【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于耐磨材料制備，具體涉及一種nico改性氧化物陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料及其鑄造方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、隨著傳統(tǒng)能源的日益枯竭，節(jié)約能源已成為全球應(yīng)對(duì)能源危機(jī)的重要手段之一。然而在礦山、建材、冶金、海工、電力和鐵路等工業(yè)領(lǐng)域中的沖擊磨料磨損是造成重型機(jī)械裝備發(fā)生故障的主要原因，在裝備耐磨部件維護(hù)和生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中消耗了大量的能源。
2、傳統(tǒng)的單一鋼鐵材料往往存在耐磨性差、強(qiáng)韌性不匹配等問(wèn)題，易導(dǎo)致在嚴(yán)酷使役工況下發(fā)生災(zāi)難性破斷事故。因此，研發(fā)強(qiáng)度、韌性及耐磨等綜合性能優(yōu)異的新型耐磨材料，顯著降低運(yùn)動(dòng)部件的材料消耗是耐磨材料領(lǐng)域面臨的首要問(wèn)題。陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料兼具陶瓷顆粒增強(qiáng)相的高硬度、高耐磨性和金屬基體的強(qiáng)韌性，有望成為替代傳統(tǒng)單一金屬耐磨件的理想材料。常用的陶瓷顆粒有碳化物陶瓷和氧化物陶瓷，其中al2o3陶瓷由于低成本、高硬度和與鋼鐵基體良好的熱匹配度而在實(shí)際應(yīng)用中被廣泛應(yīng)用。
3、但是，al2o3陶瓷的與鋼鐵基體之間的潤(rùn)濕性差使得界面結(jié)合性能不足，嚴(yán)重限制復(fù)合材料的服役壽命。陶瓷顆粒表面金屬化可以有效地改善陶瓷顆粒的表面活性，從而提高復(fù)合材料異質(zhì)界面的結(jié)合性能，進(jìn)一步增強(qiáng)復(fù)合材料的機(jī)械性能和耐磨性，獲得先進(jìn)復(fù)合材料耐磨襯板的關(guān)鍵制備技術(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種nico改性氧化物陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料及其鑄造方法和應(yīng)用，用于解決氧化物陶瓷顆粒在金屬基體中分散性差的技術(shù)問(wèn)
2、一種nico改性氧化物陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料鑄造方法，包括以下步驟：
3、將不規(guī)則的zta陶瓷顆粒進(jìn)行表面活化和敏化，隨后通過(guò)化學(xué)共沉積的方法在zta陶瓷顆粒的表面沉積nico鍍層；
4、將金屬化的zta陶瓷顆粒與鐵粉和硅酸鹽水玻璃溶液混合均勻，使鐵粉包裹在金屬化的zta陶瓷顆粒表面，隨后將混合物注入模具中形成多孔預(yù)制體；
5、將多孔預(yù)制體進(jìn)行烘干，最后采用底注式澆鑄的方式將多孔預(yù)制體制備成復(fù)合材料。
6、優(yōu)選地，利用丙酮清洗zta陶瓷顆粒表面的油漬和雜質(zhì)，隨后輔助超聲波對(duì)其清洗，水浴加熱至60～80℃，超聲清洗10～15min，然后再對(duì)烘干的zta陶瓷顆粒進(jìn)行活化和敏化處理。
7、優(yōu)選地，活化和敏化處理具體為：
8、在sncl2溶液中將不規(guī)則的zta陶瓷顆粒活化處理10～30min，隨后在pdcl2溶液中敏化處理10～30min，最后通過(guò)nah2po2去除多余的pd離子。
9、優(yōu)選地，通過(guò)化學(xué)共沉積的方法在zta陶瓷顆粒的表面沉積nico鍍層過(guò)程中，化學(xué)共沉積鍍液中ni:co質(zhì)量比為(1～4)：(4～1)，采用檸檬酸三鈉作為絡(luò)合劑，采用硼酸調(diào)節(jié)酸堿度。
10、優(yōu)選地，nah2po2的濃度為10～30g/l，絡(luò)合劑的濃度為20～50g/l，沉積溫度為60～90℃，沉積時(shí)間為2～12h，每間隔1.5～2h換一次鍍液。
11、優(yōu)選地，將金屬化的zta陶瓷顆粒與鐵粉和硅酸鹽水玻璃溶液混合均勻具體為：
12、將鍍覆的zta陶瓷顆粒與10wt.％～20wt.％的鐵粉和2wt.％～5wt.％的硅酸鹽攪拌混合，使混合物分散在八孔模具中，隨后在真空干燥箱中烘干得到多孔預(yù)制體，然后在1200～1400℃高溫?zé)Y(jié)多孔預(yù)制體。
13、優(yōu)選地，攪拌速度為150～200rpm，時(shí)間為1～2h，烘干溫度為70～90℃，烘干時(shí)間為30～60min，真空度保持為0.5～1.5×10-1pa，燒結(jié)時(shí)間為1～2h，真空度保持0.5～2×10-3pa，高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中前800℃的升溫速度為10℃/min，高溫階段的升溫速度為5℃/min。
14、優(yōu)選地，將多孔預(yù)制體在350～500℃，保溫5～10h完成烘干處理，最后在1450～1600℃通過(guò)底注式澆鑄的方式將多孔預(yù)制體制備成復(fù)合材料。
