶化的过渡层，即由晶粒为十几到几十埃的微晶组成，当裂纹通过该过渡层时，微晶化结构使裂纹尖端的应力集中部分会伴随较大的塑性变形，并使所需应变能增大，使复合体韧性得到提高。
本发明制得的金属陶瓷盒，可以作为多种粉尘、颗粒及块料输送处理流程中的耐磨材料，能够提高非预期停机的安全系数，降低维护成本，籍有磨耗区域物料散发量的减少提高产区污染的有效控制。其性能指标为：抗压强度≥600MPa，耐磨度≤0.0009g（P=276n，n=800r/min，t=30min），吸水率≤0.02%，莫氏硬度为9。
本发明的有益效果：（1）、步骤二制得的氧化铝陶瓷微胶囊粉，陶瓷颗粒被包覆在微胶囊中，造粒后，陶瓷颗粒和铁合金粉结合力提高，制得的金属陶瓷颗粒，陶瓷相完全被金属层所包裹，且陶瓷晶粒间金属层较薄，两相结合紧密，在受到应力变形时，小尺寸球晶产生多处微小银纹便能更好吸收冲击能，从而提高其韧性。
（2）、本发明利用陶瓷颗粒和铁合金粉制得金属陶瓷颗粒，然后将铁合金和金属陶瓷颗粒制得金属陶瓷盒，将金属陶瓷颗粒固定在一个金属盒内，扩展了金属陶瓷颗粒在耐冲击和耐磨部位使用的区域耐磨性、耐冲击性能；倒圆锥台将金属陶瓷颗粒牢靠地固定在铁盒内，防止脱落，提高金属陶瓷颗粒与铁盒之间的结合力；金属相和陶瓷相分布均匀，且有部分陶瓷微胶囊粉置于金属层内部，当复合体磨蚀至金属层内部时，微胶囊破裂，内部的陶瓷相露出，提高了复合体的耐磨性和使用寿命。
（3）、本发明制得的金属陶瓷颗粒和金属陶瓷盒，均具有由内向外分别有陶瓷层、金属陶瓷复合过渡层、金属层三部分组成的结构，在高温下形成均匀致密、表面光滑的制品，形成了具有陶瓷高硬度与金属高韧性高塑性的复合体，不仅具有陶瓷良好的耐磨蚀性、耐高温性，并具有金属的韧性、耐冲击性，具有寿命长、质量轻的特点。性能指标为：抗压强度≥600MPa，吸水率≤0.02%，莫氏硬度为9。
（4）、本发明可以采用相同规格或不同规格的金属陶瓷盒固定连接，铺设在磨盘上表面，在某个部位受损时，金属陶瓷盒可以单独更换，拆除及更换较为方便。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的耐磨磨盘的制备方法作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施。
实施例1：
耐磨磨盘的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按照1：3：3的重量比称取微胶囊粉、氧化铝粉和无水乙醇，混合后在50KHz的超声频率超声分散24min，然后在真空度为0.098MPa的真空条件下进行抽滤，当不再有乙醇液滴滴落时停止抽滤，取出滤出物，备用；
步骤二、将步骤一制得的滤出物置于烘箱中，依次进行30℃×6h的烘干和50℃×20min的预热，取出预热后的物料并将其置于压力机中，在2MPa压力下预压5min，然后再在5MPa、150℃条件下热压30min，自然冷却至室温后，制得氧化铝陶瓷微胶囊粉，备用；
步骤三、将步骤二制得的氧化铝陶瓷微胶囊粉进行造粒，制得粒径为2.9mm的陶瓷颗粒，备用；
步骤四、按照质量百分比，称取85%步骤三制得的陶瓷颗粒和15%铁合金粉，以及质量为陶瓷颗粒和铁合金粉总质量1.5%的有机结合剂，造粒后干燥，制得粒径为4.5mm的金属陶瓷颗粒，备用；
步骤五、取由底板和垂直封合在底板侧边的四个侧板组成的铁盒，在底板内壁上焊接倒圆锥台，倒圆锥台的小直径端与底板内壁焊接；按照3：1的重量比称取金属陶瓷颗粒和铁合金，混合得耐磨混料，将耐磨混料填充于铁盒内壁与倒圆锥台外壁之间的区域以及倒圆锥台内部，然后将铁盒送入热压机，在1265℃下加压至压力达到40MPa，保压30min后，降温至100℃取出，制得金属陶瓷盒，备用；
步骤六、将多个金属陶瓷盒排列堆砌成磨盘的形状，在300℃下预热3~5min，注入温度为1600℃的高铬铁水，使各金属陶瓷盒固结为一体，用沙子掩埋降温30天，制得磨盘。
实施例2：
耐磨磨盘的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按照1：3：3的重量比称取微胶囊粉、氧化铝粉和无水乙醇，混合后在40KHz的超声频率超声分散25min，然后在真空度为0.098MPa的真空条件下进行抽滤，当不再有乙醇液滴滴落时停止抽滤，取出滤出物，备用；
步骤二、将步骤一制得的滤出物置于烘箱中，依次进行30℃×6h的烘干和50℃×20min的预热，取出预热后的物料并将其置于压力机中，在2MPa压力下预压5min，然后再在5MPa、150℃条件下热压30min，自然冷却至室温后，制得氧化铝陶瓷微胶囊粉，备用；
步骤三、将重量比为3：25的聚乙烯醇和步骤二制得的氧化铝陶瓷微胶囊粉在高速混合机中混合均匀，制得混合物，然后将该混合物加入双螺杆挤出机挤出造粒，螺杆转速设定为50r/min，机筒温度为：一区175℃、二区180℃、三区180℃和四区175℃，造粒时间为23min，制得粒径为2.5mm的陶瓷颗粒，备用；
步骤四、按照质量百分比，称取90%步骤三制得的陶瓷颗粒和10%铁合金粉，以及质量为陶瓷颗粒和铁合金粉总质量1.2%的有机结合剂，造粒后干燥，制得粒径为3.5mm的金属陶瓷颗粒，备用；
步骤五、取由底板和垂直封合在底板侧边的四个侧板组成的铁盒，在底板内壁上焊接倒圆锥台，按照3：1的重量比称取金属陶瓷颗粒和铁合金，混合得耐磨混料，将耐磨混料填充于铁盒内壁与倒圆锥台外壁之间的区域以及倒圆锥台内部，耐磨混料上端面、铁盒上端面和倒圆锥台上端面均相互平齐；然后将铁盒送入热压机，在1350℃下加压至压力达到34MPa，保压30min后，降温至100℃取出，制得金属陶瓷盒，备用；
步骤六、将多个金属陶瓷盒排列堆砌成磨盘的形状，预热后，注入温度为1500℃的高铬铁水，使各金属陶瓷盒固结为一体，冷却后制得磨盘。
实施例3：
耐磨磨盘的制备方法，包括以下步骤：步骤一、按照1：3：3的重量比称取微胶囊粉、氧化铝粉和无水乙醇，混合后在48KHz的超声频率超声分散20min，然后在真空度为0.098MPa的真空条件下进行抽滤，当不再有乙醇液滴滴落时停止抽滤，取出滤出物，备用；
步骤二、将步骤一制得的滤出物置于烘箱中，依次进行30℃×6h的烘干和50℃×20min的预热，取出预热后的物料并将其置于压力机中，在2MPa压力下预压5min，然后再在5MPa、150℃条件下热压30min，自然冷却至室温后，制得氧化铝陶瓷微胶囊粉，备用；
步骤三、将重量比为3：25的聚乙烯醇和步骤二制得的氧化铝陶瓷微胶囊粉在高速混合机中混合均匀，制得混合物，然后将该混合物加入双螺杆挤出机挤出造粒，螺杆转速设定为47r/min，机筒温度为：一区175℃、二区180℃、三区180℃和四区175℃，造粒时间为25min，制得粒径为3mm的陶瓷颗粒，备用；
步骤四、按照质量百分比，称取70%步骤三制得的陶瓷颗粒和30%铁合金粉，以及质量为陶瓷颗粒和铁合金粉总质量2%的有机结合剂，造粒后干燥，制得粒径为5mm的金属陶瓷颗粒，备用；
步骤五、取由底板和垂直封合在底板侧边的四个侧板组成的铁盒，在底板内壁上焊接倒圆锥台，按照3：1的重量比称取金属陶瓷颗粒和铁合金，混合得耐磨混料，将耐磨混料填充于铁盒内壁与倒圆锥台外壁之间的区域以及倒圆锥台内部，耐磨混料上端面、铁盒上端面和倒圆锥台上端面均相互平齐；然后将铁盒送入热压机，在1200℃下加压至压力达到37MPa，保压30min后，降温至100℃取出，制得金属陶瓷盒，备用；
步骤六、将多个金属陶瓷盒排列堆砌成磨盘的形状，预热后，注入温度为1450℃的高铬铁水，使各金属陶瓷盒固结为一体，用沙子掩埋降温30天，制得磨盘。
金属陶瓷盒的制备：取由底板和垂直封合在底板侧边的四个侧板组成的铁盒，在底板内壁上焊接倒圆锥台，按照3：1的重量比称取金属陶瓷颗粒和铁合金，混合得耐磨混料，将耐磨混料填充于铁盒内壁与倒圆锥台外壁之间的区域以及倒圆锥台内部，耐磨混料上端面、铁盒上端面和倒圆锥台上端面均相互平齐。其中，倒圆锥台的中心轴线与底板垂直设置；四个侧板的厚度为2~3mm，高度为10~80mm，倒圆锥台的锥度为2~4°优点为：将耐磨混料固定在一个金属盒内，扩展了耐磨混料在耐冲击和耐磨部位使用的区域耐磨性、耐冲击性能；倒圆锥台形的铁架将耐磨混料牢靠地固定在铁盒内，防止脱落，提高耐磨混料与铁盒之间的结合力。优选的，金属陶瓷盒的长×宽×高的规格为100×50×10mm、100×50×15mm、100×50×25mm、100×50×80mm、100×150×80mm、100×150×50mm。
本发明制得的金属陶瓷颗粒和金属陶瓷盒，均具有由内向外分别有陶瓷层、金属陶瓷复合过渡层、金属层三部分组成的结构，骨料仅采用氧化铝陶瓷微胶囊粉和铁合金粉，避免了因采用锆刚玉带来的玻璃相对于制品整体强度的影响，一方面降低了原料成本；另一方面，制备工艺较为简单，烧制温度低，其制备过程便于控制。将多个金属陶瓷盒排列堆砌成磨盘的形状后，1450~1600℃的高铬铁水可以浸润到金属陶瓷盒之间，将金属陶瓷盒连接在一起，还能够浸润到金属陶瓷盒内部的陶瓷颗粒中，将陶瓷颗粒包裹起来，使陶瓷相和金属相均匀分布，提高了金属陶瓷盒的耐磨性，延长了磨盘的使用寿命。
本发明热压时通过铁合金的塑性吸收外加负荷，能够增强陶瓷相和金属相之间的相互作用，还能够使陶瓷相产生的裂纹移位或者使裂纹在陶瓷颗粒处发生偏转，消耗裂纹尖端的能量，降低烧制残留孔隙度。