15、本專利技術(shù)的另一技術(shù)方案是，nico改性氧化物陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料。
16、本專利技術(shù)的另一技術(shù)方案是，nico改性氧化物陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料應(yīng)用與耐磨襯板。
17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)至少具有以下有益效果：
18、一種nico改性氧化物陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料鑄造方法，通過(guò)化學(xué)共沉積的方法在zta陶瓷顆粒表面包覆nico鍍層，解決了分步沉積過(guò)程界面差和成分不均勻等問(wèn)題。過(guò)渡金屬ni和co改善了zta陶瓷顆粒的表面活性，進(jìn)而提高了zta陶瓷顆粒與金屬基體之間的潤(rùn)濕性，增強(qiáng)了復(fù)合材料異質(zhì)界面的結(jié)合性能。本專利技術(shù)專利使用珍珠巖多次扒渣技術(shù)對(duì)鐵進(jìn)行提純，減少了鑄件中的雜質(zhì)和孔隙等缺陷，同時(shí)提高了鐵水的流動(dòng)性。在凝固過(guò)程中，預(yù)制體中顆粒之間的粘結(jié)相fe通過(guò)擴(kuò)散與zta陶瓷表面的nico形成多組元合金，進(jìn)一步提高了zta陶瓷顆粒與fe基體之間的界面結(jié)合強(qiáng)度。由于zta陶瓷顆粒硬度高，可以有效地抵抗磨料的磨損作用從而保護(hù)基體，同時(shí)具有優(yōu)異韌性的金屬基體對(duì)zta陶瓷顆粒起到支撐作用，因此，制備的復(fù)合材料襯板兼具高強(qiáng)高韌高耐磨性。
19、進(jìn)一步的，利用丙酮溶解去除zta表面的油漬和雜質(zhì)，提高了陶瓷表面的吸附能力。
20、進(jìn)一步的，采用活化和敏化處理使得zta陶瓷表面刻蝕出大量細(xì)小的凹坑，增加了其比表面。
21、進(jìn)一步的，通過(guò)貴金屬pd附著在zta陶瓷顆粒表面的刻蝕坑中，為nico的沉積提供了活化位點(diǎn)，提高了沉積下效率。
22、進(jìn)一步的，夾雜和孔洞等缺陷嚴(yán)重影響鑄件的機(jī)械性能和耐磨性，因此，高效的提純工藝可以提高鐵水的流動(dòng)性和延長(zhǎng)復(fù)合材料的服役壽命。
23、進(jìn)一步的，過(guò)渡金屬nico與zta陶瓷顆粒具有良好的潤(rùn)濕性，并且在鑄滲過(guò)程中能夠在異質(zhì)界面形成多組元金屬多鍍層，實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合。
24、進(jìn)一步的，多孔預(yù)制體中高的孔隙率能夠?yàn)殍F水的鑄滲提供毛細(xì)血管力，提高鑄滲深度，而其良好的強(qiáng)度能夠保證zta陶瓷顆粒在高溫鐵水的沖擊作用下不被沖散，實(shí)現(xiàn)了陶瓷顆粒在金屬基體中的定位復(fù)合。
25、綜上所述，本專利技術(shù)采用活化+敏化處理提高了zta陶瓷顆粒表面催化活性，通過(guò)化學(xué)共沉積在zta陶瓷顆粒表面包覆nico鍍層，提高了陶瓷顆粒與鐵基體之間的界面結(jié)合性能，結(jié)合方式為冶金結(jié)合，從而強(qiáng)化了復(fù)合材料襯板的耐磨性。
26、下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本專利技術(shù)的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
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1.一種NiCo改性氧化物陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料鑄造方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的NiCo改性氧化物陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料鑄造方法，其特征在于，利用丙酮清洗ZTA陶瓷顆粒表面的油漬和雜質(zhì)，隨后輔助超聲波對(duì)其清洗，水浴加熱至60～80℃，超聲清洗10～15min，然后再對(duì)烘干的ZTA陶瓷顆粒進(jìn)行活化和敏化處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的NiCo改性氧化物陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料鑄造方法，其特征在于，活化和敏化處理具體為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的NiCo改性氧化物陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料鑄造方法，其特征在于，通過(guò)化學(xué)共沉積的方法在ZTA陶瓷顆粒的表面沉積NiCo鍍層過(guò)程中，化學(xué)共沉積鍍液中Ni:Co質(zhì)量比為(1～4)：(4～1)，采用檸檬酸三鈉作為絡(luò)合劑，采用硼酸調(diào)節(jié)酸堿度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的NiCo改性氧化物陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料鑄造方法，其特征在于，NaH2PO2的濃度為10～30g/L，絡(luò)合劑的濃度為20～50g/L，沉積溫度為60～90℃，沉積時(shí)間為2～12h，每間隔1.5～2h換一次
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的NiCo改性氧化物陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料鑄造方法，其特征在于，將金屬化的ZTA陶瓷顆粒與鐵粉和硅酸鹽水玻璃溶液混合均勻具體為：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的NiCo改性氧化物陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料鑄造方法，其特征在于，攪拌速度為150～200rpm，時(shí)間為1～2h，烘干溫度為70～90℃，烘干時(shí)間為30～60min，真空度保持為0.5～1.5×10-1Pa，燒結(jié)時(shí)間為1～2h，真空度保持0.5～2×10-3Pa，高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中前800℃的升溫速度為10℃/min，高溫階段的升溫速度為5℃/min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的NiCo改性氧化物陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料鑄造方法，其特征在于，將多孔預(yù)制體在350～500℃，保溫5～10h完成烘干處理，最后在1450～1600℃通過(guò)底注式澆鑄的方式將多孔預(yù)制體制備成復(fù)合材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述方法制備的NiCo改性氧化物陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的NiCo改性氧化物陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料應(yīng)用與耐磨襯板。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種nico改性氧化物陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料鑄造方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的nico改性氧化物陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料鑄造方法，其特征在于，利用丙酮清洗zta陶瓷顆粒表面的油漬和雜質(zhì)，隨后輔助超聲波對(duì)其清洗，水浴加熱至60～80℃，超聲清洗10～15min，然后再對(duì)烘干的zta陶瓷顆粒進(jìn)行活化和敏化處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的nico改性氧化物陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料鑄造方法，其特征在于，活化和敏化處理具體為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的nico改性氧化物陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料鑄造方法，其特征在于，通過(guò)化學(xué)共沉積的方法在zta陶瓷顆粒的表面沉積nico鍍層過(guò)程中，化學(xué)共沉積鍍液中ni:co質(zhì)量比為(1～4)：(4～1)，采用檸檬酸三鈉作為絡(luò)合劑，采用硼酸調(diào)節(jié)酸堿度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的nico改性氧化物陶瓷顆粒增強(qiáng)鐵基復(fù)合材料鑄造方法，其特征在于，nah2po2的濃度為10～30g/l，絡(luò)合劑的濃度為20～50g/l，沉積溫度為60～90℃，沉積時(shí)間為2～12h，每間隔1.5～2h換一次...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李聰，李博，高義民，吳達(dá)，鐘佳怡，徐嘉林，李靖中，任子軒，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西安交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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